چگونگی عملکرد گوس مترها و اثر هال
پیشگام تحقیقات میدان مغناطیسی، کارل فریدریش گاوس، اولین ابزاری را در سال 1833 ساخت که توانایی اندازه گیری قدرت و جهت میدان مغناطیسی را داشت. او همچنین سیستمی از واحدها را برای اندازه گیری نتیجه ایجاد کرد. گوس متر از یک پروب گاوس، یک دستگاه سنجش و یک کابل برای اتصال آنها به یکدیگر تشکیل شده است. علاوه بر همه اینها، ما به اثر هال نیاز داریم که توسط ادوین هال در سال 1879 کشف شد، زیرا بدون آن نمی تواند کار کند.
گوس‌متر:
نیروی مغناطیس نامرئی نقش مهمی در بسیاری از جنبه‌های دنیای ما ایفا می‌کند. از آهنرباهای یخچال تا عملکرد پیچیده دستگاه ام آر آی، درک مغناطیس در زمینه‌های مختلف ضروری است. نیروهای مغناطیسی دنیای ما را احاطه کرده‌اند، اما دیدن مستقیم آنها غیرممکن است. گوس‌متر که به آن مغناطیس‌سنج نیز گفته می‌شود، دستگاهی است که برای اندازه‌گیری قدرت میدان مغناطیسی به کار می‌رود. این قدرت بر حسب تسلا (T) یا گاوس (G) اندازه‌گیری می‌شود. گاوس‌مترها در انواع مختلفی وجود دارند، اما همه آنها وظیفه اصلی تشخیص میدان مغناطیسی و تبدیل آن به یک مقدار قابل خواندن را بر عهده دارند.
اما این وسیله چگونه یک میدان نامرئی را به عددی قابل خواندن تبدیل می‌کند؟
اثر هال :
اکثر گاوس‌مترها بر پدیده‌ای جالب به نام «اثر هال» تکیه می‌کنند .اثر هال جریانی است که از یک هادی عبور می کند، این جریان در تماس با حضور میدان مغناطیسی عمود بر حرکت میدان مغناطیسی اعمال شده و بارهای مغناطیسی است. فرض کنید صفحه‌ای نازک از یک ماده نیمه‌رسانای خاص، مانند آرسنید ایندیوم، درون کاوشگر گاوس‌متر قرار گرفته است. هنگامی که هیچ میدان مغناطیسی وجود ندارد و جریانی از یک طرف به طرف دیگر از این صفحه عبور می‌کند، ولتاژ اندازه‌گیری شده در عرض صفحه بدون تغییر باقی می‌ماند.
اما با معرفی میدان مغناطیسی عمود بر جریان، ماجرا جالب می‌شود. ذرات باردار درون نیمه‌رسانا تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار گرفته و به یک سمت ماده رانده می‌شوند. این پدیده باعث عدم تعادل بار و در نتیجه ایجاد اختلاف قابل اندازه‌گیری ولتاژ در عرض نیمه‌رسانا می‌شود. این اختلاف ولتاژ دقیقا در زاویه قائمه با جریان و میدان مغناطیسی رخ می‌دهد.
انواع گوس‌متر:
گوس‌متر اسکالر (Scalar): این نوع، قدرت کلی میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند اما جهت آن را نشان نمی‌دهد.
گوس‌متر برداری (Vector): این مدل پیشرفته‌تر، علاوه بر اندازه‌گیری قدرت، جهت میدان مغناطیسی را نیز تعیین می‌کند.
گوس‌متر چگونه کار می‌کند؟
فناوری‌های مختلفی در گوس‌مترها به کار گرفته می‌شود، اما یک اصل مشترک استفاده از حسگرهای اثر هال (Hall Effect) است. این حسگرها بر اساس قدرتی از میدان مغناطیسی که در معرض آن قرار می‌گیرند، ولتاژ تولید می‌کنند. سپس این ولتاژ توسط بخش الکترونیکی گوس‌متر پردازش شده و قدرت میدان مغناطیسی را روی یک صفحه نمایش دیجیتال نشان می‌دهد.عملکرد یک گوس متر به دلیل صفحه نمایشی که اطلاعاتی در اختیار ما در مورد این وسیله قرار می دهد بسیار ساده است. برای به دست آوردن این اطلاعات فقط باید به منبع مغناطیسی که می خواهیم اندازه گیری کنیم نزدیک شویم. این دستگاه می تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد، صرف نظر از نوع آن، گوس مترها باید در هر بازه زمانی معینی کالیبره شود.
از ولتاژ به قدرت: جادوی الکترونیک
جادوی گوس‌متر در توانایی آن برای تبدیل اختلاف ولتاژ به قدرت میدان مغناطیسی نهفته است. قدرت ولتاژ اندازه‌گیری شده، رابطه‌ای مستقیم با قدرت میدان مغناطیسی که کاوشگر در معرض آن قرار دارد، دارد. بخش الکترونیکی داخلی گاوس‌متر با دقت این ولتاژ را اندازه‌گیری کرده و با استفاده از یک عامل کالیبراسیون از پیش برنامه‌ریزی شده، قدرت میدان مغناطیسی را بر حسب واحد گاوس (G) یا تسلا (T) روی یک صفحه نمایش دیجیتال نشان می‌دهد.
انواع کاوشگرهای گاوس‌متر:
طراحی کاوشگری که حسگر اثر هال را در خود جای داده است، می‌تواند بسته به کاربرد مورد نظر گاوس‌متر متفاوت باشد. دو نوع اصلی وجود دارد:
کاوشگر اثر هال: این کاوشگرهای تخت برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی در فضاهای باز ایده‌آل هستند و برای کارهایی مانند بررسی قدرت یک آهنربای میله‌ای در نقاط مختلف مناسب‌اند.
کاوشگر محوری: این نوع کاوشگرها برای میدان‌های مغناطیسی درون اشیا طراحی شده‌اند و حسگر آنها در امتداد محور کاوشگر قرار گرفته است. این ویژگی آنها را برای اندازه‌گیری قدرت میدان‌های مغناطیسی درون سلونوئیدها (سیم‌پیچ‌های استوانه‌ای شکل) یا آهنرباهای دائمی با سوراخ ایده‌آل می‌کند.
کاربردهای گوس‌متر:
گوس‌مترها طیف وسیعی از کاربردها را در صنایع مختلف دارند:
تحقیقات علمی: دانشمندان از گوس‌مترها برای مطالعه میدان‌های مغناطیسی در مواد، انجام آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل خواص مغناطیسی استفاده می‌کنند.
تولید: در کنترل کیفیت، گوس‌مترها اطمینان می‌دهند که آهنرباهای استفاده شده در دستگاه‌ها، مشخصات قدرت مورد نیاز را داشته باشند.
صنعت الکترونیک: گوس‌مترها به کنترل و نظارت بر میدان‌های مغناطیسی در قطعات الکترونیکی حساس کمک می‌کنند.
حوزه پزشکی: برخی از گوس‌مترها برای اندازه‌گیری قدرت میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط دستگاه‌های ام آر آی به کار می‌روند.
پایش محیط زیست: گوس‌مترهای تخصصی برای تشخیص و اندازه‌گیری میدان‌های الکترومغناطیسی (EMF) در محیط زیست قابل استفاده هستند.
– آزمایشگاه ها: در آزمایشگاه برای کنترل کیفیت به منظور اندازه گیری شدت میدان های مغناطیسی تحت درمان استفاده می شود.
– مخابرات: در بخش مخابرات برای بررسی مغناطیس زدایی صحیح عناصر استفاده می شود.
انتخاب گوس‌متر مناسب:
نوع گوس‌متر انتخابی شما به نیازهای خاصتان بستگی دارد. عواملی مانند موارد زیر را در نظر بگیرید:
• قدرت میدان مغناطیسی که باید اندازه‌گیری شود
• دقت مورد نیاز
• لزوم اندازه‌گیری جهت‌دار
• بودجه
فراتر از اصول اولیه: ویژگی‌های پیشرفته
گوس‌مترهای مدرن اغلب با قابلیت‌های اضافی همراه هستند:
اسکالر در مقابل برداری: گوس‌مترهای پایه، قدرت کلی (کمیت اسکالر) میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کنند. گاوس‌مترهای برداری پیشرفته‌تر علاوه بر این، می‌توانند جهت میدان را نیز تعیین کنند.
قابلیت AC/DC: برخی از گاوس‌مترها می‌توانند بین میدان‌های مغناطیسی استاتیک (DC) ناشی از آهنرباهای دائمی و میدان‌های دینامیک (AC) ناشی از جریان‌های متغیر تمایز قائل شوند.
ثبت اطلاعات: مدل‌های پیشرفته می‌توانند چندین قرائت را برای تجزیه و تحلیل‌های بعدی ذخیره و ضبط کنند.
چگونه یک گاوس متر را کالیبره کنیم؟
کالیبره کردن یک گوس متر برای اطمینان از نتیجه به دست آمده از این ابزار اهمیت حیاتی دارد. کالیبراسیون یک گوس سنج به یک محفظه گاوس صفر و یک آهنربای خاص نیاز دارد. در بیشتر مواقع مسئول کالیبراسیون اینگونه گوس سنج ها سازنده آن ها هستند.
در نتیجه:
گوس‌مترها ابزار ارزشمندی برای هر کسی هستند که با مغناطیس کار می‌کند. از اندازه‌گیری‌های اولیه تا کاربردهای تحقیقاتی پیچیده، یک گوس‌متر می‌تواند دنیای نیروهای مغناطیسی نامرئی را آشکار کند. بنابراین، دفعه بعد که با مغناطیس برخورد کردید، گوس‌متر را به خاطر بسپارید
اینستروسنتر ارائه دهنده ی انواع میدان سنج ها و گوس متر ها می باشد برای مشاهده و خرید این گوس مترها می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید:
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.