2.7 Измерение магнитных величин

Область измерительной техники, занимающуюся измерениями магнитных величин и характеристик магнитных материалов, а также разработкой соответствующих методов и средств измерений, называют магнитными измерениями.

Следует отметить, что при всем разнообразии задач, решаемых магнитными измерениями, принципиальные вопросы, относящиеся к методике измерений и средствам измерений, являются общими, а решение указанных задач сводится в конечном счете к определению небольшого количества основных магнитных величин.

Магнитное поле по аналогии с другими существующими в природе полями (электрическое, гравитационное и т.п.) может быть охарактеризовано с помощью магнитного потока Ф, который отличается от потоков других полей тем, что он всегда замкнут, т.е. магнитное поле является вихревым и не имеет истока и стока [3]. Магнитный поток, однако, является скалярной интегральной величиной и не характеризует магнитное поле в каждой точке. Поэтому одной из основных характеристик магнитного поля в каждой еготочке является магнитная индукция - интенсивность магнитного потока Ф, связанная с ним соотношением

, (2.48)

где S - поверхность, пронизываемая потоком.

Для магнитных полей, однородных в пространстве, выражение (2.48) может быть записано в виде

, (2.49)

Вектор магнитной индукции определяется силой взаимодействия магнитного поля с движущимся электрическим зарядом q:

,

где - скорость движения заряда.

Следующей важной величиной, характеризующей силовое воздействие магнитного поля на движущийся заряд независимо от свойств среды, в которой оно действует, является напряженность магнитного поля . Напряженностьсвязана в вакууме с магнитной индукцией соотношением

, (2.50)

где =4π·10^-7 Г/м - магнитная постоянная или магнитная проницаемость вакуума.

Рассмотренные магнитные величины достаточно полно описывают магнитные поля в различных средах и поэтому решение задач, указанных выше, сводится обычно к измерению одной или нескольких из них. Наименования, условные обозначения, единицы измерения в системе СИ и размерность основных магнитных величин приведены в таблице 2.2

Магнитными материалами называют материалы, обладающие ферромагнитными или ферромагнитными свойствами. Свойства эти обусловлены тем, что магнитные моменты атомов или ионов в таких материалах находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения. Все магнитные материалы в зависимости от их свойств можно подразделить на магнитомягкие и магнитотвердые.

Магнитные свойства веществ и материалов характеризуются целым рядом характеристик, которые целесообразно классифицировать на статические и динамические.

Статические характеристики определяются экспериментально при помещении магнитного материала в постоянное или квазипостоянное (медленно изменяющееся) магнитное поле. Они зависят только от свойств материала и технологии его обработки.

Динамические характеристики также определяются экспериментально, но при перемагничивании образцов магнитных материалов в переменных магнитных полях. Однако, в отличие от статических характеристик, они зависят не только от свойств самого материала, но также от частоты переменного магнитного поля, формы кривой изменения во времени индукции и напряженности поля, размеров и формы образца.

Таблица 2.2 – Основные магнитные величины

Наименование	Условное обозначение	Единица измерения
		Наименование (обозначение)	Размерность
Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) Магнитная индукция Напряженность магнитного поля Магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума) Намагниченность (интенсивность намагничивания) Магнитная проницаемость относительная Магнитная восприимчивость Магнитный момент	Ф	Вебер (Вб) Тесла (Т) Ампер на метр (А/м) Генри на метр (Г/м) Ампер на метр (А/м) Не имеет Не имеет Ампер-квадратный метр (А·м2)	L2MT-2I-1 MT-2I-1 L-1I LMT-2I-2 L-1I Безразмерная величина Безразмерная величина L2I

Наиболее полно свойства магнитных веществ и материалов характеризуют зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Поэтому основными статическими характеристиками магнитных материалов являются. Основная и начальная кривые намагничивания и предельная петля магнитного гистерезиса. По этим характеристикам определяются другие статические характеристики и параметры магнитных материалов: магнитная проницаемость (начальная, максимальная и др.), остаточная индукция, коэрцитивная сила и другие.

Динамическими характеристиками магнитных материалов называют характеристики, полученные в переменных магнитных полях, когда время установления напряженности поля становится соизмеримым с временем перемагничивания исследуемого материала. При перемагничивании образцов магнитных материалов переменными магнитными полями в образцах возникают вихревые токи, создающие свои магнитные поля, которые направлены противоположно вызвавшему их внешнему полю. В результате напряженность намагничивающего поля в образце уменьшится.

Классифицировать магнитоизмерительные преобразователи и приборы на их основе можно по различным классификационным признакам, наиболее широкое распространение среди которых нашли следующие:

– по принципу используемого физического явления или эффекта;

– по назначению;

– по виду физической величины, в которую преобразуется измеряемая магнитная величина.

Классификационная схема наиболее широко используемых магнитоизмерительных преобразователей и приборов, дифференцированных на группы и виды по принципу используемого в них физического явления или эффекта, представлена на рисунке 2.50.

Рисунок 2.50

Согласно этой схеме все преобразователи и приборы на их основе объединены в три большие группы. Общим для преобразователей, образующих первую группу, является то, что процессы, протекающие в них, так или иначе подчиняются закону электромагнитной индукции. Вторую группу составляют преобразователи и приборы, принцип действия которых основан на использовании физических явлений, возникающих при воздействии магнитного поля на движущиеся носители электрических зарядов и получивших название гальваномагнитных.. В третью группу объединены преобразователи, принцип действия которых основав на силовом взаимодействии магнитного поля о намагниченными телами или обладающими магнитным моментом микрочастицам.