實驗室磁場傳感器感應方向的標定

徐貝靈 劉毅 王珊 尚榮 陳余行

摘? 要：通過PACSO磁場傳感器能夠測量各種物體的磁場的大小和分布。在測量物體前要明確磁場傳感器的使用方法和原理，該磁場傳感器可感應兩個標定方向的磁場，為檢驗所標定的方向是否與實際相符，通過PASCO平臺所記錄的數據和圖像，利用已知磁場方向的條形磁鐵，進行對該磁場傳感器感應方向的檢驗和標定的實驗，研究發現該磁場傳感器感應方向的標定：垂直軸向向左的方向為正向，平行軸向向里為正向;并與條形磁鐵周圍的磁場分布情況相互驗證。

關鍵詞：磁場傳感器? 標定方向? PASCO平臺? 條形磁鐵

中圖分類號：TH87 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0011-02

磁場傳感器應用范圍十分廣泛，不論是在實驗室還是在生活中它都扮演著重要的角色。磁場傳感器在測量地球磁場的應用中，通過磁場傳感器和轉動傳感器的配合，可以準確、有效地測量出地球磁場的大小和分布[1-3]。不過在使用過程中盡量避免鐵磁性儀器對實驗過程引起的干擾。

1? 實驗內容與過程

我們通過測量N-S條形磁鐵周圍的磁場分布情況來確定磁場傳感器探頭的感應方向，實驗裝置如圖1所示。

將磁場傳感器移到初始位置，利用零高斯筒對磁場傳感器的探頭進行清零，然后將條形磁鐵放置在靠近探頭位置固定不動，移動磁場傳感器，從始端（N端）移到移到終端（S端），根據PASCO平臺[2]收集到的數據和圖進行分析，從而確定傳感器探頭方向是否與理論方向一致。

2? 實驗數據與結果分析

2.1 條形磁鐵周圍磁場的分布的理論分析

條形磁鐵周圍磁感線方向如圖1所示。

由圖1可以看出，從右邊靠近N極時磁感線水平方向向右，豎直分量向下;N極到中點之間磁感線水平方向向左，豎直方向向下;中點到S極之間水平方向向右，豎直方向向上;S極左側水平方向向右，豎直分量向上。以上規律相對于磁學傳感器來說，總結歸納如表1所示。

2.2 條形磁鐵周圍磁場的實驗數據與分析

利用Pasco平臺測量條形磁鐵N-S定性磁場數據如圖2所示。

從圖2中可以看出，當磁場傳感器以垂直探頭方向的磁感應方向來測量條形磁鐵的磁場強度時，從N極到S極磁場方向變化為：負—N極—正—中點—正—S極—負;以平行探頭軸向磁感應方向測量從N極到S極的磁場方向變化為：正—N極—正—中點—負—S極—負。

所以可以直觀地推斷出該磁場傳感器以垂直探頭方向向左為正的，平行軸向向里為正向。該傳感器實驗結果與我們理論的推斷完全一致，靈敏度適用范圍較廣。

3? 實驗結論

通過已知磁場方向分布的條形磁鐵以及PASCO平臺準確可觀的數據記錄，還有磁場傳感器的合理配合，得出的實驗數據與理論分析結果相一致，從而可以確定磁場傳感器的感應方向與標定方向相同，即在垂直感應探頭方向時向左為正方向，以感應探頭軸向時方向以探頭向里為正方向。明確磁場傳感器的感應方向后，更方便后續實驗操作的開展，提高了實驗的準確性。

參考文獻

[1] 王珊.基于Capstone軟件的傳感器地球磁場實驗中的問題[J].科技資訊，2018，16（22）：95，97.

[2] 吳建琴，勞娜，潘永紅.基于PASCO平臺的中學物理磁學實驗研究[J].物理教學，2015，37（6）：32-34.

[3] 唐艷妮，趙云芳，李雪琴.磁阻傳感器測量地磁場實驗教學體會[J].大學物理實驗，2019，32（2）：94-97.