精确测量磁场是非常具有挑战性的。在低温环境下测量会带来一系列其他考虑因素。本应用程序解释了在该领域取得成功所需的指导。
本文档重点介绍使用情况 Lake Shore F71 或F41 霍尔传感器或探头特斯拉计和霍尔传感器或探头。 其他技术如 SQUID 低温下也可以测量磁力计或通量计测量线圈，但不涉及本文档。
在各种可用于磁场的测量方法中，即使在低温条件下，传感器仍然是最常用的。 随着温度的变化，挑战需要在低温环境中纠正各种性能指标，并限制不必要的功率消耗到非常寒冷的环境中。
Lake Shore 开发的 2Dex? 在低温环境下，传感器具有一些有益的特性，成为磁场测量的优良选择：
可以利用 TruZero? 技术在Lake Shore特斯拉计发现，传感器需要归零，通常需要将传感器放置在零高斯腔中，并将现场测量归零。如果传感器安装在低温环境中，则特别复杂。
与磁通计所需的线圈系统相比，该系统的尺寸相对较小。
即使在较低的传感器激励水平上，也具有良好的场灵敏度。
与低温环境兼容的简单霍尔传感器结构。
与磁通计相和SQUID与磁强计相比，公平简单的测量要求。
鉴于 2Dex 有几个因素可以改善低温环境的适用性，请记住，在这些温度下工作时，您可以使用这些传感器的测量性能。
霍尔灵敏度(给定电场产生的电压)随着霍尔传感器温度的变化而变化 [VH/B]）也会改变。 对于 2Dex 霍尔灵敏度的平均变化如图所示 1 表明霍尔在低温下的灵敏度会发生变化 1% 到 2%温度。 只要温度值提供给仪器，这些变化就会影响准确性，F71 和 F41 特斯拉计会自动处理这种偏移补偿。
额外的量子力学性能在高温和低温下为2DEG材料开始变得明显。舒布尼科夫-德哈斯(SdH)霍尔灵敏度值振荡，影响测量精度。例如，它显示了一个特定的2Dex如图2所示。
图1:2Dex Hall如果温度已知，传感器的平均灵敏度变化略高于其所有工作温度。幸运的是，如果温度已知，在测量仪器中更容易补偿。
图2:SdH在低温下温下引起高场的量子振荡温度。这些振荡的确切形状难以预测，因此不易补偿，但应清楚解释。
不幸的是，这种影响很难像我们对其他影响一样自动补偿。不同传感器之间会有轻微的振荡周期性变化，这就要求每个传感器都有自己的特性。相反，我们必须意识到，在这些条件下，在规范页面上发布了额外的测量不确定性图(图3)。一般情况下，只有25K一下或6T这种情况只有在上述操作中才需要考虑。
图3:量子霍尔振荡导致低温下额外测量的不确定性。
传统的霍尔传感器通过传感器驱动电流并测量产生的霍尔电压。更容易测量驱动电流产生的霍尔电压。然而，驱动电流将功率分散到电阻传感器中。这将导致平衡行为，目标是最大限度地提高驱动电流，而不会导致传感器加热到引入温度误差的程度。
这个问题在低温系统中尤为重要，因此将热量泄漏到系统中，不必要地限制a的基温低温系统。测量解决方案有助于尽量减少散热。
图 4 图中显示了几个传感器必须比产生霍尔电压的技术耗散到传感器中的功率，具有更高的灵敏度，使其更容易服用准确的测量。
图 四、比较三种不同的霍尔传感器技术。 2Dex 和GaAs 传感器加热给定数量的霍尔灵敏度传感器。 不幸的是，GaAs 传感器具有以下特点：使其不适用于低温和非常大的领域，因此 2Dex这些场景往往是更好的选择。
传感器/仪器配对作为实际测量的例子，图 5 它显示了现实世界中仪器的几种配置。 在室温 (300 K)接下来，几毫瓦的消散差影响不大。 然而，毫瓦的功率可能是低温恒温器基本温度下的主要障碍。
图 5:当仪器测量传感器时，功率会消散到传感器中。 这些示例显示了几个传感器/仪器组合之间的功耗差异。 如果功耗过高，低温系统可能会产生负面影响。
虽然前几代高斯计和高斯计虽然来自前几代 Lake Shore 最新一代传感器和仪器器，最新一代传感器和仪器（F71 和 F41 考虑到低温操作，特斯拉计的设计。 这种组合的几个特点使他们更有能力进行低温操作。
根据与这些仪器一起使用的2，特斯拉计可以接受来自外部的温度值Dex适当补偿霍尔传感器的已知灵敏度变化。
但请记住，这补偿了霍尔平均灵敏度的变化。 由于不可预测的性质量子霍尔效应，在低温下仍会有一些额外的不确定性。 这种不确定性是，如果进行精确的增量测量，因为误差会在相对较小的范围内从正变为负字段值。
在很低的温度下，特别是低于 4 K，建议采用特斯拉计的低温模式，其中冷却系统功耗明显降低。 图 7b，这将使传感器的功耗降低2 个数量级。
图 7a：室温探头配置。
如果在可直接访问的位置测量字段值，如杜瓦瓶，低温霍尔探头可以成为一个方便的选择。 这些设计用于处理浸没在冷冻剂中的长度(长达 150 cm)允许完全浸没，同时仍然握住探头。
当无法进入或需要更准确的定位时，也可以使用2Dex 即插即用传感器可安装在方便的表面。 需要更多的思考和努力安装传感器，然后将电线从环境中引出到特斯拉计。这些传感器具有校准霍尔探头的所有优点上面提到的，但在低温环境中增加了内部安装的灵活性。
内部连接器为特斯拉计提供了从传感器接线过渡到低温环境的电缆。 如有必要，焊接到馈通可用于特定的低温环境。 为了适应这种情况，可以提供传感器自定义。
图 9:在低温环境中安装即插即用霍尔传感器或需要额外的定位精度，无法直接从外部访问。