Halleffektgerät für ca. 1 Tesla Gaußmeter

Wie Sie bereits bemerkt haben, scheinen die meisten Sensoren auf dem Markt für sehr niedrige bis mittlere Reichweiten bis zu 300 mT ausgelegt zu sein.
Hall-Elemente selbst lassen meist Feldstärken in der Größenordnung von wenigen Tesla zu, allerdings ist die Reichweite dann durch die Elektronik begrenzt.

Einige Sensoren ermöglichen das Anlegen einer Offset-Spannung, die vor der weiteren Verarbeitung auf das Signal angewendet wird. Ich hatte zum Beispiel Studenten, die versuchten, Felder bis zu 1,2 T in ihrem Aufbau bestehend aus 4 Neodym-Magneten und einem Eisenjoch zu messen:

Sie nutzten das „CASSY-System“, eines dieser vermessungsfertigen Systeme, die an Schulen und Universitäten für Experimente eingesetzt werden. Es hatte eine Sonde mit einem Hallelement und konnte +/-1T messen (genauer: -1.024...+1.023, sehen Sie es?). Das System könnte "kalibriert" werden, indem der aktuelle Messwert als 0T definiert wird. Also platzierten sie den Sensor irgendwo mit -0,4 T, "kalibrierten" ihn und konnten mehr als 1 T messen. Die Daten sahen gut aus, aber wir haben in diesem Bereich nicht auf Linearität geprüft.

Es kann sich also lohnen, nach reinen Hallelementen ohne weitere Elektronik zu suchen, die etwas schwer zu finden sind.

Ich bin auf hallsensors.de gestoßen , die zB den CYAJ166A für Felder bis 3T anbieten.

Ein weiterer Distributor ist AKM .

Allerdings haben diese Hall-Elemente eine große Teilstreuung, sodass Sie Ihre Sensoren kalibrieren müssen. Sie können einen „Referenzmagneten“ verwenden, den Sie mit einem dieser 300-mT-Sensoren messen, um einen genauen Wert zu erhalten und Ihren Sensor dagegen zu kalibrieren.

Es gibt eine Reihe von Optionen. Ob einer von ihnen praktisch ist, hängt davon ab, in welcher Situation Sie physikalisch messen möchten.

Es stimmt, dass die meisten kommerziellen Hall-Effekt-Sensoren niedrige Felder verwenden. Ich habe mit einem schnellen Google keine High-Field-Geräte gefunden, was nicht heißen soll, dass es sie nicht gibt, sie werden nur Hobbybenutzern nicht angeboten.

Ein hohes Feld wird einen Hallsensor nicht beschädigen, daher könnten Sie versuchen, den Sättigungsbereich zu kalibrieren. Ich würde erwarten, dass die Driftunsicherheit jedes verbleibende Gefühl für Genauigkeit beeinträchtigen würde, aber es könnte einen Versuch wert sein, wenn Sie eine vertrauenswürdige Methode finden, um ein starkes, bekanntes Feld zu erhalten.

Wenn Sie die Feldrichtung kennen, würde die Verwendung eines außeraxialen Sensors zu einer kleineren (gemessenen) Komponente auf der Achse führen. Die Verwendung von zwei Sensoren auf leicht unterschiedlichen Achsen und das Drehen der Baugruppe, bis beide die gleiche Ausgangsgröße lieferten, würde das starke Feld zwischen ihren Achsen ausrichten, sodass automatisch sichergestellt wird, dass das Feld zur Sensorachse in einem Winkel von der Hälfte des Sensorwinkels liegt gegenseitiger Winkel.

Der Old Skool-Weg, dies zu tun, hängt von der Bewegung ab, dem Integrating Fluxmeter. Eine Spule wird in dem zu messenden Teil des Feldes platziert und dann weit entfernt, wo der Fluss vernachlässigbar ist. Die Spannung, die die Spule erzeugt, wird während des Entfernungsprozesses durch einen „Kondensator um einen Operationsverstärker gewickelten“ Integrator integriert. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers repräsentiert die Änderung des Flusses zu jedem Zeitpunkt. Die Spulenentfernung muss nicht mit beliebiger Geschwindigkeit erfolgen, solange sie für den Integrator schnell genug ist. Mit einem Operationsverstärker mit niedriger Eingangsvorspannung, z. B. TL071, sollten Sie in der Lage sein, viele Sekunden zu verwenden.

Während die Bewegung als Nachteil angesehen werden kann, wenn Sie ein Tischgerät mit einer Sonde haben, gibt es Zeiten, in denen Sie die Sonde in diese oder jene Lücke stecken und genau die Bewegung einsetzen möchten, die Sie benötigen die Messung vornehmen. Wie findet man einen Nullflussbereich? Drehen Sie die Sonde um und beobachten Sie die Integrationsausgabe, wenn sich diese ändert, gibt es einen signifikanten Fluss und Sie müssen sich weiter von Ihren Magneten entfernen.

Die Kalibrierung eines integrierenden Fluxmeters hängt von der Spulenfläche, der Anzahl der Windungen und dem Wert des im Integrator verwendeten Kondensators ab. Sie könnten es nach den ersten Prinzipien ausarbeiten oder es gegen einen Hall-Sensor kalibrieren. Idealerweise machst du beides und vergleichst sie.

Es stimmt zwar, dass das Einwickeln des Sensors in Ferrit oder Eisen das sichtbare Feld verringern würde, aber ich kann mir keine praktische Möglichkeit vorstellen, eine solche Anordnung fernkalibrierbar oder linear zu machen.

Offenlegung: Ich arbeite für dieses Unternehmen.

Es ist einfach so, dass die Firma, für die ich arbeite, Hall-Effekt-Sensoren herstellt, die auf bis zu 3,5 Tesla kalibriert sind.

Lake Shore Hall-Sensoren

Für ein gelegentliches Setup vielleicht nicht sinnvoll, aber ich erwähne es nur, um die Existenz solcher Sensorelemente zu zeigen.

Magnetische Wechselfelder können eine Spannung in einer Drahtspule induzieren, wenn Sie also nur an magnetischen Wechselfeldern interessiert wären, könnten Sie eine Spule verwenden. Notieren Sie sich einfach die Anzahl der Windungen und den Radius der Spule. Wenden Sie dann das Faradaysche Gesetz an:

Sie müssen also nur die Spannung über der Spule messen, wenn sich der Fluss durch sie ändert, und entweder eine aktive Integratorschaltung (z. B. mit einem Operationsverstärker) verwenden oder das Signal numerisch integrieren. Die numerische Integration führt normalerweise zu Drift, da es sich um eine Annäherung handelt. Passen Sie das Signal daher durch Hochpassfilterung an. Hier ist ein Matlab-Code, den Sie verwenden könnten, um diese Integration durchzuführen:

% V is the measured voltage across the coil
% N is the number of turns
% A is the cross sectional area of the core
% t are time points of acqusition / integration
% f_cutoff is the cutoff frequency of the high-pass filter (below the
%   frequency that you expect to measure but higher than the frequency of
%   drift)
% rate is the sampling rate

dB = -V/(N*A);
B = cumtrapz(t, dB);

[d, c] = butter(2, f_cutoff/rate, 'high');
Bfilt = filter(d, c, B);

Ein solcher Sensor könnte so ausgelegt werden, dass er bis zu 2 T Magnetfluss verarbeiten kann.