专利名称：一种定时保护霍尔效应实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是具有保护部件的霍尔效应实验用的实验装置，主要是导电材料中的 电流与磁场相互作用而产生电动势的效应的实验用装置，本实验装置带有自保护功能。
背景技术：
霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879年美国 霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机构时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。后 来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实 际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它 的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量检测、电动控制、电磁测量和计算 装置方面。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年 来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯 克利青(K. Von Klitzing)研 究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理 领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如 用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它 观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。因此在实验中得到广泛的使用。目前的实验装置大体采用如
图1所示原理的结构。其物理原理如下霍尔效应从 本质上讲是运动的带电粒于在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子(电子 或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷 在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如右图2所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流 Is (称为控制电流或工作电流)，假设载流子为电子(N型半导体材料)，它沿着与电流Is相 反的X负向运动。由于洛伦兹力4的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏 转，并使B侧形成电于积累，而相对的A侧形成正电荷积累。与此同时运动的电了还受到由 于两种积累的异种电荷形成的反向电场力4的作用。随着电荷积累量的增加，&增大，当 两力大小相等(方向相反)时，& = _fE，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面 之间建立的电场称为霍尔电场Eh，相应的电势差称为霍尔电压VH。设电子按均一速度厂向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛伦兹力为 人=-e V B式中e为电于电量，F"为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。同时，电场作用于电子的力为fE = -eEH = -eVH/l式中&为霍尔电场强度，Vh为霍尔电压，1为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fL = ~fEVB = VH/ln)[0012]设霍尔元件宽度为1，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制(工作)电流 为Is = neVld⑵由⑴，(2)两式可得
权利要求1.一种定时保护霍尔效应实验装置，包括 电源部件包括工作电流源和励磁电流源； 电磁铁模块，与励磁电流源电性连接提供磁场；二维移动标尺部件，控制霍尔元件与电磁铁模块的相对位置； 换向闸刀开关，工作中切换电源； 霍尔元件； 其特征在于，还包括定时关闭控制部件，在规定时间间隔内，断开输入电流； 复位控制部件，重置输入，使定时关闭控制部件断开的电源重新电性连接； 保护性连接端子，采用不同的接线方式区分工作电流源和励磁电流源，即工作电流源 和励磁电流源的接线端子结构不同。
2.根据权利要求1所述的定时保护霍尔效应实验装置，其特征在于 其中所用的霍尔元件是砷化镓霍尔元件。
3.根据权利要求1或2所述的定时保护霍尔效应实验装置，其特征在于接线端子结构选自于下述类型之一鳄鱼夹，柱性插销，鱼口插头，球形插销，且工作电 流源和励磁电流源的接线端子结构不同。
专利摘要本实用新型是一种具有保护部件的霍尔效应实验用的实验装置，主要是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应的实验用装置，本实验装置带有自保护部件，采用保护性连接端子，采用不同的接线方式区分工作电流源和励磁电流源，即工作电流源和励磁电流源的接线端子结构不同。还具有定时关闭控制部件，在规定时间间隔内，断开输入电流；复位控制部件，重置输入，使定时关闭控制部件断开的电源重新电性连接；本实用新型的霍尔效应实验装置布局分布合理、效率高且安全可靠。
文档编号G09B23/18GK201927252SQ20102057829
公开日2011年8月10日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者张玉川, 柳玉召 申请人:中国人民解放军防化指挥工程学院