美国贝尔F.W.BELL5180高斯计中文使用说明书


 

 

 

5100高斯计/特斯拉计

 

 

用

户

手

册

 

 

 

 

用户手册1.0E版

产品描述

F.W.Bell的5170/5180手持式高斯/特斯拉计使用霍尔探头测量磁场，可以测量磁场的高斯值、特斯拉值和安平/米值。5180的量程范围0.01mT（0.1G或0.01KA/m）到3.000T（30.00KG或2388KA/m），5170的量程范围0.01mT（0.1G或0.01KA/m）到2.000T（20.00KG或1592KA/m）。可以测量恒定磁场（DC）和交变磁场（AC）。

 

5170/5180由一个手掌大小的主机和一个可拆卸的霍尔探头构成，仪表由4节标准的AA碱性1.5V电池或者外部电源适配器供电工作。可收回式支架可以使仪器立在平面桌上工作，大屏幕使得可在较远的距离读数，仪表的按键设计合理、操作简单方便。

 

根据测量磁场的大小可手动或者自动选择仪表的量程档使其工作做状态。“校零功能”可以清除仪表附近的干扰磁场的读数，或者仪表启动时的偏移量。自带的校零盒可以屏蔽探头外部磁场。“相对模式”可以使较大的读数为零点，从而使得较大磁场的微小变化可以直接观测到。“校零”和“相对模式”可以手动操作也可以自动操作。

 

另外一个功能是三种“保持”模式，可以保持的有算术值、值和瞬间的峰值等，这些值在复位前可以一直被保持。从标准的BNC端口（仅5180）输出的模拟信号对应磁场的大小，DC模式下3V对应量程档，AC模式下3Vrms对应量程档。输出信号可以接电压表、示波器、记录仪、外部模拟信号到数字信号转换器。

 

计算机或者PLC设备等可以通过USB接口（仅5180）远程操作和获得仪表的数据等。

 

仪表、探头及配件等不使用时应存放在硬质便携式箱中以保护不受损伤。

 

应用

·检验和分类磁铁，特殊多极磁体。

·测试音频扬声器磁铁，电机转子和定子，变压器分层堆叠，切割环形磁芯，线圈，和螺线管。

·确定医疗设备位置的杂散磁场。

·确定电磁干扰的来源。

·焊接接头中的缺陷检查与定位。

·黑色金属材料的检验。

·现场测绘。

·检查磁记录磁头。

 

 

操作安全注意事项

?  仪表的外部电源连接端不能连接交流电源，不能使用高于5Vdc的的电源，不能反极性；只能使用国家的AC到DC稳压电源。

?  探头不能连接超过30Vrms或者60Vdc的电压源。

?  电池中含有可被吸引到磁场的钢铁材料时，使用时要小心附件的强磁场，可能会导致仪表被吸引到磁场源中。

 

 

操作功能

显示    液晶显示器（LCD）。

自动校零   按下“ZERO”键，校零完成后，系统会自动返回到正常操作。

手动校零   按下“SHIFT”键，然后按下“ZERO”键；用左右方向键选择数字，用上下方向键调整至需要值，按下“RESET”键清除偏移量；依次按下“SHIFT”键和“ZERO”键使仪表返回到正常操作状态。

自动相对模式（仅5180）  按下“RELATIVE”键系统进入到相对模式并自动返回到正常操作状态，再次按下“RELATIVE”键系统将退出相对模式。

手动相对模式（仅5180）  按下“SHIFT”键，然后按下“RELATIVE”键；按下左方向键偏移量调整开，右方向键则偏移量调整关；用左右方向键选择数字，上下方向键调整至需要值，按下“RESET”键清除偏移量；依次按下“SHIFT”键和“ZERO”键使仪表返回到正常操作状态。

自动切换量程  按下“SHIFT”键，然后按下“RANGE”键系统自动进入到自动切换量程状态中；按下“SHIFT”键，然后按下“RANGE”键系统退出自动切换量程模式。

手动切换量程（仅5180）  按下“RANGE”键，然后按下上下方向键选择量程档，再次按下“RANGE”键使仪表返回到正常操作状态。

切换显示单位  按下“SHIFT”键，然后按下左方向键；这时按上下方向键可以选择的磁场读数有高斯（G）、特斯拉（T）、安培/米（AM）；按下“SHIFT”键，然后按下左方向键使仪表返回到正常操作状态。

保持功能   按下“SHIFT”键，然后按下“RESET”键；左右方向键可以选择值（MIN HOLD）保持、值（MAX HOLD）保持、峰值（PEAK HOLD）保持以及关闭保持；在任何模式下按“RESET”键可以清除已保持的值。按下“SHIFT”键，然后按下“RESET”键使仪表返回到正常操作状态。

AC/DC切换  按下“SHIFT”键，然后按下右方向键。

模拟输出（仅5180）   按下“SHIFT”键，然后按下上方向键。

开机/关机 关机状态下按“ON/OFF”键开机，开机状态下按“ON/OFF”三秒钟即可关机。

睡眠模式   此模式下仪表在一小时内无操作自动关机（无操作指：无手动操作，无远程控制操作）。按下“SHIFT”键，然后按下“ON/OFF”键即可开启或者关闭睡眠模式。电池显示标志将会显示“ON”或者“OFF”显示睡眠模式的状态。

版本    在任何操作模式下按“RESET”键超过一秒钟，微控制器和DSP的版本信息将会显示到屏幕上。例如：r2.00 d2.00。

 

 

仪表工作前的准备

1.   在仪表关机状态下，用力按电池后盖，向仪表尾端推动以打开后盖。

2.   按照电池盒内的极性指示装入四节AA1.5V碱性电池，合上电池后盖。

3.   使用外部电源适配器，要注意适配器的电压与电流及输出极性。

4.   按下探头连接端子的键沟，将端子插入到主机中，完全安装后端子将会被锁住；按下键沟可以将探头取出，而不是直接拉扯探头电缆。

 

 

启动

按下电源启动按钮，“滴”的一声后所有显示符号都出现在显示屏上。

 

仪表首先进行自检，如果侦测到故障则会显示“Err”并在其后显示3位错误代码，电路错误将会被自动重新检测，错误代码也会在每次检测后显示在屏幕上。如果仪表有故障则会一直处于自检状态，只有自检顺利通过每一个功能检测才可以进行下一步操作。如果自检出现错误而后又完成自检则不能忽视这个现象，因为它预示仪表有间歇性故障，应该及时查找出并被纠正。

 

仪表完成自检后将会启动自动校准，在场阶段中仪表会显示校准过程信息“CLAX”。如果没有连接探头校准将会自动暂停并且提示错误，显示“Err”并伴随闪烁“PROBE”。

 

为符合每一个技术参数中的数值，要求仪表预热15分钟。

 

常见的错误代码如E064和E067等一般是损伤到探头末端的传感器部件造成的。

 

仪表的参数有一部分是存储到仪器内部并被记录，仪器关机并重启后这些设置的参数仍然有效。这些参数有：

     ·量程设置（包括自动量程）

     ·模式（AC或者DC）

     ·显示单位（高斯（G）、特斯拉（T）、安培·米）

     ·输出功能

下面这些参数设置后只针对本次有效，仪表重启后将自动返回默认值：

     ·相对模式（默认关闭）

     ·相对值（默认0）

     ·归零模式（无效）——仪表每次启动都需要重新执行校零功能，以消除偏差等。

     ·保持模式（关闭）

 

低电池状态

仪表设计使用4节标准AA1.5V碱性电池，当电池电压变得较低时屏幕上的电池标志将会闪烁。这时需要更换电池或者使用外部电源适配器。

注：电池电压较低时仪表的技术参数将不能保证。

 

超量程状态

如果磁场的强度超过了设定的量程档的范围，仪表的屏幕上将会显示“2999”（高斯或者特斯拉模式）或“2387”（安培·米模式），此时应该选择更大的量程档。如果已经是的量程档，则磁场强度超过了仪表的量程。

 

AC或者DC测量模式设定

仪表可以测量静态磁场（DC）和交变磁场（AC），设定DC或者AC测量模式可以先按“SHIFT”键然后按右方向键，此时屏幕上会显示选择AC或者DC的符号。AC和DC测量模式将在后面的章节中详细讨论。AC或者DC设定后将会保存，仪表再次开机后设置仍然有效。

 

测量显示单位设定

仪表可显示的单位有：高斯（G）、特斯拉（T）、安排/米（A/m）。按下“SHIFT”键，然后按下左方向键，这时按上下方向键可以在屏幕上观察到选择的G、T、Am。显示单位的设定将会保存，仪表再次开机仍然有效。

 

量程设定

仪表有三个固定的量程档，可以自动或者手动选择合适的量程档。量程进位为10倍的关系，的量程档具有的分辨率，的量程档具有的量程范围。

在自动量程档模式下，如果读数到达量程档的95%，将自动切换到高量程档上，如果读数小于当前量程档的9%，将自动切换到低量程档上。在自动量程模式下，量程切换在更新速率略有下降时悄然切换的。

注：在相对模式功能开启状态下，自动切换量程将会被自动取消。

手动选择量程档，首先按下“RANGE”按键，这时屏幕上将会闪烁“RANGE”。按上下方向键选择需要的量程档。设定自动量程档，按下“SHIFT”键，然后按下“RANGE”键。

量程档的设定将会存储在仪表中，仪表再次启动后量程设定仍然有效。

 

保持模式设定

在一些测试应用中需要保持读数的值或者值，以及极值（可正、可负）。

 

值保持功能是将算术值保持到屏幕上，例如读数+125.0大于+99.0和-150.0。

 

值保持功能是将算术值保持到屏幕上，例如读数-125.0小于-99.0和+150.0。

 

峰值保持功能是在仪表的响应时间内抓取和保持磁场的峰值。峰值可以正或者负值，是仪表测试到磁场的极值。例如，峰值-100.0高于峰值+90.0。

 

设定保持模式的方法是，先按下“SHIFT”键，然后按下“RESET”键。左右方向键选择保持模式，值保持在屏幕上显示“MX”，值保持显示“MN”，峰值保持显示“PK”，关闭保持功能则显示“OFF”。

 

在AC测量模式下峰值保持和值保持的区别是，值是磁场实时测量的算术值，峰值则是波形的振幅的值（可正，可负）。

 

值/值保持使用说明

值保持功能是保持磁场的读数比前面读数大的算术值，值保持功能是保持读数比前面读数小的值。这个功能非常适用于在一段时间内侦测磁场发生设备的磁场大小。

 

如果读数超过了5180高斯计的量程范围，将会保持并闪烁“2999”（高斯或者特斯拉模式），“2387”（安培米模式），值在相对模式中仍然可以被记录等。在5170高斯计的量程范围，将会保持并闪烁“1999”（高斯或者特斯拉模式），“1592”（安培米模式），值在相对模式中仍然可以被记录等。

 

已经被保持的值可以通过按“RESET”键复位，复位后仪表将显示测量的一个值。例如，仪表的保持值是200.0G，但是当前的磁场值是100.0G，复位后仪表将显示100.0G。

 

如果模拟信号输出启用，则会实时显示磁场值，不会受保持功能的影响。

 

极值保持使用说明

在极值保持功能开启下，每秒钟将会采集数次输入信号，每次采集的信号都会同前面采集的在屏幕上显示的极值信号进行比较。极值保持模式可以快速地抓取磁场值，可以测量脉冲磁场信号。

 

极值保持模式和值/值保持模式的区别是：

极值保持是磁场波形振幅的值（不考虑磁场的极性）。

极值保持的相应时间更快，但是不高。

模拟输出不受保持功能的影响，将会持续地输出磁场测试的实时值。

 

校零功能

校零功能是仪表获取稳态磁场值的一个重要的步骤。理想的霍尔发生器在非磁场的环境中输出是零，但是实际由于霍尔发生器受到材料的材质、构造及温度等影响而达不到。因此大部分霍尔发生器在非磁环境下仍然有信号输出，这个将被看作是影响磁场的信号。

 

另外，仪表的电路也会在没有输入信号的情况下产生一个信号，这也会影响到磁场的信号。仪表可以测试一个接近磁场源的值，另外一些来自电子马达，永磁体和地磁场（通常是0.5G）也被认为是影响磁场读数的因素而被包含到终的磁场读数中。

 

清除这些磁场测量的磁场源的影响等非常重要，校零功能可以清除这些影响因素等。仪表可以通过产生一个与干扰信号相反极性的信号来清除这些干扰信号等。校零完成后，探头测量的DC磁场的值将会被保留。

 

注：校零功能只针对DC稳态磁场。校零的过程将影响到模拟信号的输出。

 

一种情况是用户希望可以完全屏蔽外界磁场进行校零，这需要使用随机提供的YA-111校零盒，它可以屏蔽高达30mT（300G或者23.88kA/m）的磁场。探头在校零前只需要放入到校零盒YA-111中即可。

 

注：使用探头时应该小心，不要弯折或者用力压以免损伤，不用时需要用保护管套上以保护探头。

 

一种情况是用户希望在校零的过程中将探头暴露在一个特定的磁场中，以便在接下来的读数中不包括这些值，如地磁场等。这种情况有如下的限制：

1.   外部的特定磁场不能超过30mT（300G或者23.88kA/m）。

2.   校零过程中磁场必须稳定，不能包含交变磁场部分。

 

自动校零功能

仪表有两种校零模式。种是完全自动校零，按下“ZERO”即可启动校零，这时在屏幕上将会显示“ZERO”图标和DC的磁场值的读数，校零前探头在校零盒YA-111内时的读数不在±30mT（300G或者23.88kA/m）内或者读数非常低，则这个探头有缺陷。仪表在校零时将会自动切换到DC模式，校零过程只会影响到DC模式下的偏移量。如果希望清除AC模式下的偏移量则要考虑使用相对模式等。

 

自动校零功能一旦开始后就必须等待直到校零完成，校零过程中除电源按钮外所有操作都是无效的，这个过程一般是5到15秒。

 

仪表将会选择量程档，调整输出直到零，这这时校准已经完成，“AUTO”和“ZERO”图标将会从显示屏上消失。

 

如果校零处理完成后且选择了下一个较高的量程档。这时不会有进一步的电气参数调整，同时这之后的读数将算术减去校零时的环境磁场。这个过程在量程档也会重复。仪表将会伴随着“嘟”的一声完成所有校零过程，同时“AUTO”和“ZERO”图标也会消失。

 

校零后的结果在仪表和探头重新校零后将依然有效。

 

注：对探头的校零将会关闭相当模式。

 

自动校零功能

第二个校零方法是手动调整，如果需要，这个过程要求用户调整0点及0点以外的参数。按下“SHIFT”键然后按下“ZERO”键，这时“ZERO”图标和当前DC磁场的值将显示在屏幕上。应选择仪表的量程档，不论其是否这个量程档以选择并用于校零。如果校零前读数超过±30mT（300G或者23.88kA/m），或者当探头在校零盒YA-111内的读数很低时说明探头有缺陷。仪表在校零过程中会自动切换到DC模式，校零操作过程只会影响到DC偏移量，若你希望消除AC需要使用相对模式。

 

通过按上下方向键修改读数，上键是增大，下键是减小。

 

注：手动校零不仅影响量程档，同样会对其他两个量程档发生作用。假如自动校零已经完成，那么全部的三个量程档都会显示零。手动校准调整量程档的读数是零，那么另外两个较高的量程档的读数也是零，具体值受磁场变化的幅值的影响。手动校零调整对中档量程的影响小于1/10，对档的影响小于1/100。

 

注：对探头的校零将会关闭相当模式。

 

相对模式

相对模式可以在仪表的读数中减去一些特定的磁场值。当相对模式启用时，所有的磁场读数都是相对于一个用户设定的值。例如，相对模式启用时的读数是+100G，当磁场变化到+150G时，仪表将显示+50.0G，如果磁场下降到+50G，则仪表的读数是-50G。在相对模式下可以直接读出给定的DC和AC磁场的值。

 

有两种方式可以产生相对值，当选择使用相对模式时，仪表使用当前值作为相对值；当选择使用手动相对模式时，用户可以通过上下左右方向键设定相对值。每种方式都有详细的说明。

有两个限制使用相对模式：

1.   相对模式只能适用于固定的量程。如果自动量程功能开启状态下打开相对模式功能，则自动量程功能将无效；相反，在相对模式开启状态下打开自动量程功能，则相对模式不能使用。

2.   如果在相对模式下启用校零功能（手动校零或者自动校零），则相对模式无效。

 

有一种情况是用户希望可以屏蔽探头外部的所有磁场，这时可以使用仪表自带的校零盒YA-111进行屏蔽磁场，它可以屏蔽的磁场强度高达30mT（300G或者23.88kA/m）。在启用相对模式前将探头放入到校零盒中。

 

注：在校零或者仪表重启后相对模式不可用。在相对模式下模拟输出不受影响。

 

自动相对模式

在自动相对模式下，当前探头测量的磁场值即被当作是相对值。选择合适的量程和AC或者DC模式（在相对模式下自动量程将无效）。通过按“KEL”键可以自动地将当前值确定为相对值。

 

在操作过程中自动和相对的图标将闪烁。完成后，仪表自动返回到测量模式，相对图标将指示所有测量的值都减去一个相对值。要关闭相对模式，先按“SHIFT”键然后按“REL”键。

 

相对模式和校零功能的区别是，校零是产生一个信号以消除电路的偏差，而相对模式则是一个严格的数学过程。

 

手动相对模式

第二个相对模式是通过手动方式调节。在一些情况下用户希望设定一个的相对值。为做到这个需要先将探头放入到校零盒YA-111内。

 

手动设定相对模式值的方法是先按下“SHIFT”键然后按下“REL”键。这时“RELATIVE”图标和磁场读数将显示在屏幕上。应上下左右键即可以选择要设定的相对值。设定好相对值后，按下“SHIFT”键然后按下“REL”键，这时可以退出到测量模式。相对模式的图标将显示在屏幕上，这时所有的读数都将减去一个相对值。

 

在一些情况下，探头将固定在一个不会超出量程限制的DC或者AC磁场中。大多数情况下，将读数调整到零这样接下来的读数中可以完全消除环境磁场的影响。

 

要关闭手动相对模式，先按“SHIFT”键，然后按“REL”键。要进入到手动相对模式，按下左方向键直到“OFF”图标显示出来，然后按下“SHIFT”键和“REL”键，这时仪表退出到测量模式。另外，在相对模式下，按下复位键清除相对偏移值，按下“SHIFT”键然后按下“REL”键仪表退出到测量模式。

 

模拟输出功能

5180高斯计可以输出一个可以与当前磁场成比例的模拟电压信号，对于DC磁场可以输出一个正比于满量程档的3.0V的电压信号，而对于AC磁场则输出一个3.0VRMS电压信号，取决于操作模式。这个输出信号可以通过BNC连接端子连接到电压表、示波器、记录器及外部模拟信号转换器上。

 

使用模拟输出将会增加仪表的能耗，如果不是必须使用模拟功能，可以关闭该功能以延长电池的使用时间和寿命。可以通过按“SHIFT”键和上方向键来切换模拟输出功能，当模拟输出功能开启后“ANALOG ON”图标将显示在屏幕上。

 

模拟输出说明

模拟输出信号根据选择的模式不同有两种输出3VDC和3VRMS。输出的电压正比于在每个量程档内正比于磁场大小。例如，在30mT的量程档内对应12.3mT的输出电压是1.23VDC，而在3T的量程档内对应1.23T的输出电压是1.23VDC。

 

模拟输出可以到达月4.25VDC，以适应3VRMS的峰值信号。这意味着模拟输出可以用来测量超过量程范围的磁场。例如，在30mT的量程档内测量31.5mT，这时屏幕上会显示超量程的29.99mT，但是模拟输出是+3.15VDC。

 

当模拟输出和自动量程同时启用时将会发生下面的情况：

假设当前的量程档是3KG，磁场强度是+2.8kG，这时的模拟输出是+2.8VDC。而当磁场强度增加到+3.2kG时将会是仪表自动切换到30kG量程档，而这时的模拟输出将变成+0.32VDC，这将导致一个错误。这这种情况下选择一个可以覆盖磁场强度的一个量程档。

 

模拟信号可以同时包含DC和AC分量，这意味着它可以包含任何初始的DC偏移量，这个偏移量可以通过校零功能去除。

 

校零功能也可以根据需要产生一个直流偏移量，在使用仪表测量交流波形信号时波形如果超过了4.25VDC将会被切断，这时使用校零功能可以将波形中心移动从而减少或者消除被剪断。

 

磁场测量的一些错误

用仪表测量磁场时有以下几种情况将会导致错误：

1.   仪表工作时显示电池电量低。仪表的技术参数在电池较低时不能得到保证。

2.   由于仪表或探头的错误信号、探头附件的磁场源干扰使仪表不能校零。

3.   探头本体受到损伤。

4.   一个常见的错误是探头与被测量磁场的间的角度问题。霍尔发生片不仅对通过的磁力线数量敏感，同时它们之间的角度也有很大的关系的。霍尔片与磁场垂直时产生的信号强度强。探头校准的参数实在霍尔片与磁场垂直时测量得到的。

5.   霍尔片与磁场源的距离也会影响到测量的磁场强度，当距离增大时将导致探头的输出信号降低。

6.   由于磁体上的裂缝或者气泡等将导致磁体表面的磁通密度变化很大，这主要是由磁体内部的物理结构缺陷造成的。一般来说由于霍尔片的敏感面积比磁体表面不均匀面积要小的多，所以霍尔片上的磁场强度变化很明显。

7.   仪表和探头的等受温度变化的影响。

 

交流测量的一些详细说明

一般情况下磁场都包含DC和AC分量。在AC模式下显示的是波形除去DC分量的RMS值。然而如果DC分量太强将导致波形的峰值超过仪表的电气限制，这将导致波形被剪切及在终读数中产生一个错误信号。这将导致超量程并会在自动量程模式下导致仪表工作不稳定等。可以通过模拟信号来确认被截断的交流信号是确实存在的。

 

读数的RMS值的高于满量程的4%，这大概是1mT在300mT量程档。较低的量程档可以得到一个较高的。交流信号中一个高于量程档30%的高频信号也可能会被剪切，这种情况下应该是一更高的量程档。

 

交流信号的读数RMS是没有极性的，然后在AC模式下开启相对功能则有可能显示负值，这是当前读数值小于相对模式值，无符号的值则意味这当前的读数值比大于或者等于相对值。例如，相对值是100mT，而当前的值是80mT，则读数时-20mT.

 

一些低质量的或者非屏蔽的电缆线也会导致测量误差，也使得无线干扰受到干扰等（RFI）。

 

直流测量的一些详细说明

一般情况下磁场都包含DC和AC分量。这在DC模式下将导致不稳定的读数，如果AC的峰值信号到达仪表的电气限制，即使是在限制范围内的DC信号平均值，也会显示超量程。这种情况下如果开启了自动量程功能，将会导致仪表处于不稳定的工作状态。