14 Общие сведения о магнитных измерениях

Магнитные измерения относятся к области измерительной техники, занимающейся измерением магнитных величин для определения характеристик магнитных полей и материалов< таких как:

- исследование свойств магнитных материалов;

- исследование элек5тромагнитных механизмов и приборов для выявления распределения магнитных потоков и МДС;

- испытания постоянных магнитов и электромагнитов;

- контроль качества магнитных материалов;

- определение физических материалов по их магнитным характеристикам (магнитная дефектоскопия);

- изучение магнитного поля земли и других планет;

- исследование слабых магнитных полей космического пространства;

- разведка полезных ископаемых;

- исследование полей биологических объектов.

Исследуются следующие магнитные величины:

В – вектор магнитной индукции, Тл

Ф – поток вектора магнитной индукции, Вб

Н – напряжение магнитного поля, А/м

Связь между вектором магнитной индукции В и напряженностью магнитного поля Н характеризуется зависимостью:

;

где  - магнитная проницаемость вещества;

₀ = 410^-7 - магнитная постоянная

Магнитоэлектрический прибор состоит из двух частей – измерительного преобразователя для преобразования магнитной величины в величину иного вида и измерительного устройства. Измерительные преобразователи магнитных величин называют магнитоизмерительными и в соответствии с видом выходной величины подразделяются на три группы:

- магнитоэлектрические;

- магнитомеханические;

- магнитооптические.

Наименование магнитоизмерительного прибора определяется названием единицы физической величины, для измерения которой он предназначен, или наименованием применяемого магнитоизмерительного преобразователя.

15 Датчики Холла

Датчики Холла представляют собой полупроводник из германия, арсенид галлия и т.д. из материала вырезают пластинку которой имеют грани:

1) питания (отделяются током управления)

2) напряжения (подключаются либо в-метром либо через усилитель на в-метр.)

В зависимости от тока управления различают микромощные и простые (ток управления десятки амперов)

16 Преобразователи Гаусса

Магниторезистивные преобразователи менее распространены, чем преобразователи Холла. Для их изготовления применяются висмут, сурьмянистый индий, сурьмянистый никель и др.

Относительное изменение сопротивление металла или полупроводникового материала при воздействии магнитного поля с индукцией В описывается формулой:

где А – коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и размеров преобразования и свойств материала.

Uнз – подвижность носителя заряда

Наибольшее относительное изменение сопротивления дает магниторезистивный преобразователь, имеющий форму диска с электродом в центре и электродом по окружности. В этом случае погрешность, связанная с эффектом Холла, практически отсутствует.

Недостаток магниторезистивных преобразователей – это зависимость от температуры. В качестве измерительной цепи обычно используют четырехплечные мосты или компенсаторы

17 Реостатные преобразователи

Реостатный преобразователь – прецизионный реостат, движок которого перемещается под действием измерительной величины. Входной величиной преобразователя является линейное или угловое перемещение движка;  выходной – изменение его сопротивления.

Устройство преобразования показано на рис.1

рис.1

Он состоит из каркаса 1, на котором намотан провод 2, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, и тока съемного двиэка 3, укрепленного на оси 4. 5 – выводы. Каркас с намоткой может иметь и переменное сечение (штриховая линия), тогда функция преобразования R=f(x) (х - перемещение) является нелинейной, или каркас может быть кольцевой, тогда R=f(α) (α– угловое перемещение).

При перемещении движка вдоль каркаса на величину шага обмотки  ∆x=λ сопротивление изменяется на ∆R=(dR/dx)λ, где dR/dx – производная требуемой функции преобразования R=f(x) по перемещению движка. При перемещении движка с одного витка на другой сопротивление изменяется на величину, равную сопротивлению одного витка.

Потенциометрическая схема включения преобразователя показана на рис.2

рис.2

Если сопротивление нагрузки R_H велико (R_H>>R_P), что током в нем можно пренебречь по сравнению с током в R_P, то рассмотренный преобразователь работает в режиме холостого хода и напряжение на нагрузке

UH=UR/RP

пропорционально сопротивлению R.

Если преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования  R=(R_P/ℓ)x, то напряжение U_H пропорционально перемещению движка

U_H=(U/ℓ)x,     (ℓ - перемещение)