가우스 미터의 동작방식

가우스 자력계의 현대 버전은 가우스 미터로 알려져 있습니다. Gauss Meter는 작은(상대적으로) 자기장의 방향과 강도를 측정할 수 있습니다. 더 큰 자기장의 경우 Tesla 미터가 사용되며 이는 유사하지만 더 큰 Tesla 단위로 측정됩니다. 

 

가우스 미터는 가우스 프로브/센서, 미터 및 둘을 연결하는 케이블로 구성됩니다. 가우스 미터는 1879년 에드윈 홀(Edwin Hall)이 발견한 홀 효과(Hall effect)를 기반으로 작동합니다.

자기장 연구의 선구자인 Carl Freiderich Gauss(1777-1855)는 또한 가장 위대한 수학자 중 한 명으로 간주됩니다. 자기장의 방향과 강도를 측정하는 데 사용할 수 있는 최초의 장치 중 하나인 자력계가 그에 의해 개발되었습니다. 그는 또한 자기를 측정하는 단위 체계를 개발했으며, 그를 기리기 위해 자기 유도 또는 미터법 (CGS) 시스템의 자속 밀도에 대한 현대 단위는 GAUSS로 알려져 있습니다. SI 측정 시스템에서 자속의 기본 단위는 TESLA (전기의 아버지인 Nikola Tesla의 이름을 따서 명명됨)이며 1 TESLA = 10000 GAUSS입니다.

 

 

 

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1. 가우스 미터란?

가우스 미터와 같은 측정 기기는 주로 강자성체와 같은 자성 물질의 자화를 계산하는 데 사용되며, 공간의 특정 지점에서 자기장의 방향 및 강도를 측정하는 데 사용됩니다. 가우스 미터에는 가우스 프로브, 미터 및 이를 고정하기 위한 케이블이 포함됩니다. 가우스 미터는 홀 효과로 단순히 작동하며 작은 자기장을 측정하는 데에도 사용됩니다.

 

 

 

홀 효과(Hall Effect)는 물질이 자기장에 수직인 전류를 전달하는 자기장에 있을 때 고체 물질 내에서 횡방향 전기장이 발생할 수 있는 방법입니다. 그런 다음 기존 경로에 직각으로 전압을 측정할 수 있습니다. 따라서 자기 효과로 인해 전압을 측정하는 이 방법을 홀 효과라고 합니다.

 

 

 

 

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2. 가우스 미터의 동작방식

 

가우스 미터의 가장 필수적인 부분은 홀 프로브입니다. 이 프로브는 평평하며 횡방향 자기장을 측정합니다. 일부 프로브는 원통형 또는 축형이며 프로브를 향한 평행 필드를 계산하는 데 단순히 사용됩니다.

 

솔레노이드의 자기장는 두 가지 유형의 프로브 모두 자기장을 측정하는 데 사용할 수 있지만 횡방향 또는 평면 프로브는 자석의 작은 틈과 같은 열린 공간 내의 자기장을 측정하는 데 중요하며, 그렇지 않으면 강자성 물체 또는 간단한 자석의 경우입니다. 일반적으로 프로브는 특히 작은 자기장을 측정하는 데 사용되는 경우 섬세하며 거친 환경으로부터 안전을 위해 황동 재질로 내성이 있습니다.

 

가우스 미터는 프로브를 사용하여 도체를 사용하여 테스트 전류를 전송하고 홀 효과로 인해 전압을 생성할 수 있으며 이는 미터에 의해 기록됩니다. 전압이 변경되면 미터는 특정 값에서 전압 판독값을 고정하고 가장 높은 전압 값이 감지되면 기록합니다.

 

 

 

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자기장은 전기와 자기가 관련되어 있기 때문에 전류에 영향을 미칩니다. 자기장에 직각으로 배치된 도체를 통해 전류가 흐르면 자기장 힘은 전자를 도체의 한쪽으로 밀어냅니다. 전자의 불균형 농도는 자기장과 전류의 강도에 정비례하지만 전하 밀도와 도체 두께에 반비례하는 측정 가능한 전압을 생성합니다. 이 효과를 홀 효과라고 합니다.

 

수학 공식은 V = IB/nd이며, 여기서 "V"는 생성된 전압, "B"는 자기장의 강도, "I"는 전류, "n"은 전하 밀도, "d"는 도체의 두께, "e"는 단일 전자의 전하를 나타냅니다.

 

가우스 미터의 가장 중요한 부분인 홀 프로브는 일반적으로 횡방향 자기장을 측정하는 데 가장 적합합니다. 일부 프로브는 축 방향 또는 원통형이며 프로브에 대한 평행 필드를 측정하는 데 사용됩니다(예: 솔레노이드 내부의 자기장(전류가 통과할 때 자성이 되는 와이어의 원통형 코일).

 

 

 

 

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두 유형 모두 범용 자기장 측정에 사용할 수 있지만, 평면 또는 횡방향 프로브는 자석 내부 또는 내부의 작은 틈을 포함하여 열린 공간에서 자기장을 측정하거나 단순한 자석 또는 강자성 물체에 대해 자기장을 측정하는 데 필수적입니다. 프로브는 특히 작은 자기장을 측정하기 위한 경우 깨지기 쉬우며 거친 환경으로부터 보호하기 위해 황동으로 강화됩니다.

 

미터는 프로브를 사용하여 도체를 통해 테스트 전류를 보내고 홀 효과로 인해 전압이 생성되어 미터가 기록합니다. 전압이 변동하고 거의 정적이지 않기 때문에 미터는 일반적으로 지정된 값에서 판독값을 고정하고 감지된 가장 높은 전압 값과 함께 기록합니다. 일부 가우스 미터는 AC 필드의 RMS(제곱 평균-제곱근)를 자동으로 계산하므로 AC 필드와 DC 필드를 구별할 수도 있습니다.

 

 

 

 

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3. 가우스 미터와 자력계의 차이점

가우스 미터와 자력계의 차이점은 다음과 같습니다.

가우스 미터	자력계
자기장의 방향을 발견하기 위해 자기장의 강도/강도를 측정하는 데 사용되는 측정 장치입니다.	지정되거나 주어진 영역 내에서 특정 자기장 값을 추정하는 데 사용됩니다.
홀 프로브/가우스 센서, 미터 및 연결 케이블 와이어가 포함되어 있습니다.	자력계 하우징, 정전기 차폐 및 자력계 조립을 포함합니다.
1%의 정확도로 인해 정밀한 측정 장치입니다.	매우 정확합니다.
전자기파의 측정값을 가우스로 표시합니다.	EMF(전자기장(EMF))를 감지하고 mG(milliGauss) 또는 μT(microTesla) 내에서 측정 결과를 표시합니다.
무게는 약 1kg입니다.	종단 포함 시 약 7.7kg입니다.

 

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4. 가우스 미터의 장점

 

가우스미터는 자기장 강도를 측정하는 데 사용되는 기기로 다양한 특성과 특성을 가지고 있어 다양한 응용 분야에 적합합니다. 

• 정확한 측정: 가우스는 일반적으로 가우스(G) 또는 테슬라(T) 단위로 자기장 강도를 매우 정확하게 측정합니다. 이러한 정밀도는 과학 연구 및 엔지니어링 분야에서 매우 유용합니다.
• 다양한 응용분야: 가우스 미터는 물리학, 재료 과학, 전자 공학, 의료 장비, 자성 재료 테스트 등을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
• 자기장 분포 측정: 전체 자기장 강도 외에도 가우시안 미터는 자기장의 분포 및 방향에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 이는 자기장의 특성을 분석하는 데 매우 중요합니다.
• 비침습적 측정: 가우스 미터는 일반적으로 비침습적이며 테스트 대상을 방해하거나 손상시키지 않고 측정하는 데 사용할 수 있으며, 이는 의료 및 재료 테스트 분야에서 특히 유용합니다.
• 데이터 기록 및 분석: 많은 가우스 미터에는 데이터 기록 및 분석 기능이 있어 측정 데이터를 기록하고 자기장 강도 변화의 추세를 추적하며 추가 분석을 수행할 수 있습니다.
• 다양한 유형의 자기장에 적합: 가우스 미터는 정적 자기장, 교류 자기장 및 펄스 자기장을 포함한 다양한 유형의 자기장을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

 

5. 가우스 미터의 회로

가우스 미터의 회로도는 아래와 같습니다. 가우스 미터 회로는 매우 간단하고 설계 비용이 저렴합니다. 

이 회로의 설계는 9V 배터리, IC LM1117-5.0(전압 조정기), S1과 같은 토글 스위치, IC49와 같은 SS2E 홀 효과 센서, DVM(디지털 전압계) 또는 DMM(디지털 멀티미터)을 연결하기 위한 CON1과 같은 2핀 커넥터를 사용하여 수행할 수 있습니다.

 

가우스 미터 회로도

 

1) SS49E 홀 효과 센서

SS49E 홀 효과 센서의 핀아웃은 아래와 같으며 3개의 핀이 포함되어 있습니다.

• 핀1(Vdd): 전원 공급 핀입니다.
• 핀2(GND): IC의 GND 핀입니다.
• Pin3 (출력): IC의 출력 핀입니다.

 

 

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3) 전기적 특성

SS49E 홀 효과 센서의 전기적 특성은 다음과 같습니다.

• 작동 전압(Vcc) 범위는 3.0V에서 6.5V입니다.
• IC의 패키지는 TO-92입니다.
• 응답 시간은 3μsec입니다.
• 전류 공급(Icc) 범위는 4.2mA에서 8.0mA입니다.
• 출력 전류(Iout)는 1.0 - 1.5mA입니다.
• 출력 전압(최소)은 0.86V입니다.
• 출력 전압(최대)은 4.21V입니다.
• 대기 o/p 전압은 2.25 - 2.75V입니다.
• 감도(ΔVout)는 1.6 - 2.0mV/G입니다.

 

3) 회로 작동

스위치 'S1'이 닫히면 'TP1' 테스트 포인트의 전압은 5볼트인 반면 TP2의 전압은 주로 IC2 센서에 대한 자석 위치에 따라 달라집니다. 여기에서 배터리 수명 동안 안정적인지 여부를 확인하기 위해 센서에 안정적인 DC 전원을 제공하는 고정 전압 조정기가 사용됩니다.

 

이제 자석을 홀 효과 센서에서 멀리 유지하고 디지털 전압계 프로브를 2핀 커넥터 'CON1'에 배치하여 자석의 전계 강도를 측정할 수 있습니다. 그런 다음 홀 센서 방향으로 자석을 움직여 전압을 측정합니다.

따라서 홀 효과 센서에 대한 자석 위치를 기반으로 디지털 전압계에서 두 개의 o/p 전압을 확인할 수 있습니다. 전압 판독값이 디지털 전압계 내에서 최대인 경우 홀 센서는 자석의 남극 방향을 향하고 있습니다. 마찬가지로 DVM의 전압 판독값이 최소인 경우 센서는 자석의 북극 방향을 향합니다.