- •Предисловие
- •Часть I. Метрология
- •Введение в метрологию
- •1.1.Исторические аспекты метрологии
- •Основные понятия и категории метрологии
- •Принципы построения систем единиц физических величин
- •Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения
- •Измерительные приборы и установки
- •Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений
- •Физические константы и стандартные справочные данные
- •Стандартизация в обеспечении единства измерений. Метрологический словарь
- •2. Основы построение систем единиц физических величин
- •2.1. Системы единиц физических величин
- •2.2. Формулы размерности
- •2.3. Основные единицы системы си
- •2.4. Единица длины системы си – метр
- •2.6. Единица температуры системы си – Кельвин
- •2.7. Единица силы электрического тока системы си – Ампера
- •2.8. Реализация основной единицы системы си - единицы силы света – канделы
- •2.9. Единица массы системы си - килограмм
- •2.10. Единица количества вещества системы си - моль
- •3. Оценка погрешностей результатов измерения
- •3.1.Введение
- •3.2. Систематические погрешности
- •Часть II. Измерительная технику
- •4. Введение в измерительную технику
- •5. Измерения механических величин
- •5.1. Линейные измерения
- •5.2. Измерения шероховатости
- •5.3. Измерения твердости
- •5.4. Измерения давления
- •5.5. Измерения массы и силы
- •5.6. Измерения вязкости
- •5.7. Измерение плотности
- •6. Измерения температуры
- •6.1. Методы измерения температуры
- •6.2. Контактные термометры
- •6.3. Неконтактные термометры
- •7. Электрические и магнитные измерения
- •7.1. Измерения электрических величин
- •7.2. Принципы, лежащие в основе магнитных измерений
- •7.3. Магнитные преобразователи
- •7.4. Приборы для измерения параметров магнитных полей
- •7.5. Квантовые магнитометрические и гальваномагнитные приборы
- •7.6. Индукционные магнитометрические приборы
- •8. Оптические измерения
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Фотометрические приборы
- •8.3. Спектральные измерительные приборы
- •8.4. Фильтровые спектральные приборы
- •8.5. Интерференционные спектральные приборы
- •9. Физико-химические измерения
- •9.1. Особенности измерения состава веществ и материалов
- •9.2. Измерения влажности веществ и материалов
- •9.3. Анализ состава газовых смесей
- •9.4. Измерения состава жидкостей и твердых тел
- •9.5. Метрологическое обеспечение физико-химических измерений
- •Часть III. Стандартизация и сертификация
- •10. Организационные и методические основы метрологии и стандартизации
- •10.1. Введение
- •10.2. Правовые основы метрологии и стандартизации
- •10.3. Международные организации по стандартизации и метрологии
- •10.4. Структура и функции органов Госстандарта рф
- •10.5. Государственные службы по метрологии и стандартизации рф
- •10.6. Функции метрологических служб предприятий и учреждений, являющихся юридическими лицами
- •11. Основные положения государственной службы стандартизации рф
- •11.1. Научная база стандартизации рф
- •11.2. Органы и службы систем стандартизации рф
- •11.3. Характеристика стандартов разных категорий
- •11.4. Каталоги и классификаторы продукции как объект стандартизации. Стандартизация услуг
- •12. Сертификация измерительной техники
- •12.1. Основные цели и задачи сертификации
- •12.2. Термины и определения, специфические для cертификации
- •12.3. Системы и схемы сертификации
- •12.4. Обязательная и добровольная сертификация
- •12.5. Правила и порядок проведения сертификации
- •12.7. Сертификация услуг
- •Заключение
- •Приложения
7.4. Приборы для измерения параметров магнитных полей
Магнитомеханическими называют такие магнитные приборы, принцип действия которых основан на взаимодействии постоянного магнита с магнитным полем. В зависимости от наличия или отсутствия противодействующего момента магнитомеханические приборы можно разделить на две группы. К первой группе относятся приборы, в которых магнит свободно поворачивается под действием магнитного поля и принимает положение, соответствующее направлению вектора магнитной индукции. Две наиболее распространенных конструкции показаны на рис. 7.10 (а, б).
Рис. 07.10. Конструкции магнитомеханических преобразователей |
|
Магнитомеханические преобразователи первого типа используются в приборах, предназначенных для измерения направления магнитного поля - в компасах,буссолях,инклинаторах и т. д.
Ко второму типу магнитомеханических преобразователей относят такие, в которых магнитный момент уравновешивается механическим моментом. Такие приборы и преобразователи могут использоваться для измерения модуля В по измерению величины уравновешивающего момента. На рис. 7.10 (в)показана схема такого преобразования, используема в приборе системы Боброва. Здесь магнит 1 укрепляется на кварцевых нитях 2 и на скобе 3 таким образом, чтобы при повороте магнита его момент уравновешивался бы упругим моментом нити, возникающем при ее закручивании. Угол закручивания регистрируется по отражению луча света от зеркала 4, наклеенного на магнит. В приборе имеется демпфирующая система 5, гасящая высокочастотные колебания магнита.
Если закручивающий момент пропорционален углу закручивания а, то условие равновесия индикаторного устройства имеет вид
(7.16)
где m - момент постоянного магнита; θ - угол между векторами ; с - жесткость кварцевой нити.
Из равенства 7.16 следует, что магнитомеханический преобразователь второго типа позволяет измерять величину магнитной индукции, если его показания соответствующим образом проградуировать.
Существуют магнитомеханические преобразователи, в которых на одной и той же нити укреплены два магнита. В этом случае, если их расположить одноименными полюсами друг к другу, такая система не будет чувствительной к постоянному магнитному полю. Такие преобразователи получили название астатических и используются для измерений параметров неоднородного магнитного поля.
Одно из основных достоинств механических преобразователей состоит в возможности их использования для абсолютного измерения модуля магнитной индукции B0. Впервые этот метод был предложен Гауссом и состоит в измерениях периода качания в горизонтальной плоскости магнита, помещенного в измеряемое поле, и наблюдении угла отклонения другого магнита, вызываемого первым магнитом. Положения, в котором находятся отклоняющий магнит NS и стрелка второго магнита ns могут быть любыми, однако для упрощения расчетов и понимания сущности метода достаточно рассмотреть положения, предложенные Гауссом (рис. 7.11).
Рис. 07.11. Взаимное расположение магнитов в тесламетре Гаусса |
|
При таком расположении отклоняющего магнита NS и отклоняемого ns существует однозначная связь между магнитной индукцией B0 и углом отклонения q магнита ns. В современных тесламетрах вместо отклоняющего магнита NS устанавливают катушки с током - кольца Гельмгольца, которые создают изменяющиеся с полупериодом Т магнитное поле.
Принцип действия тесламетра, схема которого дана на рис. 7.11, состоит в измерении угла закручивания нити подвеса стрелки отклоняемого магнита в двух положениях: без влияния отклоняющего магнита и при наличии последнего. Если отклоняющий магнит создает переменное поле с амплитудой dB0, то изменение угла отклонения магнита ns однозначно связано с амплитудой dB0 и амплитудой угла отклонения ns, равного θm. Связь между этими величинами дается формулой:
(7.17)
где М - магнитный момент магнита NS; - проекция амплитуды изменяющегося магнитного поля на плоскость колебаний; с - коэффициент кручения нити подвеса магнита ns. Из формулы 7.17 следует, что измерив угол отклонения θm магнита ns и зная амплитуду изменения переменного поля, вызванного магнитом NS, можно измерять кoэффициeнт S, который будет являться чувствительностью механического преобразователя к магнитной индукции в переменном поле.
В реальных конструкциях можно не измерять и не вычислять все необходимые для измерения параметры, влияющие на показания магнетометра по схеме Гаусса. Если в процессе измерения не изменяется расстояние между магнитами, не изменяется схема расположения отклоняющего и отклоняемого магнита, создающего переменное магнитное поле, то абсолютное значение составляющей вектора магнитной индукции в плоскости расположения магнитов пропорционально углу закручивания нити.
В качестве примера использования описанного принципа приведем схему абсолютного магнитного теодолита, разработанного во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Схема прибора дана на рис. 7.12.
Рис. 07.12. Схема абсолютного магнитного теодолита |
|
Абсолютный магнитный теодолит используется как средство измерения горизонтальной составляющей магнитного поля земли, а также для воспроизведения единиц магнитной индукции и магнитного потока. Для этой цели в конструкции теодолита предусмотрена вторая пара колец Гельмгольца (5 на рис. 07.12). Значения магнитной индукции и магнитного потока задаются пропусканием определенного постоянного тока через катушки 5, который вызовет определенное отклонение магнита с зеркалом 1 (рис. 7.12).