Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



ного потока

Сф = ДФг/а = mhla . (3.6)

Относительная погрешность измерения магнитного потока при помощи баллистического гальванометра обычно составляет десятые доли процента.

При измерении постоянного магнитного потока магнитоэлектрическим веберметром в качестве первичного преобразователя также используется измерительная катушка. Веберметр представляет собой магнитоэлектрический механизм, не имеющий противодействующего момента и работающий в апериодическом режиме. Схема его включения аналогична схеме включения баллистического гальванометра, показанной на рис. 3.1. Веберметр работает следующим образом. Вначале измерительная катушка помещается в измеряемый постоянный магнитный поток Ф так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна магнитному полю. Затем катушка быстро убирается из области магнитного потока. При изменении магнитного потока, сцепленного с измерительной катушкой, = \УкФ, возникает ЭДС, вызывающая ток в замкнутой цепи. Под влиянием тока рамка веберметра повернется на некоторый угол , причем изменение потока, сцепленного с рамкой веберметра, ДФ = = WbjBbSbOb, оказывается примерно равным - ДФ. (В замкнутой электрической цепи суммарное потокосцепление стремится сохранить свое значение.) Таким образом,

= ввв«в (3.7)

ф = (А.К) «в = (СфК)«в (з-)

где Wb и Sb - число витков и площадь рамки веберметра соответственно; jBb ~ магнитная индукция, создаваемая магнитом веберметра; Сф - цена деления веберметра.

Поскольку постоянная веберметра не зависит от сопротивления цепи, он имеет шкалу, отградуированную в единицах магнитного потока - веберах.

Из-за отсутствия противодействующего момента указатель веберметра может занимать произвольное положение. Для установления его на нулевую отметку шкалы применяют электромеханический корректор, представляющий собой вспомогательный магнитоэлектрический механизм, рамку которого можно вращать специальной ручкой. Электромеханический корректор подключается к выводам веберметра. Поворот рамки корректора приводит к возникновению ЭДС, которая вызывает в рамке веберметра импульс тока, отчего рамка приводится в движение. Это позволяет установить указатель на нулевую отметку шкалы.



Веберметр удобно использовать при измерениях магнитного потока, но его чувствительность и точность уступают измерителям на основе баллистического гальванометра. 1Слассы точности веберметров 1,5-2,5.

Баллистические гальванометры и веберметры можно использовать также для определения магнитной индукции и напряженности постоянного магнитного поля исходя из соотношений между этими величинами и магнитным потоком:

(3.9) (3.10)

Н = Ф/(Мо5),

где S - площадь витка измерительной катушки; /Хо - магнитная постоянная (jjlq = 4я 10" Гн/м).

3.1.2. Использование гальваномагнитных преобразователей

Гальваномагнитными называются преобразователи, использующие гальваномагнитные явления, которые возникают при помещении некоторых материалов в магнитное поле. К таким явлениям, в частности, относятся эффекты Холла и Гаусса. Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС на боковых гранях помещенной в магнитное поле полупроводниковой пластинки, если по ней протекает ток. Принцип построения прибора для измерения магнитной индукции с преобразователем Холла представлен на рис. 3.3. Через полупроводниковую пластинку, плоскость которой расположена перпендикулярно магнитному полю £, от грани а к грани b протекает постоянный ток /. На гранях end возникает ЭДС

= B.JIh)B, (3.11)

где - постоянная Холла, зависящая от материала пластинки; h - толщина пластинки.

Достоинствами приборов на основе эффекта Холла является возможность измерения как постоянных, так и переменных магнитных полей, хорошее пространственное разрешение благодаря малым размерам пре-

1> Z®

+ -

Рис. 3.3



образователей. Недостатком является сравнительно большая зависимость ЭДС от температуры. Основная погрешность обычно составляет десятые доли процента, диапазон измерений - от сотых долей до единиц тесла.

. Эффект Гаусса положен в основу магниторезистивных преобразователей, электрическое сопротивление которых изменяется под воздействием магнитного поля. Приборы на эффекте Гаусса не получили широкого распространения, поэтому ограничимся лишь указанием на их существование.

3.1.3. Использование преобразователей на основе ядерного магнитного резонанса

Преобразователи этого типа используют квантовое явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которым обладают материалы содержащие ядра атомов, имеющих магнитный момент (например вода, содержащая ядра атомов водорода). Если, образец из такого материала поместить в измеряемое постоянное поле с индукцией В- и кроме того, воздействовать на него переменным высокочастотным магнитным полем с индукцией В И изменяющейся частотой, то при некотором значении частоты / возникает резонансное поглощение высокочастотной энергии образцом. Эта частота равна

/ = (7/2я)5 ,

(3.12)

где 7 - гиромагнитное отношение - величина, постоянная для данного вида атомов.

Принцип измерения индукции магнитного поля при помощи ЯМР-преобразователей ЯМРП иллюстрируется рис. 3.4. Образец (ампула с водой) помещен внутрь катушки К. Катушка подключена к высокочастотному генератору G, поэтому вдоль ее оси возбуждается высокочастотное магнитное поле В. При измерениях индукции постоянного магнитного поля В поле В должно быть расположено перпендикулярно ему. Плавное изменение частоты генератора G позволяет установить частоту /, на которой имеет место ядерный магнитный резонанс и рост поглощения высокочастотной энергии ядрами вещества. При резонансе напряжение на зажимах катушки К уменьшается, что фиксируется на экране осциллографа. Резонансная частота / измеряется цифровым частотомером Hz. Тесламетры с ЯМР-преобразовате-лями обладают высокой точностью (их погрешность может не превышать Ю" %) и широким диапазоном измерений (10~* -

ЯМРП

Г, I

®

10 Тл).

Рис. 3.4



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [34] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0094