Измерение магнитных величин

В постоянном магнитном поле магнитный поток можно измерить при по­мощи баллистического гальванометра. При этом измеряется количество электричества, в импульсе тока, наводимого в измерительной катушке при ее внесении (вынесении) в магнитное поле. Катушка с известным чис­лом витков подключается через резистор R_g к гальванометру и быстро вносится

в поле или удаляется из него - рис. 10.38.

Наводимая ЭДС:

DФ

e ═ ─ w_k ──── .

Dt

Ток в цепи:

E e

I ═ ─────── ═ ─── .

R_k+R_g+R_r R

Количество электричества:

_t wk
Q=∫idt ═ ───Ф.

R

Ф

R_g

R_r

R_k; W_k

Рис. 10.38. Измерение магнитного потока методом

баллистического гальванометра.

Первый отброс гальванометра пропорционален Q. Поскольку цена деле­ния зависит от R, ее необходимо определить экспериментально для каж­дого R_g по известной мере магнитного потока. С помощью R_g устанавли­вают чувствительность и необходимый режим успокоения гальванометра. Этот метод обладает наибольшей чувствительностью. Промышлен­ный гальванометр M 197/2 имеет цену деления 0,35*1 0 ^-5 Вб/дел.

Веберметры измеряют магнитный поток индукционно-импульсным методом. Они представляют собой магнитоэлектрический гальванометр без противодействующего момента, поэтому начальное положение стрел­ки указателя произвольное. Бескаркасная рамка измерительного меха­низма замкнута на измерительную катушку, которую вносят, а потом рез­ко выносят из потока. За счет наводимого импульса стрелка гальваномет­ра отклонится на определенный угол Δα , зависящий от величины потока

С_ф

Ф = —— Δα,

w_k

где C_ф - цена деления веберметра; w_k - число витков измерительной ка­тушки. Для установки стрелки в начальное положение существует специ­альный механизм, включающий переключатель и ручку, выведенные на лицевую панель. Существующие веберметры M199 и M1119 имеют цену деления 5*10^-6 и 10^-4 Вб/дел. соответственно, а класс точности 1.5.

Измерение напряженности магнитного поля и магнитнойиндукции производятся в два этапа. Сначала веберметром или баллистическим гальванометром измеряют магнитный поток Ф. Потом, зная площадь измерительной рамки, вычисляют индукцию и напряженность:

Ф

В ═ ───

S

B

H═───

μ₀

μ₀=4π_*10^-7Гн/м.

Измерить В и Н постоянного магнитного поля можно с использованием
эффекта ядерного магнитного резонанса. Если на ядро вещества одновременно воздействовать постоянным и переменным высокочастотным маг­нитным полем, то при определенном соотношении между индукцией постоянного поля и частотой переменного поля возникает режим резонансного поглощения энергии ядром.

Схема установки, использующей это явление для измерения магнит­ного поля, показана на рис. 10.39. В измеряемое поле помещается катуш­ка колебательного LC контура генератора Г. Внутри катушки помещается ампула с веществом, параметры ядерного резонанса которого известны. Для определения момента резонанса изменяют частоту генератора и ведут поиск резонанса по электронному осциллографу. В момент резонанса считывают показания частотомера Hz. По известным значениям частоты Грет вычисляют индукцию измеряемого поля:

В=2π f_рез / γ_р .

Здесь γ_р – характеристика используемого вещества, так называемое гиро­магнитное отношение протона, известное с высокой точностью. В качест­ве рабочего вещества используется вода, хлористый литий и тяжелая во­да.

H_z Г У ЗО

Рис. 10.39. Измерение магнитного поля методом ядерного

магнитного резонанса.

На этом методе основаны тесламетры типа Ш1-1, III1-2 и измери­тель напряженности E11-2. Погрешность метода не превышает 0,01 %.

Для измерения постоянных и переменных магнитных полей исполь­зуется также эффект Холла. Сущность эффекта заключается в том,

что, если пластину из полупроводника с током I поместить в поле с магнитной индукцией В, то на перпендикулярных гранях появится ЭДС Холла - рис. 10.40:

E_X = R_Х IB/d,

где R_x - постоянная Холла; d - толщина пластины.

Ток I может быть как постоянным, так и переменным. В качестве материала используется германий, сурьмянистый индий и другие полу­проводники. Малые размеры датчика позволяют измерять магнитные по­ля в малых объемах, например, в зазорах электрических машин. Тесламетры с использованием эффекта Холла работают в диапазоне до 10¹² Гц при уровне напряженности от 10^-3 до 2 Тл. Погрешность измерения находится па уровне ± 2, причем, основной источник погрешности - колеба­ние температуры.

I

E_Н

В

Рис. 10.40. Измерение магнитной индукции методом Холла.

Н

ОВ ОВ

ОС Ф У ФВ

Рис. 10.41. Измерение магнитного поля с помощью феррозонда.

Для измерения параметров постоянных и переменных магнитных полей используются также магнитомодуляционные устройства, называе­мые также феррозондами. Они основаны на особенностях магнитного со­стояния ферромагнитных материалов при одновременном воздействии на него постоянного и переменного магнитного поля (либо двух переменных полей различных частот). При наличии постоянного поля Н - кривая намагничивания B=f(H ~) станет несимметричной, т.е. в составе этой кри­вой, наряду с четными, появятся нечетные гармоники, уровень которых

характеризует степень несимметричности. На рис. 10.41 показана схема двухстержневого феррозонда, используемого для измерения напряженно­сти магнитного поля. Сам феррозонд состоит из двух идентичных стерж­ней, на каждом из которых намотана обмотка возбуждения ОВ. Обмотки возбуждения включены последовательно и запитаны от генератора воз­буждения Г. Обмотка считывания ОС охватывает оба стержня и подклю­чена на вход фильтра второй гармоники. При отсутствии внешнего маг­нитного поля Н - напряжение в обмотке считывания не наводится. При наличии Н - появляется напряжение, содержащее четные и нечетные гар­моники. Амплитуда напряжения е пропорциональна продольной (относительно феррозонда) составляющей внешнего поля Н_. Фаза чет­ных гармоник определяется направлением внешнего поля. Усиленное

на­пряжение четных гармоник поступает на фазочувствительный выпрями­тель ФВ и индицируется индикатором. При измерении внешних перемен­ных полей необходимо частоту возбуждения феррозонда брать хотя бы на порядок выше максимальной частоты изменения внешнего поля.

Существуют различные схемотехнические решения по использова­нию магнитомодуляционных устройств, в том числе с применением им­пульсного режима возбуждения. Чувствительность таких устройств к маг­нитному полю составляет единицы нТ.