Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

от потока Фх и показывают возможность осуществления подобного прибора для измерения весьма малых потокосцеплений.

Все рассмотренные приборы измеряют изменение потокосцепления Дг|) —- м>кЛФ. Пользуясь известными соотношениями, можно подсчитать магнитную индукцию и напряженность магнитного поля:

г|) -= м>,.ф = (wK s)iuiB = u0 (wH s)т;І1 ;

Использование явления силового взаимодействия измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита или магнитным полем контура с током.

Приборы, основанные на силовом взаимодействии измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита, называют магнитометрами, а способ этот — магни­ тометрическим. Если постоянный магнит можно укрепить так, чтобы он мог вра­ щаться вокруг оси, проходящей через точку опоры, и поместить его в некоторое магнитное поле, то магнит повернется так, чтобы вектор магнитной индукции его собственного поля совпал с вектором магнитной индукции внешнего поля. В на­ стоящее время на этом принципе строят весьма чувствительные и точные магнито­ метры (погрешность их не превосходит 0,01— 0,001 %) для измерения магнтітного поля Земли.

Можно вместо постоянного магнита использовать контур с током, по пово­ роту которого в измеряемом магнитном поле и судят о величине магнитной ин­ дукции или напряженности магнитного поля:

а = кІВ,

где а — угол поворота контура с током; I — сила тока в контуре; В — магнитная индукция; к — постоянный коэффициент, определяемый параметрами контура и других элементов подвижной части.

Если ток остается неизменным в процессе эксперимента, то угол а является мерой индукции. Можно оставлять неизменным угол a, a изменять ток в контуре. В этом случае сила тока будет являться мерой магнитной индукции. Применяется этот способ в настоящее время довольно редко.

Использование гальваномагнитных эффектов. Для измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля в настоящее время используют эффект Холла и эффект Гаусса.

В приборе, реализующем эффект Холла, преобразователь пред­ ставляет собой пластинку из полупроводника, по которой протекает ток / . При помещении этой пластинки в магнитное поле на боковых гранях ее возникает разность потенциалов — э. д. с. Холла Е.

Принципиальная схема прибора для измерения'магнитной индук­ ции, основанного на эффекте Холла, приведена на рис. 192. Обозна-

268

обычно невелика. Так, например, чувствительность преобразователей из мышья­ ковистого индия колеблется в пределах от 3 • 105 до 8 • 10" мкВ (А • Т), т. е. э. д. с.

индукцию или напряженность в постоянных, переменных (в широком диапазоне частот) и импульсных магнитных полях. Измерительные преобразователи имеют малые размеры, что позволяет проводить измерение индукции в узких зазорах.

Одним из недостатков преобразователей Холла является значи­ тельная зависимость э. д. с. Холла от температуры. Для устранения этого явления термостатируют преобразователи либо применяют схемы температурной компенсации. Кроме того, ведется работа по улучшению характеристик преобразователей. В настоящее время уже получены образцы термостабильных преобразователей Холла с дрей­ фом нулевого сигнала не более 1 мкВ/ 0 С и высокой чувствительностью порядка 2,5 В/(А-Т).

В настоящее время известно значительное количество модифика­ ций приборов, в которых использован эффект Холла, например: измеритель магнитной индукции E l 1-3 для постоянных магнитных полей с пределами измерения 0,01—1,6 Т и погрешностью 1,5%; миллитесламетр ВНИИМ для постоянных магнитных нолей с пределами 15—75—150 мТ и погрешностью 1,0%; измеритель магнитной индук-

269

ции Института электродинамики АН УССР для переменных магнит­ ных полей частотой 30 Гц — 10 кГц с пределами 40—100—200 мТ

ипогрешностью 2,5°о и др.

Несколько реже, чем аффект Холла, используется в магнитных измерениях эффект Гаусса, суть которого состоит в том, что электрическое сопротивление

Преобразователи из висмута обычно имеют вид плоской спирали Архимеда, навитой из висмутовой проволоки. Наилучшей формой преобразователя из полу­ проводника является диск.

Существенным недостатком преобразователей Гаусса является значительная температурная зависимость, которая может быть уменьшена схемным путем. Кроме того, ведутся работы по улучшению характеристик преобразователей.

Внастоящее время получены образцы термостабильных преобразователей Гаусса

стемпературным коэффициентом 0,03 проц/град.

Измерительной схемой при использовании преобразователей Гаусса обычно служит одинарный мост. Применяют эти преобразователи для измерения боль­ ших индукций — порядка 0,5—ЗТ.

Использование явления изменения магнитного состояния ферро­ магнитных материалов в магнитном поле. Приборы, использующие это явление, называют феррозондовыми, а преобразователи — соот­ ветственно — феррозондами.

Работа феррозонда основана на особенностях изменения магнит­ ного состояния ферромагнитного материала при одновременном воз­ действии на него переменного и постоянного магнитных полей (либо двух переменных полей различных частот). Если на ферромагнитный материал воздействует только переменное (синусоидальное) магнит­ ное ноле напряженностью то магнитное состояние его изменяется по симметричным динамическим магнитным циклам; кривая индук­

переменной составляющей индукции і?_ станет несимметричной отно­ сительно оси времени, т. е. в составе этой кривой наряду с нечетными появятся четные гармоники, причем степень асимметрии зависит от величины ноля Н=. По величине э. д. с. четных гармоник, индуциро­ ванных в обмотке измерительной катушки, в частности по э. д. с. второй гармоники, можно судить о напряженности постоянного поля #='.

Принципиальная схема феррозондового прибора представлена на рис. 193.

Обозначения на схеме: ФЗ — феррозонд; С — сердечники; Г — ге­ нератор; Ф — фильтр, настроенный на вторую гармонику (2/);

270

У — усилитель; ФВ — фазочувствительный выпрямитель; И — ука­ зывающий прибор.

На каждый из двух идентичных по размерам и свойствам сердеч­ ников С, набранных из пластин или стержней из пермаллоя (ма­ териала с высокой магнитной проницаемостью), наматывают одина­

наложить постоянное поле Н= (измеряемое), вектор напряженности

Для повышения точности измерения характеристик магнитного поля с помощью феррозондов в этих приборах часто используют компенсационный метод измерения, при котором измеряемое ноле II = компенсируется нолем, равным ему по величине и противополож­ ным по направлению. На рис. 194 приведена структурная схема одного из приборов с автоматической компенсацией измеряемого поля.

271