13.1 Жалпы мәліметтер

Магнитті өлшеулер материалдар мен магнит өрістердің сипаттамасын анықтау үшін магнит өлшемдерді өлшейтін өлшеуіш техника ауданына жатады. Олар:

- магнит материалдарының қасиеттерін зерттеу;

- магнит ағындары мен МҚҚ-ді(МДС) таралыун анықтау үшін электромагнит механизмдерімен аспаптарын зерттеу;

- тұрақты магнит және электромагниттерді сынау;

-  магнит материалдарының сапасын бақылау;

- магнит сиппаттамасы бойынша физикалық материалдарды анықтау (магнитті дефектоскопия);

- жердің және басқа планеталардың магнит өрістерін талдау;

- космос кеңістігінің аз магнит өрістерін зерттеу;

- табиғи қазбаларды іздеу;

- биологиялық объектілердің өрістерін зерттеу.

Келесі магнит өлшемдерізерттеледі:

В – магнит индукциясының векторы, Тл;

Ф – магнит индукциясының вектор ағыны, Вб;

Н – магнит өрісінің кернеуі, А/м

Магнит индукциясының векторы В мен магнит өрісінің кернеулігі арасындағы келесі байланыспен сипаттауға болады:

;

мұндағы  - заттың магнит өткізгіштігі;

₀ = 410^-7 – магнит тұрақтысы

Магнитоэлектрлі аспап екі бөліктен тұрады: өлшеуіш құрылғы мен магнит өлшемін басқа түрдің өлшеміне түрлендіретін өлшеуіш түрлендіргішінен тұрады. Магнит өлшемдерінің өлшеуіш түрлендіргіштерін магнитөлшеуішті деп аталады. Оларшығу өлшемі түріне сәйкес үш топқа бөлінеді:

- магнитоэлектрлі;

- магнитомеханкалық;

- магнитооптикалық.

Магнит өлеуіш аспап аталуын өлшейтін өлшемнің өлшем бірлік атымен немесе қолданылатын магнит өлшеуіш түрлендіргіш аталуымен анықталады..

13.2 Магнит индукциясын, магнит ағынын және магнит өрісінің кернеулігін өлшеу.

Тұрақты немесе айнымалы магнит өрістерінің сипатын өлшеу үшін әрекеті электромагнит индукциясының құбылысына негізделген индукциондық түрлендіргіштерді қолданады. Ең кең таралған өлшеуіш орама түріндегі индукциондық түрлендіргіші.

Магнит ағынын анықтау үшін орамадағы тұрақты магнит өрісінің магнит индукциясы немесе кернеулігі ток импульсын немесе ЭҚК-ін индуциірлейді Ағынды әртүрлі әдіспен өзгертуге болады:

- ораманы өріске әкелу;

- өрістен шығару;

- өрісте белгілі бұрышқа бұру;

- егер ораманың өзі өріс көзі болып келсе, онда өрісті тудыратын токты қосу немесе сөндіру;

Осындай өлшеуіш ораманы индукционды-импульсты түрлендіргіш деп атайды.

Одан басқа, тұрақты магнит өрісінің сипаттарын анықтау үшін айналма және дірілдеуші өлшеуіш орамалары бар. Шығатын ЭҚК-нің өлшеуі орта мәнді вольтметрлермен жүргізіледі. Айнымалы магнит өрісінің кернеулугін, индукциясын немесе ағынын анықтағанда өлшеуіш ораманы өріске қояды және өлшеуіш орамасына қосылған орта мәнді вольтметрдің көрсеткіштерімен керекті магнит өлшемін есептейді.

Орамада ағын өзгергенде ЭҚК пайда болады:

Сонда ағындық тіркелу  тең болады:

мұндағы R- орама кедергісі;

I- орамадағы ток.

Формуладан аспап ЭҚК импульсің немесе ток импульсін интегралдауы керек екені анық. Ол үшін сәйкес веберметрлер немесе баллистикалық гальвонометрлерді қолданылады.

Баллистикалық тәртібіндегі гальвонметрді магнит өрістерде өлшеу үшін қолданады.

Оның көрсеткіштері қозғалмалы бөліктегі импульс тоғының электрлік санына тура пропорционал..

Аспаптың негізгі сипаттамалары:

- С_Ф – магнит ағыны бойымен тұрақты;

- Т – бос көлбеу периоды.

Аспап жоғарғы дәлдік пен сезімталдылықты қамтамасыз етеді, бірақ өлшемденбеген аспап болып келеді. Ол әр эксперимент кезінде магнит бойымен тұрақтыны анықтауын қажет етеді.

Веберметр деп магнит ағынның бірлігімен (вебер) өлшемденген өлшемесі бар магнит ағынын өлшеуге арналған аспап. Веберметрлер магнитэлектрлі, фотогальванометрлі, электронды, аналогты және цифрлі болады.

Магнитоэлектрлі веберметр – ол магнитоэлектрлі тоқтатқыштың үлкен моментімен істейтін, қарсыәрекетті тоқтатқыш моменті жоқ, магнитоэлектрлі жүйенің өлшеуіш механизмі болып келеді. Егер де магнитоэлектрлі веберметрдің өлшеуіш механизмінің қысқыштарына _к өлшеуіш орамасын қыстырып, оның орамдарымен тіркелген магнит ағынын өзгертсе, онда веберметр өлшеуіш механизмнің  бұрылу бұрышы Ф_Х ағын өзгеруіне пропорционал болады.

Веберметрдіңқозғалмалы механизм орамасы мен өлшеуіш орамасы үшін  ағынтіркелу формуласы келесі түрде болады:

;

Өлшеуіш ораманы тесіп өтетін Ф_Х ағыны өзгергенде, қозғалмалы ораманың орамдарына тіркелген ағын өзгереді. Ол веберметрдің қозғалмалы механизм ораманың  бұрышына бұрылуын әкеледі.

Сөйтіп:

;

;

;

мұндағы: w_K – өлшеуіш ораманың орам саны;

Ф_Х – өлшеуіш магнит ағыны;

w_В – веберметрдің қозғалмалы ораманың орам саны;

S_B – веберметрдің қозғалмалы орамасының орам ауданы;

В – веберметрдің ӨМ кеңістік саңылауындағы магнит индукциясы;

l – веберметр көрсеткішінің орын ауыстыруы;

L – веберметр көрсеткішінің ұзындығы;

С_Ф –веберметр тұрақтысы.

Құндылығы:

- көрсеткіштер өлшенетін ағының жылдамдығы өзгеруінен тәуелді емес;

- өлшемесі магнит ағынының өлшем бірлігі мен өлшемделген;

- құралмасының қарапйымдылығы жұмысты жеңілдетеді;

- аспап өлшемдері кіші (орын ауыстыратын аспап);

- аспап көрсеткіштері қосу тізбегінің кедергісіне жәнеағын тіркелуінің өзгеру уақытына тәуелді емес.

Бұл веберметрдің кемшілігі-дәлдігі жоғары емес және аз сезімталдық.

Фотогальванометрлік веберметрі, әлдеқайда сезімталды болып келеді.Оның құрамдық схемасы 13.1суретінде көрсетілген.

Сурет 13.1 Фотогольванометрлік веберметрдің құрылымдық схемасы. ӨО(ИК)-өлшеуіш орама; Ш(Л)-шам, жарық көзі; Г- қозғалмалы бөлігінде айнасы бар гольванаметр; ФЭ-фотоэлемент; ТТК(УПТ)-тұрақты ток күшейткіші ;ДЗ-дифференциалды звено

Ағын әсерінен ӨО(ИК) орамасында ЭҚК пайда болады:

ЭҚК әсерінен гольванометрдің қозғалмалы бөлігі бұрылады. Ол ФЭ фотоэлементіне,ТТК(УПТ) күшейткішімен күшейтілетін фототокқа да түсетін жарық ағыныныңөзгеруін туғызып , күшейткіштің шығу тогы ДЗ дифференциалдық өзегі арқылы өлшеуіш орама тізбегіне түсетін U_ОС = kdI/dt,қайта байланыс кернеуіне түрленеді

Гальвонометрдің қозғалмалы бөліктің бұрылуы және фототоктың өзгеруі U_ОС қайта байланыс кернеуі ЭҚК-ін теңестіргенше жалғасады.

;

немесе

.

Сөйтіп тоқ күші арқылы Ф ағынын байқауға болады. Милиамперметр өлшемесін магнит ағыны өлшем бірлігі веберметрмен өлшемдейді. Фотогальванометрлік веберметр жоғары сезімталдыққа ие. Кері қайта байланыстың әрекетін аспаптық кіретін кернеуі өседі, ол жоғарғы кедергі (100 Омнан көп) өлшеуіш орамаларды қолдануға мүмкіндік береді.

Аналогты электронды веберметрде интегралдаушы өзекті интегралдаушы күшейткіш түрінде жасайды. Цифрлы веберметрде магнит ағынын өлшеуіш орама тоғымен зарядталатын интегралдаушы конденсаторының разряд уақытын өлшеумен жүргізіледі. өлшеулердің жоғарғы дәлдіктері (салыстырмалы қателігі  0,05 %) өлшеуіш орамасының шығу дабылы жиілік импульстеріне түрленуіне негізделген цифрлы веберметрлерін алуға мүскіндік береді. Веберметрдің қалған түрдегі негізгі келтірілген қателіктері бар - (0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4) %.

13.3 Гальваномагнитті түрлендіргіштер қлданылып магнит өрісіндегі өлшеу жүргізу. Гальвнометрлік құбылыс деп, магнит өрісіне ток өткізетін металл немесе жартылай өткізгішті материалын орналастырғанда пайда болатын нәтиже. Бұл нәтижеге ток бағытына перпендикуляр бағыттағы, айтылған материалдардан жасалғанпластинаның бүйірлі шекаралары арсынан потенциалдар айырымы, және электр кедергісінің өзгеруі (Гаусс нәтижесі) жатады.

Магнит өлшемдері электр түрлендіргіштеріне қолданылған өзгерту нәтижесіне пайдалануға байланысты бөлінеді.

- Холл түрлендіргіштеріне;

• магниторезистивті түрлендіргіштерге (Гаусстың).

Холл түрлендіргіштерін жасау үшін германий, арсенид галлия және т. б. Материалдары пайдалынады. Металлдарда Холл нәтижесі әлсіз түрде байқалатындықтан бұлардан жасалған түрлендіргіштен қолданбайды. 13.2 суретінде көрсетілген Холл түрлендіргіші өлшемді жартылай өткізігіш материалдан жасалған жіңішке пластина.

13.2 суреті – Холл түрлендіргішінің құрылымдық схемасы.

Пластинаның бүйірлі шегінде пайда болатын потенциалдар айырымы Холл ЭҚК деп аталып, келесі түрде анықталады:

;

мұндағы I – пластинадан өтетін тоқ;

R_Х – Холл тұрақтысы;

h – пластинка жуандылығы;

В –магниттік индукциясының векторын тұрақты құраушысы .

Холл ЭҚК күшейгеннен кейін тоқ күші тұрақтылық шарты орындалғанда өлшемесі магнит ағыны өлшем бірлігімен өлшемделген mV миливольтметрмен немесе тұрақты тоқ компенсаторымен өлшенеді.

Холл түрлендіргішінің жетістігі – индукциямен кернеулікті тұрақты, айнымалы (кең жиілік диапазонында) және импульсты магнит өрісінде өлшеуге мүмкіндік беруінде.

Аз өлшемдері электр жабдықтың магнит тізбектерінің кішкене саңылауында өлшеу жүргізуге мүмкіншілік береді.

Жоғары өлшеу шегі 210^-3-тен 2 Тл –ға дейін құрайды. Түрлендіргіштің негізгі келтіру қателігі (1-3) %құрайды. Ол схематехникалық әдістемелермен ретке кішірейтуге болады.

Холл түрлендіргішінің кемшілігі – төмен сезімталдылығы және Холл температурадан күшті тәуелділігі болып келеді.

13.3 суретінде Холл түрлендіргіші негізінде жасалған теслометрдің құрылымдық схемасы келтірілген.

Холл түрлендіргіші бөлгішті трансформатордың кірістірілген Г генераторының 1000 Гц жиіліктегі айнымалы тоқпен көректенеді. Дәлдікті жоғарлату үшін өлшеу компенсаторлық әдіспен жасалады. R1 резисторынан алынатын Uк компенсация кернеуі және Ex Холл ЭҚК-і фазфға қарсы кезінде R3 және R4 резисторларынан К күшейткіш кірісінде. Uк және Ех қосындысына пропорционал кернеуі күшейткішшығуынан фаза сезімталды түзеткішке түседі. Компенсаци мезеті фаза сезімталды түзеткіш шығысына қосылатын екі жақты өлшемесі бар милиамперметрмен анфықталады.ал агнит индукциясының мәні R1 резисторы өлшемесімен есептеледі.