3.7. Измерители параметров магнитных полей
Измерение параметров магнитных полей и ферромагнитных материалов, являясь специфической областью измерений, в настоящее время выделилось в самостоятельную область прикладной метрологии, называемую магнитные измерения.
Магнитные измерения нашли применение в магнитной дефектоскопии, при измерении и контроле магнитных полей в установках атомной и ядерной физики, в биологии и в медицине.
Милливеберметры
В этих приборах применяется магнитоэлектрическая система без противодействующего момента, являющаяся интегрирующим устройством, т.е. реагирующим на количество электричества. К такому прибору подключается измерительная катушка, которая выполняет роль преобразователя магнитной величины в ЭДС электромагнитной индукции (рис. 3.24).
По закону электромагнитной индукции, если измеряемый магнитный поток Ф сцеплен с катушкой, то в последней возникает ЭДС, определяемая формулой
,
(3.9)
где wк - число витков измерительной катушки, помещенной в измеряемый поток.
Выражение 3.9 можно преобразовать к виду
.
В приборе осуществляется режим баллистического гальванометра, т.е. интегрирование:
или
.
(3.10)
Из этого выражения следует, что изменение потока за время Δt2-Δt1 определяется интегралом ЭДС в указанном временном интервале.
Д
ля
измерения постоянного магнитного
потока при помощи режима
баллистического гальванометра, собирается
простая цепь, состоящая из измерительной
катушки с числом витков wк и
сопротивлением Rк. Измерительная
катушка, помещенная в магнитный поток,
быстро выносится из области измеряемого
магнитного поля. Возникающий при этом
импульс ЭДС уравновешивается падением
напряжения в цепи: e=iR+L(di/dt), где i –
мгновенное значение тока, R = Rк +
Rи – активное сопротивление цепи,
L – ее индуктивность.
Учитывая операции, указанные в формулах 3.9 и 3.10, а также то,что ток i в момент времени t1 и t2 равен нулю и, допуская что R≈0, а L = const, получим
wкФ = ВSBWB∆α,
где Ф = ΔФ – изменение измеряемого потока за время от t1 до t2, В, sB, wB – соответственно индукция постоянного магнита, площадь и число витков рамки измерительного прибора.
Величина СВ = WBSBB – постоянная веберметра.
Окончательно можно записать:
.
Из этого выражения видно, что изменение угла поворота внутренней рамки веберметра (абсолютное приращение числа делений) пропорционально изменению потока в измерительной катушке.
Применяют веберметры не только магнитоэлектрические, но и фотогальванические и электронные.
Верхние пределы измерений магнитоэлектрических веберметров от 0.5 до 10 мВб, электронных аналоговых – от 0,025 до 2,5 мВб, цифровых – от 0,1 до 0,01 мВб. Основная приведенная погрешность цифрового веберметра ± 0,5 %, а для остальных видов – ± (1,0; 1,5; 2,5; 4) %.
Тесламеры с преобразователем холла
Тесламетр – магнитоизмерительный прибор (рис. 3.25), шкала которого градуируется в единицах магнитной индукции – Теслах. Измерительным преобразователем индукции в ЭДС в этих приборах является датчик Холла (ДХ).
Преобразователь (ДХ) представляет собой пластину из полупроводникового кристалла, по которой протекает постоянный ток I от отдельного источника питания. При внесении пластины в магнитное поле, вектор магнитной индукции которого В перпендикулярен плоскости пластины, на ее боковых гранях возникает разность потенциалов – ЭДС Холла:
Е
х
= CIB,
где С – постоянная, зависящая от свойств материала и размера пластины.
После усиления усилителем (У) ЭДС Холла измеряется милливольтметром или компенсатором постоянного тока (§ 3.6, п.4), шкалы которых могут быть отградуированы в единицах магнитного потока при условии, что I=const. Тесламетры с преобразователями Холла просты в эксплуатации, позволяют измерять магнитную индукцию или напряженность постоянных, переменных и импульсных магнитных полей. Датчики Холла имеют малые размеры, что позволяет производить измерения индукции в малых пространствах, например, в зазорах электрических машин. Верхние пределы измерений тесламетров – от 2·10-3 до 2 Тл, основная приведенная погрешность – ±(1,5-2,5) %. К недостаткам следует отнести значительные температурные и частотные погрешности. Для калибровки применяют постоянные магниты, встроенные в корпус прибора.