1.8.2. Конструкция и принцип действия феррозондового преобразователя

Феррозондовым преобразователем называется устройство, чувствительное к внешним или медленно меняющимся магнитным полям. Преобразователь содержит ферромагнитные сердечники с распределенными по их длине обмотками. Действие преобразователя основано на использовании нелинейного характера процесса намагничивания сердечника при взаимодействии в нем двух магнитных полей – внешнего измеряемого (постоянного) и некоторого вспомогательного (переменного).

Существуют различные разновидности феррозондовых преобразователей. Наиболее распространенной является конструкция преобразователя, состоящего из двух полузондов, каждый из которых имеет сердечник из магнитомягкого сплава (пермаллоя) и две обмотки – первичную и вторичную. Первичная (возбуждающая) обмотка предназначена для возбуждения переменного магнитного поля, которое перемагничивает сердечник, а вторичная (измерительная) – для измерения полезного сигнала. Сердечники полузондов разнесены на расстояние, называемое базой преобразователя.

Существует две схемы включения феррозондовых преобразователей: полемерная и градиентометрическая. При полимерной схеме включения производится измерение величины внешнего магнитного поля, а при градиентометрической – градиента магнитного поля (разности напряженностей поля в двух точках, удаленных между собой на величину базы преобразователя). Схема включения выбирается исходя из условий работы прибора и целей измерения, и отличаются друг от друга только переменной направления обеих обмоток одной из катушек (рис. 20).

1.8.2.1. Полемерная схема включения феррозондового преобразователя

Электрическая полемерная схема феррозондового преобразователя показана на рис. 21. В феррозонде-полимере возбуждающие первичные катушки соединены встречно так, что их переменные магнитные поля и всегда имеют противоположное направление и равную величину. Амплитуда переменного тока, которым питаются первичные обмотки, выбирается такой, чтобы материал сердечника доводился до состояния магнитного насыщения. Если принять, что сердечники преобразователя не обладают гистерезисом, то их кривые намагничивания будут иметь вид кривых 1 и 2 (рис. 22, а, сплошные линии). В силу того, что напряженности переменных магнитных полей двух сердечников и равны по величине и противоположны по направлению, поэтому, их суммарная индукция будет равна нулю ( ) и, следовательно, наведенная э.д.с. во вторичных индикаторных обмоток также будет равна нулю ( ).

Рис. 20. Схемы включения феррозондовых преобразователей: а – полемерная; б - градиентометрическая; 1 – сердечники; 2 – первичные обмотки; 3 – вторичные обмотки

Рис. 21. Электрическая схема феррозондового преобразователя-полимера

При воздействии на сердечники дополнительного постоянного магнитного поля кривые намагничивания сердечников сдвигаются параллельно самим себе в противоположных направлениях на величину пропорциональную величине этого поля (рис. 22, а, пунктирные линии). В этом случае суммарная индукция не будет равна нулю (рис. 22, б). Следовательно, на выходе вторичных обмоток возникает переменная э.д.с. с удвоенной частотой (рис. 22, в)

. (9)

Амплитуда этой э.д.с. может служить мерой постоянного магнитного поля , воздействующего на сердечник феррозонда

, (10)

где – постоянная феррозонда.

Рис. 22. Характеристики феррозондового преобразователя-полимера: а) кривые намагничивания; б) кривые суммарной индукции; в) э.д.с. на вторичных обмотках феррозондового преобразователя-полимера