Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Датчики магнитного поля. Учебное пособие
.pdf
9. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО МОМЕНТА
Контроль магнитных параметров, в частности призматических
магнитов, классическим методом измерения величины магнитного
поля в центре кольца посредством использования зонда с датчиком
Холла крайне неудобен из-за того, что такие магниты
устанавливаются в фокусирующую систему попарно и требуемая
величина магнитного поля образуется в пространстве между ними,
которое жестко фиксируется специальной оснасткой. Таким образом,
контролировать величину магнитного поля каждого отдельно взятого
призматического магнита нецелесообразно.
Для контроля параметров призматического магнита
используется величина магнитного момента:
, (49)
где Φ – магнитный поток, C – постоянная катушки взаимоиндукции.
Для измерения магнитного потока используется
микровеберметр, в качестве датчика которого используют
измерительные катушки взаимоиндукции. Принцип его работы
заключается в измерении величины наведенного тока, образующегося
при выдергивании магнита из катушки взаимоиндукции.
Для этого предварительно определяют потокосцепление с
витками некоторой катушки в известном поле. Катушка, служащая
этой цели, сумма площадей всех витков (постоянная катушки)
которой известна, называется измерительной. В зависимости от
точности, с которой известны и постоянные, измерительные катушки
разделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Примеры таких
катушек приведены на рисунке 40.
Величина магнитного потока напрямую зависит от степени
намагниченности магнита, его объема и постоянной катушки
взаимоиндукции:
(50)
где
– магнитная постоянная, M – намагниченность магнита, V – его
объем.
71
Нормирующим параметром катушки индуктивности является её
постоянная C, которая рассчитывается согласно следующему
выражению:
, (51)
где N – число витков катушки, Ne – число обмоток, L – длина
катушки.
Изменяя постоянную катушки, можно контролировать точность
измерений величины магнитного потока.
Обычно катушки однослойны и намотаны медным проводом с
определенным шагом. Форма сечения каркаса измерительной
катушки в общем случае может быть различной, но чаще всего
бывает круглой и прямоугольной. Каркас изготавливают из
неферромагнитного и неметаллического материала с хорошими
изоляционными свойствами, чаще всего эбонита, различных
пластиков, текстолита.
72
Рисунок 40. Установка контроля
магнитного момента постоянного магнита
На практике осуществить теоретический расчет постоянной
конкретной катушки с достаточной точностью невозможно из-за
некачественной намотки (небольшие расстояния между витками,
«нахлесты» витков), неоднородностей используемой проволоки,
наличия в ней мелких дефектов. Поэтому для каждого конкретного
случая необходимо проводить контрольные замеры.
Методика измерения магнитного потока при этом является
следующей:
1) измеряемый магнит помещают с помощью специальной
рамки (крепежа) в измерительную катушку;
2) на микровеберметре включают режим «измерение»;
3) «выдергивают» магнит из измерительной катушки и
смотрят полученное значение на микровеберметре.
Важно при измерении (после того как магнит покинул
измерительную катушку) не подносить магнит ближе чем на 0,5
метра к измерительной катушке, чтобы избежать наводок в
измерительную цепь и снизить погрешность измерения.
73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В учебном пособии представлены материалы по основным
физическим эффектам, применяемым в средствах измерения
магнитных полей различного назначения, приведены основные
характеристики датчиков Холла, магниторезисторов, датчиков на
гигантском магнитосопротивлении. Дана информация по
технологическим аспектам, связанным с созданием первичных
измерительных преобразователей.
Рассмотрены также другие физические эффекты, в частности
эффект Джозефсона, эффект Фарадея, ядерный магнитный резонанс.
Указаны основные параметры датчиков на их основе и области
применения.
Небольшой объем книги не позволяет осветить указанные
вопросы достаточно широко, но описанные материалы позволят
изучить базовые понятия при конструировании и расчете средств
контроля магнитного поля, а приведенные публикации помогут найти
необходимую недостающую информацию.
74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аш Ж и др. Датчики измерительных систем / пер. с франц.
под ред. А.С. Обухова. – М.: Мир, 1992. – Кн. 1 – 480 с., Кн. 2– 460 с.
2. Датчики: справ. пособие / под общ. ред. В.М. Шарапова,
Е.С. Полищука. – М.: Техносфера, 2012. – 624с.
3. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы /
пер. с польск. В.И. Тихонова и К.Б. Макидонской, под ред.
О.К. Хомерики. – М.: Энергия, 1997. – 352 с.: ил.
4. Трэвис Б. Интегральные датчики Холла // Инженерная
микроэлектроника. – 1998. № 1. – С. 39–44.
5. Волович Г. Интегральные датчики Холла // Современная
электроника. – 2004. – № 2.– С. 26-31.
6. Готра З.Ю., Ильницкий Л.Я., Полищук Е.С. и др. Датчики:
справочник / под ред. З.Ю. Готры и О.И. Чайковского. – Львов:
Каменяр, 1995. – 312 с.
7. Захаров А.А., Пчелинцев Г.А., Колпаков А.В., Шумарина
Г.А., Желткова И.М. Газоразрядный магнитоэлектрический
преобразователь. Авторское свидетельство №1552827.
8. Kruszewski Z. Technologia kontaktlow w hallotronach //
Przeglad Elektroniki, – 3. – 1962. – 9. – С. 519.
9. Портной Г. и др. Датчики Холла на основе эпитаксиальных
пленочных структур арсенида галлия // Приборы и системы
управления. – 1976. – № 3. – С. 42-45.
10. Портной Г. Современные магниточувствительные датчики
Холла и приборы на их основе // Вестник автоматизации. – 2013. –
№ 1 (39). – С. 7-12.
11. Hall Effect Sensing and Application Book // Honeywell MICRO
SWITCH Sensing and Control. 1999.
11. Никитин С.А. Гигантское магнитосопротивление //
Соросовский образовательный журнал. – 2004. – Т. 8, № 2. – С. 92-98.
12. Борисов А. Современные АМР-датчики для детектирования
скорости, положения и слабых магнитных полей // Компоненты и
технологии. – 2006. – № 7. http://www.kit-
e.ru/articles/sensor/2006_7_56.php)
75
13 . Анизотропные магниторезистивные датчики магнитного поля
и тока / С. И. Касаткин, А. М. Муравьв, Н. В. Плотникова,
В. В. Амеличев, А. И. Галушков, И. А. Гамарц, В. В. Лопатин,
А. Н. Сауров // Автоматика и телемеханика. – 2009. – № 6. – С. 141-152.
14. Graham D.L., Ferreira H.A., Freitas P.P. Magnetoresistive-based
biosensors and biochips // Trends in Biotecnology. – 2004. – V. 22. – № 9.
P. 455–462.
15. Касаткин С.И. Биосенсоры на основе тонкопленочных
магниторезистивных датчиков / С. И. Касаткин, Н. П. Васильева, А.
М. Муравьв // Автомат. и телемех. – 2010. – № 1. –С. 174-186.
16. Юдинцев В. GMR-датчики. Глаза, нервы, мозг электронных
систем // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2008. – № 1. –
С. 52-59.
17. Лихарев К. К., Ульрих Б. Т. Системы с джозефсоновскими
контактами: основы теории. – М.: Изд-во МГУ, 1978. – 446 с.
18. Гольцман Г. Н. Эффекты Джозефсона в сверхпроводниках //
Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – № 4. – С. 96-102.
19. Корнеев В.К. Эффект Джозефсона и его применение в
сверхпроводниковой электронике // Соросовский образовательный
журнал. – 2001. – Т. 7. – № 7. – С. 83-90.
20. Гавричев В. Д., Дмитриев А. Л. Волоконно-оптические
датчики магнитного поля: учеб. пособие. – СПб: СПбНИУ ИТМО,
2013. – 83 с.
21. Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная
магнитооптика. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.
22. Ураксеев М.А., Соловей К.В. Принципы построения
магнитооптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея //
Вестник УГАТУ. – 2007. – № 6. – С. 204-209.
23. Паранин, В.Д., Синицын Л.И. Математическое
моделирование однокаскадного магнитооптического датчика на
основе продольного эффекта Фарадея // Актуальные проблемы
радиоэлектроники и телекоммуникаций: материалы Всероссийской
научно-технической конференции. Самара, 16-18 мая 2017 г.) / Самар.
нац. исслед. ун-т им. С. П. Королева, под ред. А. И. Данилина. –
Самара : ООО «Офорт», 2017. – С. 164-167.
76
24. Пат. № 2259571 (РФ). Кл. G01R33/032. Волоконно-
оптический датчик магнитного поля. 2005.
25. Пат.№2177625 (РФ). Кл. G01R33/032. Датчик магнитного
поля. 2001.
26. Пат. № 53021 (РФ). Кл. G01R33/032. Волоконно-оптический
датчик магнитного поля. 2006.
27. Пешехонов В. Г. Навигационные системы // Вестник
Российской академии наук. – 1997. – № 1 (67). – С. 43-48.
28. Белоглазов И. Н., Джанджгава Г.И., Чигин И.П. Основы
навигации по физическим полям. – М.: Наука, 1985. – 328 с.
29. Волковицкий А. К. Измерения физических полей для
решения задач управления движением и навигации // Вопросы
оборонной техники. Сер. 9. Специальные системы управления,
следящие приводы и их элементы. – М.: ФГУП «НТЦ
«Информтехника», 2011. – Вып. 1 (246)–2 (247). – С. 83–87.
30. Каршаков Е. В. Применение измерений параметров
градиента магнитного поля Земли в задаче навигации летательного
аппарата // Управление большими системами: сб. тр. – 2011. – № 35. –
С. 265-282.
31. Средства измерений параметров магнитного поля /
Ю.В. Афанасьев, Н.В. Студенцов, В.Н. Хорев, Е.Н. Чечурина,
А.П. Щелкин – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. – 320 с.
32. Zeeman P. Doubles and triplets in the spectrum produced by
external magnetic forces (англ.) // Phil. Mag. – 1897. – Vol. 44. – P. 55.
77
У ч е б н о е и з д а н и е
ЗАХАРОВ Александр Александрович
ШВАЧКО Александр Алексеевич
ДАТЧИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Учебное пособие
Редактор Л.А. Скворцова
Компьютерная верстка Т.В. Семеновой
Подписано в печать 01.02.19 Формат 60×84 1/16
Бум. офсет. Усл. печ. л. 5,0 Уч.-изд. л. 4,6
Тираж 100 экз. Заказ 5 С 1
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ, 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77
Тел.: 99-87-39. E-mail: izdat@sstu.ru
78
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]