Измерительные приборы

В общем случае приборы для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ (магнитных материалов) называют магнитометрами (от греч. magnetis — магнит и...метр). В более узком смысле магнитометры — приборы для измерения напряжённости, направления и градиента магнитного поля.

Магнитный поток измеряют с помощью баллистического гальванометра или измерительного прибора - флюксметра, называемый также веберметром.

Баллистическим гальванометром измеряют количество электричества в импульсе тока, наводимого в измерительной катушке при изменении магнитного потока, сцепленного с ней.

Баллистическими называют гальванометры, предназначенные для измерения количества электричества в кратковременных импульсах (баллистический – свободно отклоняющийся/падающий?). Основное условие баллистического режима – длительность импульса тока должна быть намного меньше периода собственных колебаний подвижной части гальванометра. Для этого к ней дополнительно прикрепляют детали в виде, например, дисков, колец. Соотношение между количеством электричества и углом отклонения называют баллистической постоянной гальванометра.

Изменение потока достигается или перемещением катушки относительно магнитного потока, или изменением тока, проходящего через катушку (схема на рис. 34).

Рис. 34. Схема измерения магнитного потока индукционно-импульсным методом.

Изменение потока, сцепленного с катушкой вызывает в ней ЭДС, которая определяет ток и количество электричества в импульсе, отклоняющего указатель гальванометра. По наибольшему отклонению указателя а судят о магнитном потоке

Ф=С_Ф · a /w_k, (*)

где С_Ф - цена деления (баллистическая постоянная); w_k - число витков катушки.

Флюксметр представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, в котором подвод тока к подвижной рамке осуществляется не через пружинки, а через безмоментные спирали, т. е. в его измерительном механизме отсутствует противодействующий момент. Значение магнитного потока вычисляют по формуле (*), в которую вместо значения а подставляют разность начального и конечного показаний гальванометра Δ а. Если предварительно выставить нулевое показание прибора, то его показание в Веберах будет соответствовать значению магнитного потока.

Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Учитывая однозначную, линейную взаимосвязь магнитного потока, индукции и напряженности магнитного поля

Ф=B·s = μ₀ ·s·H

где s - площадь витка катушки, μ₀ - магнитная постоянная, баллистический гальванометр, рассмотренный ранее, может быть проградуирован в Теслах или в Генри.

Специальные приборы для измерения магнитной индукции называют тесламетрами. Промышленность выпускает тесламетры с использованием явления ядерного магнитного резонанса и эффекта Холла (гальваномагнитные преобразователи).

Самым известным и используемым устройством для измерения величины магнитной индукции является датчик Холла

Эффект Холла состоит в появлении ЭДС E_x между противоположными сторонами пластинки, по которой протекает ток I плотностью j, выполненной из металла или полупроводникового материала и помещенной в магнитное поле (рис.35). Измеряемое значение ЭДС пропорционально магнитной индукции B.

E_x = R · B · b · j,

где R – постоянная Холла, b – расстояние между гранями, на которых возникает измеряемое напряжение.

С помощью преобразователей Холла можно измерять магнитную индукцию в диапазоне от 0.001 Тл до 2 Тл.

Рис. 35. Преобразователь Холла

Но, конечно, наибольшую ценность имеют реальные измерения магнитного поля. Для этих целей применяются специальные приборы, так называемые гауссметры ( или магнитометры).

Измерение магнитной индукции возможно с помощью катушек индуктивности.

Индукционный датчик (рис. 36 с) состоит из катушки индуктивности и предназначен для измерения переменного магнитного поля. Напряжение, индуцируемое на катушке, помещенной в переменное магнитное поле, пропорционально величине измеряемой магнитной индукции.

Постоянное магнитное поле может быть измерено вращающейся с постоянной скоростью катушкой индуктивности (рис. 36 d). Переменное напряжение, образующееся в катушке при пересечении линий магнитного поля, пропорционально величине магнитной индукции.

Рис. 36

Существуют и другие датчики магнитного поля, например, на основе магнитного резонанса, но для наших целей – измерения полей магнитов и магнитных систем, используемых в промышленности и исследовательских разработках (а не в медицине или фундаментальной науке) – представленного перечня вполне достаточно.

В научных исследованиях применяют тесламетры, основанные на вынужденной прецессии протонов и тесламетры с оптическим возбуждением.

Приборы для МИ классифицируют по их назначению, условиям применения, по принципу действия чувствительного элемента (датчика, или преобразователя).

Единая классификация приборов для МИ не разработана.

Поиск по сайту: