Sonde Hall

Maggiori informazioni

Le sonde ad effetto Hall coprono tipicamente un intervallo da 3 a 5 ordini di grandezza senza compromettere le prestazioni. Al di fuori di questo intervallo potrebbero manifestarsi livelli maggiori di rumore o perdita di risoluzione. La scelta del tipo di sonda corretto diventa quindi fondamentale.

Alta stabilità (HST-1, HST-2, HST-3, HST-4):

Grazie al loro ampio intervallo di campo, fino a 350 kG = 35 T (350 kG con i modelli 475, 455 e 425, 300 kG con i modelli 460, 450 e 421), le sonde ad alta stabilità vengono utilizzate quando i campi superano il limite di letture delle altre tipologie di sonde. Le prestazioni per campi piccoli sono infatti ridotte, la sensibilità minima a 50 mG (5 µT). Le sonde HST sono anche intrinsecamente più stabili in temperatura rispetto ad altre sonde e dovrebbero dunque essere preferite quando si prevedano forti fluttuazioni di temperatura. Sono offerte con diverse geometrie dello stelo.

Alta sensibilità (HSE e HSE-1):

Le sonde ad alta sensibilità sono le più comuni per misurazioni generiche del campo. Funzionano efficacemente in campi fino a 35 kG = 3,5 T (35 kG con i Model  475, 455 e 425, 30 kG con i Model 460, 450 e 421) con un'eccellente sensibilità. A campi bassi, la loro sensibilità può arrivare a 5 mG (0,5 µT). Conveniente per molte applicazioni a causa della loro area attiva relativamente piccola, le sonde HSE sono offerte nelle stesse geometrie delle sonde HST.

Le sonde HST e HSE utilizzano come materiale attivo l’arseniuro di indio altamente drogato. Il materiale delle HST è il più fortemente drogato dei due e quindi sarà meno influenzato dalle radiazioni. Alcune informazioni generali relative ai sensori Hall in arseniuro di indio, altamente drogati, sono le seguenti:

• Le radiazioni gamma sembrano avere scarso effetto sui sensori Hall
• Le radiazioni di protoni fino a 10 Mrad causano cambiamenti di sensibilità inferiori allo 0,5%
• Le radiazioni cumulative di neutroni (> 0,1 MeV, 1015 per cm2) possono causare una riduzione della sensibilità dal 3% al 5%

In tutti i casi gli effetti delle radiazioni sembrano saturare e diminuire con il tempo di esposizione.

Raggiungere il campo con l’appropriata geometria fa parte della sfida nella selezione di una sonda. L'orientamento del campo determina la scelta più elementare della geometria della sonda, tra trasversale e assiale. Altre varianti sono disponibili per applicazioni meno comuni e più impegnative. Di seguito sono elencate le configurazioni standard per le sonde HSE e HST.

Sonde trasversali:

Le sonde trasversali, spesso di forma rettangolare, misurano campi normali alla larghezza dell’asta. Sono utili per la maggior parte delle misurazioni di campo generiche, e sono essenziali per il lavoro nello spazio tra i poli di un magnete. Diverse lunghezze e spessori dell’asta sono disponibili tra le sonde standard.

Sonde assiali:

Le sonde assiali, generalmente rotonde, misurano i campi normali alla loro estremità. Possono anche essere utilizzate per misurazioni generiche, ma sono più comunemente utilizzati per misurare campi prodotti da solenoidi. Diverse lunghezze e diametri dell’asta sono disponibili tra le sonde standard.

Sonde flessibili:

Le sonde flessibili hanno una porzione flessibile alla metà dell’asta, mentre l'area attiva sulla punta rimane rigida e in qualche modo esposta. Questa caratteristica unica le rende significativamente più fragili rispetto ad altre sonde trasversali. Le sonde flessibili devono essere selezionate solo per misurazioni in gap molto strette.

Sonde tangenziali:

Le sonde tangenziali sono sonde trasversali progettate per misurare campi paralleli e vicini a una superficie. L'area attiva è molto vicina alla punta dell’asta. Queste sonde sono destinate a questa specifica applicazione e non devono essere selezionate per generiche misurazioni trasversali.

I gaussmetri ad effetto Hall sono ugualmente adatti per misurare campi statici, DC o periodici, AC, ma per ottenere prestazioni ottimali è necessaria un'adeguata selezione della sonda.

Asta in metallo:

Le sonde con asta metallica sono la scelta migliore per le misurazioni  DC e AC a bassa frequenza. I metalli non ferrosi sono utilizzati per le aste delle sonde perché forniscono la migliore protezione per il delicato sensore ad effetto Hall, senza alterare il campo misurato. L'alluminio è il materiale più utilizzato per la realizzazione delle aste ma può essere adoperato anche l'ottone. Le aste in metallo hanno però uno svantaggio: permettono la generazione di correnti parassite quando vengono posizionati in campi AC. Queste correnti parassite si oppongono al campo e causano errori di misurazione. L'entità dell'errore è proporzionale alla frequenza e diventa palese al di sopra di 800 Hz.

Aste non metalliche:

Le aste non metalliche sono necessarie per i campi AC a frequenza più elevata e per la misurazione dei campi impulsati. La fibra di vetro/resina epossidica è il materiale più comune ma il sensore ad effetto Hall può essere lasciato esposto sul suo substrato ceramico rendendo il sensore meno protetto. Le correnti parassite non limitano l’intervallo di frequenza di questi materiali non conduttivi, ma altri fattori possono.

Nota: nessuna sonda per gaussmetro è adatta all'esposizione diretta alle alte tensioni.

La selezione della sonda sarebbe più semplice se tutti i campi fossero grandi e uniformi, ma la maggior parte dei campi ha un volume limitato e contiene gradienti (variazioni di intensità). Le sonde ad effetto Hall misurano un valore mediato sulla loro area attiva, rendendo necessario comprendere la relazione tra area attiva e gradienti del campo.

Gradienti di campo importanti si riscontrano allontanando l'elemento sensibile da un polo di un magnete permanente, rendendo importante conoscere la distanza tra l'area attiva e la punta della sonda. La distanza tra la punta della sonda e l'area attiva è specificata per le sonde assiali, ma è meno facile da definire per le sonde trasversali.

Area attiva nominale:

Le sonde HSE e HST hanno un'area attiva nominale dell'ordine di 1 mm di diametro, utile per tutte le applicazioni tranne quelle più stringenti. Il campo misurato è la media dell'area attiva che, escludendo forti gradienti, rappresenta accuratamente il valore del campo reale. La mappatura dei campi con sonde standard è anche pratica se è accettabile una risoluzione della mappatura di 1 mm o superiore.

Piccola area attiva:

Le sonde HSE e HST prodotte da Lake Shore sono disponibili anche con un'area attiva più piccola per misurazioni in presenza di forti gradienti o per applicazioni dove è richiesta una mappatura ad alta risoluzione.

Tutte le sonde ad effetto Hall sono fragili. Il sensore, normalmente situato sulla punta dell’asta della sonda, non deve essere piegato, scosso o abraso. Per questo, sebbene possa essere allettante scegliere la sonda con l’asta trasversale più sottile, o con l’asta assiale dal diametro più piccolo, è sempre meglio scegliere la sonda più robusta adatta all'applicazione immediata. Ad esempio: l'HMMT-6J04-VR (asta in alluminio) è meno soggetto a danni rispetto all'HMFT-3E03-VR (asta flessibile); l'HMMA-2502-VR (alluminio, diametro 1/4) è più resistente del HMNA-1904-VR (3/16 di diametro in fibra di vetro) con sensore Hall esposto.

Nota: non fissare mai l’asta di una sonda a un oggetto. Se la sonda deve essere tenuta in una certa posizione, applicare sempre le pinze sull'impugnatura.

L'output sarà positivo quando la direzione del vettore di densità del flusso punta il logo Lake Shore (ovvero, il logo è verso il polo nord).

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