Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

Напряжение частоты / от генератора Г через фильтр Ф, подается на обмотку возбуждения феррозонда ФЗ. При наложении на неремен­

и после усиления на вход фазочувствительного выпрямителя ФИ. Постоянный ток с выхода фазочувствительного выпрямителя посту­ пает в компенсационную обмотку феррозонда и компенсирует измеряе­ мое поле. В цепь компенсационной обмотки включен измеритель / / (миллиамперметр), шкала которого может быть проградуироваиа в единицах напряженности магнитного поля. Опорное напряжение на ФВ подается от генератора Г через удвоитель частоты Уч.

Фазочувствительный выпрямитель необходим в схеме, так- как направление измеряемого поля может изменяться на 180°, следова­ тельно, должно изменять свое направление и компенсирующее поле. Из описания работы прибора видно, что в схеме применена глубокая отрицательная обратная связь, что повышает ее точность.

Приборы с феррозондом в качестве чувствительного элемента обладают высокой чувствительностью, высокой точностью измере­ ния, позволяют вести непрерывные измерения.

Основные технические характеристики некоторых феррозондовых

делы 440 и 2200 нТ (могут быть расширены до 11 000 нТ), порог чув­

Использование внутриатомных явлений. Все более широкие познания в области строения вещества позволяют использовать для построения измерительных преобразователен и некоторые внутри­ атомные явления. Наиболее широко в настоящее время используется явление ядерной прецессии.

Ядра атомов вещества, обладающие не только моментом коли­ чества движения, но и магнитным моментом, при помещении во внеш­ нее магнитное поле начинают прецессировать вокруг вектора магнит­ ной индукции внешнего поля. Напомним, что прецессией называют движение, при котором ось собственного вращения тела перемеща­ ется по поверхности конуса, вершина которого совпадает с неподвиж­ ной точкой тела (см. рис. 195). Угол при вершине конуса ф называют углом прецессии.

Частота прецессии ядер атомов вещества связана с магнитной индукцией внешнего поля простым соотношением:

где «о — частота прецессии; у — гиромагнитное отношение — отно­ шение магнитного момента ядра атома к моменту количества движе­ ния; В — магнитная индукция.

Гиромагнитное отношение определяется для ряда веществ с вы­ сокой точностью (до 10~4%). Следовательно, измерив частоту пре­ цессии, можно найти магнитную индукцию. Частота прецессии опре­ деляется различными методами. Можно применить, например,

272

явлешіе ядерного .магнитного резонанса, которое состоит в сле­ дующем.

Если на измеряемое постоянное ноле В - (см. рис. 11)5) наложить под углом 90 переменное поле В^, частоту которого можно плавно изменять, то при совпадении частоты прецессии с частотой вспомога­ тельного переменного ноля будет наблюдаться явление ядерного

достоинством приборов, использующих внутриатомные явления, является их высокая точность, достигающая приблизительно 10 3 % .

Основные технические характеристики некоторых приборов, ис­ пользующих внутриатомные явления: измеритель напряженности

0,01 % при неоднородности поля не более 0,02 % на сантиметр; ядерный магнитометр типа ЯМ-1 — пределы измерения от 5 - Ю - 2 до 2,5 Т, погрешность 0,003—0,01 % при неоднородности поля 1 % на санти­ метр и др.

36. Основные характеристики магнитных материалов

Статические характеристики. При испытаниях магнитных мате­ риалов различают статические и динамические характеристики. Статическими называют характеристики, полученные в постоянных либо квазипостоянных магнитных полях. Они определяются маг­ нитными свойствами материала и технологией его обработки. Маг­ нитный материал характеризуется тем, что даже при отсутствии внешнего магнитного поля отдельные его области (так называемые области самопроизвольного намагничивания) намагничены до на­ сыщения. Однако вследствие хаотического расположения векторов намагниченности отдельных областей в пространстве суммарный вектор намагниченности равен нулю. Если образец из магнитного материала поместить в магнитное поле, то он поляризуется, т. е. сам становится источником дополнительного поля, так как векторы намагниченности отдельных областей будут ориентироваться в на­ правлении приложенного магнитного поля.

273

Основной характеристикой магнитного материала являются за­ висимости J - / (Я) или В f (Я). Эти зависимости сложны и воспроизводятся обычно экспериментальным путем. Для того чтобы придать им аналитическую форму, введены понятия «магнитная вос­ приимчивость» A'j, и магнитная проницаемость р вещества. Магнит­ ная восприимчивость и магнитная проницаемость характеризуют способность вещества намагничиваться в данном поле и являются коэффициентами пропорциональности соответственно между намаг­ ниченностью / и напряженностью поля Я , индукцией В и напряжен­ ностью ноля //, т. е.

/ = киН и В = \іи\іН.

Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость не яв­ ляются величинами постоянными, они зависят от напряженности поля Я . Величины р и кы связаны между собой соотношением р. -=

= 1 + Агм.

Кривая намагничивания. Намагниченность магнитного материала зависит как от действующего в данный момент значения напряжен­ ности поля Н, так и от ее предшествующих значений. Одному и тому же значению напряженности намагничивающего поля H может отвечать несколько различных значений намагниченности / , это зависит от предыдущего состояния образца (от его магнитной «исто­ рии») . Для исключения многозначности в определении / — / (Я) эта зависимость относится всегда к некоторому начальному состоя­ нию вещества, за которое принято состояние полного размагничива­ ния, при котором одновременно равны нулю и намагниченность и напряженность намагничивающего поля / / . Для достижения состоя­ ния полного размагничивания необходимо образец нагреть до тем­ пературы выше точки Кюри, а затем охладить при отсутствии маг­ нитного поля. На практике делается иначе — образец помещается в знакопеременное поле с убывающей до нуля амплитудой. В этом случае состояние образца несколько отличается от состояния пол­ ного размагничивания, однако для практических целей его можно считать достаточно близким к состоянию полного размагничивания.

Если полностью размагниченный образец, в котором одновременно

состояние вещества будет изменяться по так называемой начальной

участка. В области слабых магнитных полей магнитная индукция В почти про­

274

Петля гистерезиса. Если предварительно размагниченный образец намагнитить монотонно возрастающим полем Н, то состояние его будет изменяться по кривой намаг-

не по кривой аО, а по кривой аб„ Если, далее, изменить знак намаг­ ничивающего поля и увеличить поле по абсолютной величине до

—Т/макс, то магнитное состояние образца будет изменяться по кривой

бег и при возрастании поля от —Нм а к о До + / / М а к с по кривой гдеа'.

Приведенная на рис. 198 петля гистерезиса является неустановив­ шейся — незамкнутой. Петля гистерезиса становится замкнутой лишь после многократного (5—10) изменения намагничивающего

275

поля от +Я„акс до —Ямале и обратно. Каждому значению намагни­ чивающего поля //макс соответствует своя петля гистерезиса. Изме­

изменяются, растут лишь ее безгистерезисные участки (рис. 199). Та­ кая петля называется предельной петлей гистерезиса. Точки пересе­

являются весьма важными характеристиками ферромагнитных ма­ териалов.

Все возможные петли гистерезиса, кроме предельной, называются частными циклами. Они могут быть симметричными ( ; М/чакс —

— '. —//макс ) и несимметричными, например расположенными пол­ ностью в одном квадранте.

Характерной для петли гистерезиса является и ее площадь, про­ порциональная энергии, затраченной на неремагничивание вещества.

Основная кривая индукции. Рассмотренная выше (рис. 197) начальная кривая индукции применяется в технике для характери­ стики материалов редко, обычно пользуются так называемой основ­ ной кривой намагничивания, которая близка к начальной кривой, но имеет значительно лучшую воспроизводимость, т. е. меньше зави­ сит от условий опыта.

Основной кривой называется геометрическое место вершин сим­ метричных установившихся петель гистерезиса.

Основная кривая намагничивания позволяет определить ряд дру­ гих важных характеристик — индукцию насыщения, различные виды проницаемости и т. д.

Все характеристики, рассмотренные выше, относятся к харак­ теристикам магнитного вещества, и при их определении магнитная цепь образца должна быть замкнута. Идеальным с этой точки зрения

Динамические характеристики. Характеристики, полученные в пе­ ременных магнитных полях, называют динамическими. Они в зна­ чительной степени зависят не только от качества самого материала, но и от ряда других факторов — формы и размеров образца, формы кривой и частоты намагничивающего поля и т. д., т. е. динамические характеристики, по существу, являются характеристиками образца,

276