
- •Оглавление
- •Введение
- •1.Основные определения
- •1.1.Классификация средств измерения параметров электромагнитных полей
- •1.2.Измеряемые параметры
- •2.Магнитометрические преобразователи
- •2.1.Классификация
- •2.2.Гальваномагнитные преобразователи
- •2.2.1.Первичные преобразователи Холла
- •2.2.2.Магниторезистивные преобразователи.
- •2.3.Индукционный преобразователь для измерения переменного магнитного поля.
- •2.3.1.Магнитные характеристики сердечников
- •2.3.2.Магнитная проницаемостью вещества
- •2.4.Магнитомодуляционные первичные преобразователи (феррозонды).
- •2.4.1.Феррозонд для измерения постоянного магнитного поля
- •2.4.2.Феррозонд для измерения низкочастотного магнитного поля
- •2.4.3.Феррозондовые градиентометры
- •2.4.4.Феррозондовый компас
- •2.4.5.Чувствительность и порог чувствительности феррозонда
- •2.5.Квантовые преобразователи
- •3.Первичные преобразователи для измерения параметров электрического поля
- •3.1.Контактный метод измерения электрического поля.
- •3.1.1.Хлорсеребряные первичные преобразователи
- •3.1.2.Контактные первичные преобразователи на основе углеродистых волокон
- •3.1.3.Примеры многокомпонентных контактных преобразователей
- •3.1.4.Схемы компенсации помех.
- •3.1.5.Способ автокомпенсации помехи
- •3.1.6.Автоматическая компенсация температурной погрешности контактных датчиков.
- •3.2.Модуляционный преобразователь напряженности магнитного поля.
- •3.3.Трансформаторный датчик для измерения переменного электрического поля
- •3.4.Измерение электрической проводимости воды
- •3.5.Коэффициенты формы
- •4.Методы измерения магнитного момента
- •4.1.Классификация методов измерения магнитных моментов
- •4.2.Одноточечный компонентный метод
- •4.3.Градиентный метод
- •4.4.Плоскостной, цилиндрический и сферический методы измерения магнитного момента
- •4.5. Определение магнитного момента при известных дистанциях между источником и приемником магнитного поля
- •4.6.Модульные измерения.
- •4.7.Потоковые методы
- •4.7.1.Использование колец Гельмгольца и способ параллелепипеда
- •4.7.2.Общие соотношения для потокового метода
- •4.7.3.Определение магнитного потока через произвольный кусочно-линейный контур
- •4.7.4.Практический пример
- •5.Первичные преобразователи интегрального вида
- •6.Магнитные и электрические меры
- •6.1.Меры магнитной индукции
- •6.1.1.Магнитная мера на основе обмотки с сердечником
- •6.2.Меры напряженности электрического поля
- •7.Методы натурных измерений электромагнитных полей морских объектов
- •7.1.Основные этапы развития электромагнитных полигонов
- •7.2.Методы проведения натурных измерений
- •7.3.Практический пример. Магнитный полигон немецкой фирмы sam Electronics
- •7.4.Магнитный траектограф
- •7.5.Контролируемые источники физических полей для тестирования полигонов
- •8.Пересчет электромагниных полей
- •8.1.Основные определения
- •8.2.Методы пересчета непосредственно по измеренным данным
- •8.2.1.Пересчет постоянного электрического поля
- •8.2.2.Пересчет постоянного магнитного поля
- •8.3.Пересчет поля методом фиктивных источников
3.Первичные преобразователи для измерения параметров электрического поля
3.1.Контактный метод измерения электрического поля.
3.1.1.Хлорсеребряные первичные преобразователи
Для контактных методов измерения используются, как правило, неполяризующиеся электроды. Неполяризующиеся электроды выполняются из металла, погруженного в раствор плохо растворимой соли того же металла. В зависимости от свойств окружающей среды, для их изготовления применяются различные металлы. Для морской воды используют электрод из чистого серебра (Ag) не менее 0.999 пробы, покрытый солью AgCl и погруженный в раствор NaCl. Ионы Cl содержатся в морской воде, что позволяет снизить собственную ЭДС электродов.
Требования к электродам:
- низкое значение собственных потенциалов (ЭДС) электродов;
- стабильность собственных ЭДС электродов;
- минимальное внутреннее сопротивление;
- отсутствие заметной поляризации электродов при токах в измерительной цепи порядка 10-8-10-9А;
- надежность и удобство в эксплуатации;
- долговечность, ремонтопригодность, взаимозаменяемость, технологичность и т.п.
Типичная конструкция неполяризующегося электрода показана на рис.3.1.
Рабочая камера (электрод + раствор NaCl) отделена от морской среды керамическим фильтром, пористость которого рассчитана таким образом, чтобы через капилляры могла поступать только морская вода, в раствор NaCl нет. Иногда в раствор NaCl добавляют загуститель – глицерин. Мембрана служит для компенсации давления, что особенно важно, когда датчик переносится с одного места на другое. Корпус выполняется из пластика, груз также изолирован пластиком от окружающей среды.
Рис.3.1.
Погрешности электродных датчиков связаны, в основном , с нестабильностью собственных ЭДС электродов (дрейф ЭДС).
Причины дрейфа ЭДС:
- посторонние реакции на пластинах серебра, вследствие наличия примесей и недостаточной частоты изготовления;
- поля искажения, за счет протекания постоянного электрического тока в процессе измерений (блуждающие токи в воде);
- изменение температуры приводит к изменению собственных стационарных потенциалов электродов и поляризационных сопротивлений;
- изменение давления приводит к изменению ионного состава воды и раствора NaCl;
- при плохой изоляции выводов возникает паразитная ЭДС.
Собственная ЭДС пары электродов в растворе NaCl не превосходит 500 мкВ, со временем уменьшается до 20-200мкВ. Внутреннее сопротивление при размерах пластин 400см2 менее 1.5 кОм. Входная цепь измерительного тракта должна иметь повышенное входное сопротивление. ЭДС поляризации при токе 10-8А изменяется на 10-90 мкВ/сутки. Температурный коэффициент ЭДС (ТКЕ) составляет 0.5 мкВ/Ко.
Возможна автоматическая компенсация температурного дрейфа ЭДС, для этого в электроде размещается терморезистор, со специально подобранным ТКЕ. Терморезисторы применяются также для измерения на буксируемых носителях.
При изменение глубины электрода изменяется собственная ЭДС 0.5-1 мВ на 10 метров. Примерно через 1 час эти изменения пропадают. При наличие мембраны дрейф ЭДС от изменения глубины < 100мкВ на 10 метров.
Пара электродов, разнесенных на 1м искажает внешнее поле не более чем на 2%.
Иногда в конструкции неполяризующегося электрода не используется раствор NaCl [8] (рис.3.2).
Рис.3.2
Электрод изготавливался следующим образом. Фольга из чистого серебра размером 565см сворачивалась в трубку диаметром 1.25см и очищалась промыванием в 30% растворе HNO3. От 2.5-4см в диаметре занимает пористый полиэтилен.
Пространство между пористым полиэтиленом и серебряной трубкой занимает смесь кварца с хлоридом серебра в соотношении 6:1. Затем электрод погружался в раствор NaCl 35г/л. Типичный собственный потенциал между парой таких электродов составляет 1 млВ.