Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках — справочник студента

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции, однако приведённые расчётные формулы соответствуют магнитному полю в вакууме. Что в практической деятельности встречается довольно редко.

Когда проводники с током находятся в какой–либо среде, даже в воздухе, магнитное поле, которое они создают, претерпевает некоторые, а иногда и существенные изменения. Какие изменения происходят с магнитным полем, и от чего это зависит, я расскажу в данной статье.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как связана индукция и напряженность магнитного поля?

Магнетиком называется вещество, которое под действием магнитного поля способно намагничиваться (или как говорят физики приобретать магнитный момент). Магнетиками являются практически все вещества.

Намагничивание веществ объясняется тем, что в веществах присутствуют свои собственные микроскопические магнитные поля, которые создаются вращением электронов по своим орбитам.

Когда внешнее магнитное поле отсутствует, то микроскопические поля расположены произвольным образом, а под воздействием внешнего магнитного поля соответствующим образом ориентируются.

Для характеристики намагничивания различных веществ используют так называемый вектор намагничивания J.

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля с магнитной индукцией В0, магнетик намагничивается и создает свое магнитное поле с магнитной индукцией В’. В итоге общая индукция В будет состоять из двух слагаемых

Читайте также:  Учет земельного налога - справочник студента

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Тут возникает проблема вычисления магнитной индукции намагниченного вещества В’, для решения которой необходимо считать электронные микротоки всего вещества, что практически нереально.

Альтернативой данного решения есть ввод вспомогательных параметров, а именно напряженность магнитного поля Н и магнитная восприимчивость χ. Напряженность связывает магнитную индукцию В и намагничивание вещества J следующим выражением

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

  • где В – магнитная индукция,
  • μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м.
  • В то же время вектор намагничивания J связан с напряженность магнитного поля В параметром, характеризующим магнитные свойства вещества и называемым магнитной восприимчивостью χ

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

  1. где J – вектор намагничивания вещества,
  2. μr – относительная магнитная проницаемость вещества.
  3. Однако наиболее часто для характеристики магнитных свойств веществ используют относительную магнитную проницаемость μr.
  4. Таким образом, связь между напряженностью и магнитной индукцией будет иметь следующий вид

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

  • где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м,
  • μr – относительная магнитная проницаемость вещества.
  • Так как намагничивание вакуума равна нулю (J = 0), то напряженность магнитного поля в вакууме будет равна
  • Отсюда можно вывести выражения напряженности для магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током:

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

  1. где I – ток протекающий по проводнику,
  2. b – расстояние от центра провода до точки, в которой считается напряженность магнитного поля.
  3. Как видно из данного выражения единицей измерения напряженности является ампер на метр (А/м) или эрстед (Э)
Читайте также:  Техническое использование переменных токов. генераторы и электродвигатели - справочник студента

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

Таким образом, магнитная индукция В и напряженность Н являются основными характеристиками магнитного поля, а магнитная проницаемость μr – магнитной характеристикой вещества.

Намагничивание ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости μr и магнитной восприимчивости χ.

Большинство веществ являются диамагнетиками (χ = -10-8 … -10-7 и μr < 1) и парамагнетиками (χ = 10-7 … 10-6 и   μr > 1), несколько реже встречаются ферромагнетики (χ = 103 … 105 и   μr >> 1).

Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.

Особый интерес в радиоэлектронике ферромагнитные вещества. Основным отличием данного класса веществ является нелинейная зависимость намагничивания, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеющих линейную зависимость намагничивания J от напряженности Н магнитного поля.

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента Зависимость намагничивания J ферромагнетика от напряженности Н магнитного поля.

На данном графике показана основная кривая намагничивания ферромагнетика. Изначально намагниченность  J, в отсутствие магнитного поля (Н = 0), равна нулю. По мере возрастания напряженности намагничивание ферромагнетика проходит довольно интенсивно, вследствие того что его магнитная восприимчивость и проницаемость очень велика.

Однако по достижении напряженности магнитного поля порядка H ≈ 100 А/м увеличение намагниченности прекращается, так как достигается точка насыщения JНАС. Данное явление называется магнитным насыщением.

В данном режиме магнитная проницаемость ферромагнетиков сильно падает и при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля стремится к единице.

Гистерезис ферромагнетиков

Еще одной особенностью ферромагнетиков является наличие петли гистерезиса, которая является основополагающим свойством ферромагнетиков.

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

Для понимания процесса намагничивания ферромагнетика изобразим зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля, где красным цветом выделим основную кривую намагничивания. Данная зависимость довольно неопределенна, так как зависит от предыдущего намагничивания ферромагнетика.

Возьмём образец ферромагнитного вещества, которое не подвергалось намагничиванию (точка 0) и поместим его в магнитное поле, напряженность Н которого начнем увеличивать, то есть зависимость будет соответствовать кривой 0 – 1, пока не будет достигнуто магнитное насыщение (точка 1).

Дальнейшее увеличение напряженности не имеет смысла, потому как намагниченность J практически не увеличивается, а магнитная индукция увеличивается пропорционально напряженности Н.

Если же начинать уменьшать напряженность, то зависимость В(Н) будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3, при этом когда напряженность магнитного поля упадёт до нуля (точка 2), то магнитная индукция не упадёт до нуля, а будет равна некоторому значению Br, которое называется остаточной индукцией, а намагничивание будет иметь значение Jr, называемое остаточным намагничиванием.

Для того чтобы снять остаточное намагничивание и уменьшить остаточную индукцию Br до нуля, необходимо создать магнитное поле, противоположное полю, вызвавшему намагничивание, причем напряженность размагничивающего поля должна составлять Нс, называемая коэрцитивной силой. При дальнейшем росте напряженности магнитного поля, которое противоположно первоначальному полю, происходит насыщение ферромагнетика (точка 4).

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля зависимость индукции от напряженности будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1, которая называется петлёй гистерезиса.

Таких петель для ферромагнетика может быть множество (пунктирные кривые), называемые частными циклами.

Однако, если при максимальных значениях напряженности магнитного поля происходит насыщение, то получается максимальная петля гистерезиса (сплошная кривая).

  • Так как магнитная проницаемость μr ферромагнетиков имеет довольно сложную зависимость от напряженности магнитного поля, поэтому нормируются два параметра магнитной проницаемости:
  • μн – начальная магнитная проницаемость соответствует напряженности Н = 0;
  • μmax – максимальная магнитная проницаемость достигается в магнитном поле при приближении магнитного насыщения.
  • Таким образом, у ферромагнетиков величины Br, Нс и μн (μmax) являются основными характеристиками, влияющими на выбор вещества в конкретном случае.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник: https://www.electronicsblog.ru/nachinayushhim/magnitnoe-pole-v-veshhestve-chast-1.html

Средства и методы измерения магнитных величин

Иногда в процессе работы, научного исследования или простого любопытства возникает необходимость в определении магнитных величин. Их можно либо рассчитать по формулам, имея необходимые данные, или же произвести замер магнитной величины. В данной статью мы будем рассматривать измерение магнитных величин.

К магнитным величинам, как правило, относят напряженность магнитного поля H, поток магнитный Ф, а также величину магнитной индукции В.

Методику измерения магнитных величин основывают на преобразовании этих величин в электрические, и с помощью электроизмерительного прибора приводят к доступному для человеческого восприятия виду.

Наиболее широкое распространение получили два метода измерения – индукционный и гальваномагнитных эффектов. Разберем каждый в отдельности.

Индукционный метод

  • Он основан на эффекте возникновения ЭДС в витках электромагнитной катушки при изменении магнитного потока Ф, который сцепляется с ним, как это показано ниже:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента
  • Аналитическая зависимость будет иметь вид:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента
  • Где: w – число витков в катушке, ψ – потокосцепление.
  • Если магнитный поле будет однородно, то поток магнитный Ф будет связан с магнитной индукцией В следующим выражением – Ф = Вs, где s – представляет собой площадь сечения катушки.
  • Если среда, в которой происходит такое явление воздушная, то индукция магнитная В будет связана с напряженностью магнитного поля H такой зависимостью: В = μ0Н, где μ0 – магнитная постоянная для воздушной среды.
  • Можно сделать вывод, что индукционный метод позволяет определить напряженность магнитного поля, магнитный поток и индукцию магнитную:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента
  • Приборы, которые измеряют магнитный поток, называют веберметрами.
  • Простейшая схема такого устройства показана ниже:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

Она состоит из индукционной катушки, обозначенной на схеме (Wк) и интегрирующего устройства ИУ. Магнитоэлектрические гальванометры, без устройств противодействующего момента, зачастую используют в качестве интегрирующих устройств ИУ. Если катушку измерительного устройства подносить или удалять от магнитного поля, то отклонения измерительного механизма будет пропорционально магнитному потоку и определятся зависимостью:

  1. Где: α – угол отклонения стрелки прибора, Wк – количество витков в катушке измерительной, Сф – цена деления веберметра.
  2. Например, веберметры типа М199 и М1119 имеют цену деления 5*10-6 и 10-4 Вб/дел, а основная их погрешность лежит в пределах ±1,5%.

Метод гальваномагнитных эффектов

  • Очень широкое применение из этих гальваномагнитных эффектов получил так называемый метод Холла.
  • Суть его заключается в следующем – если через пластину, которая состоит из полупроводника и находится в магнитном поле с индукцией В, пропустить какой – то ток I, то между точками Х – Х возникнет разность потенциалов Ех, которая носит название ЭДС Холла. Схема приведена ниже:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента
  • ЭДС Холла будет равна:
  • Где: Sп – чувствительность преобразователя при токе I.
  • Устройства, которые измеряют магнитную индукцию В называют тесламетрами.
  • Упрощенная схема такого прибора с преобразователем Холла (ПХ) показана ниже:
  • Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

Преобразователь Холла запитуют переменным током через трансформатор ТР от генератора Г. Измеряют ЭДС Холла компенсационным методом . Напряжение компенсирующее Uк, снимают с резистора R1 и подают в противофазе с ЭДС Холла на сравнивающее устройство СУ. С помощью переменного резистора R производят градуировку сравнивающего устройства. Также питание датчика Холла и компенсационной цепи от одного источника напряжения позволяет исключить погрешность от нестабильной частоты и напряжения генератора.

По такой схеме работает тесламетр типа Ш1-8, который может измерять индукцию в диапазоне от 0,01 – 1,6 Тл. Основная погрешность этого устройства не превышает ±2%.

Также датчики Холла очень активно применяют в современных асинхронных электродвигателях с векторным управлением по потокосцеплению электрической машины.

Источник: https://elenergi.ru/sredstva-i-metody-izmereniya-magnitnyx-velichin.html

Преобразователи магнитных величин

  • Для преобразования магнитных величин в электрические чаще используются:
  • — явление электромагнитной индукции;
  • — явление изменения свойств материала в магнитном поле;
  • — гальваномагнитное явление;
  • — магнетронный эффект.
  • В приборах, использующих явление электромагнитной индукции, для измерения характеристик постоянных и переменных магнитных полей измерительным преобразователем служит катушка ЭДС которой равно
  • е = — w · dФ/dt,
  • где ω – число витков катушки;
  • dФ/dt – скорость изменения магнитного потока.
  • Если поле в пространстве, охватываемое катушкой, однородно и ось катушки совпадает с направлением индукции, то
  • e = — w · SК ∙dВ/dt = — w · m0 · SК · dН/dt,
  • где — площадь витка катушки, мм;
  • m0 – магнитная проницаемость вакуума, Г/м;

Из формулы видно, что катушка является измерительным преобразователем, с помощью которого магнитные величины (магнитная индукция В, магнитный поток Ф, напряженность магнитного поля Н) могут быть преобразованы в электрическую величину ЭДС. В практике магнитных измерений подобные катушки называют измерительными катушками.

В зависимости от характера измеряемой величины к измерительным катушкам предъявляются различные требования.

Измерительные катушки могут иметь каркас (круглый, квадратный, прямоугольный) из изоляционного материала либо быть бескаркасными. Обмотка должна быть нанесена равномерно. Катушка должна иметь такую форму и размеры и должна быть так расположена, чтобы с ее витками сцеплялся лишь тот

поток, который подлежит измерению. Плоскость ее должна быть расположена перпендикулярно вектору магнитной индукции или напряженности магнитного поля, в противном случае будет измерена лишь нормальная составляющая вектора.

Если измерительная катушка предназначена для измерения магнитной индукции в образце, то витки ее должны охватывать образец и плотно прилегать к его поверхности.

При измерении напряженности магнитного поля на поверхности образца измерительная катушка должна быть плоской и плотно прилегать к поверхности образца. Такие катушки называют иногда катушками поля.

При проведении измерений в однородных магнитных полях измерительные катушки могут быть большого размера (в слабых полях с большим числом

витков).

При измерениях в неоднородных магнитных полях необходимо использование измерительных катушек минимальных размеров для обеспечения определения характеристик поля в данной точке. Основной характеристикой измерительной катушки является произведение числа витков и площади витка (ω·S)ИК. Это произведение называют «постоянной измерительной катушки».

Для измерения постоянных магнитных полей используют вращающиеся измерительные катушки с постоянной скоростью вращения.

Использование явления силового взаимодействия измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита или магнитным полем контура с током. Приборы, основанные на силовом взаимодействии измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита, называют магнитометрами, а этот способ – магнитометрическим. Если постоянный магнит можно укрепить так, чтобы он мог вращаться вокруг оси, проходящей через точку опоры, и поместить его в некоторое магнитное поле, то магнит повернется так, чтобы вектор магнитной индукции его собственного поля совпал с вектором магнитной индукции внешнего поля. В настоящее время на этом принципе строят весьма чувствительные и точные магнитометры (погрешность их не превосходит (04…0,001 %) для измерения магнитного поля Земли.

Читайте также:  Понятие организационной деятельности - справочник студента

Использование гальваномагнитных эффектов.Для измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля в настоящее время используют эффект Холла и эффект Гаусса.

В приборе, реализующем эффект Холла, преобразователь представляет собой пластинку из полупроводника, по которой протекает ток I.

При помещении этой пластинки в магнитное поле на боковых гранях ее возникает разность потенциалов – ЭДС Холла Е.

Принципиальная схема прибора для измерения магнитной индукции, основанного на эффекте Холла, приведена на рисунке 9.1. Величина ЭДС. Холла связана с магнитной индукцией и током следующим соотношением:

  1. Е = С
  2. где Е – ЭДС Холла;
  3. I – сила тока;
  4. В – магнитная индукция (вектор ее должен быть перпендикулярен плоскости пластинки, либо будет измерена лишь нормальная составляющая
  • вектора В);
  • С – постоянная Холла;
  • h – толщина пластинки.

В качестве материалов для преобразователей Холла используют германий, сурмянистый индии и другие полупроводниковые материалы. ЭДС Холла обычно невелика.

Так, например, чувствительность преобразователей из мышья­ковистого индия колеблется в пределах от 3·105 до 8·106 мкВ/(А·Т), т. е. э. д. с.

Холла, возникающая на боковых гранях пла­стинки с током в 1А при помещении ее в поле с магнитной индукцией 1 Т, составляет от 3·105 до 8·106 мкВ. Поэтому в схеме прибора целесообразно (а иногда проcто необходимо) использование усилителя.

Для повышения точности измерения в приборах, основанных на эффекте Холла, часто используется компенсационный метод измерения.

Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках - Справочник студента

Рисунок 9.1 — Схема прибора для измерения магнитной индукции, основанного на эффекте Холла

Приборы, использующие эффект Холла, находят все более широкое распространение, так как они обладают рядом положительных свойств.

Они достаточно просты, имеют удовлетворительную точность — 1,0…3,0 % (специальными мерами точность может быть доведена до 0,05 %), позволяют измерять магнитную индукцию или напряженность постоянных, переменных (в широком диапазоне частот) и импульсных магнитных полей. Измерительные преобразователи имеют малые размеры, что дозволяет проводить измерение индукции в узких зазорах.

Одним из недостатков преобразователей Холла является значительная зависимость ЭДС Холла от температуры. Для устранения этого явления термостатируют преобразователи либо применяют схемы температурной компенсации.

Кроме того, ведется работа по улучшению характеристик преобразователей.

В настоящее время уже получены образцы термостабильных преобразователей Холла с дрейфом нулевого сигнала не более 1 мкВ/°С и высокой чувствительностью порядка 2,5 В/(А·Т).

В настоящее время известно значительное количество модификаций приборов, в которых использован эффект Холла, например: измеритель магнитной индукции ЕН-3 для постоянных магнитных полей с пределами измерения от 0,01 до l,6 T и погрешностью 1,5 %; миллитесламетр ВНИИМ для постоянных магнитных полей с пределами 15, 75, 150 мТ и погрешностью 1,0 %.

Использование явления изменения магнитного состояния ферромагнитных материалов в магнитном поле.Приборы, использующие это явление, называют феррозондовыми, а преобразователи, соответственно, феррозондами.

Работа феррозонда основана на особенностях изменения магнитного состояния ферромагнитного материала при одновременном воздействии на него переменного и постоянного магнитных полей (либо двух переменных полей различных частот).

Если на ферромагнитный материал воздействует только переменное (синусоидальное) магнитное поле напряженностью Н~ , то магнитное состояние его изменяется по симметричным динамическим магнитным циклам; кривая индукции В несинусоидальна, но симметрична относительно оси времени.

При наложении на переменное поле Н~ постоянного магнитного поля напряженностью Н= симметрия нарушается, кривая переменной составляющей индукции В~ станет несимметричной относительно оси времени, т. е. в составе этой кривой наряду с нечетными появятся четные гармоники, причем степень асимметрии зависит от величины поля Н=.

По величине ЭДС четных гармоник, индуцированных в обмотке измерительной катушки, в частности по ЭДС второй гармоники, можно судить о напряженности постоянного поля Н=.

Использование внутриатомных явлений.Все более широкие познания в области строения вещества позволяют использовать для построения измерительных преобразователей и некоторые внутриатомные явления. Наиболее широко в настоящее время используется явление ядерной прецессии.

Ядра атомов вещества, обладающие не только моментом количества движения, но и магнитным моментом, при помещении во внешнее магнитное поле начинают прецессировать вокруг вектора магнитной индукции внешнего поля.

Напомним, что прецессией называют движение, при котором ось собственного вращения тела перемещается по поверхности конуса, вершина которого совпадает с неподвижной точкой тела.

Угол при вершине конуса называют углом прецессии.

  1. Частота процессии ядер атомов вещества связана с магнитной индукцией внешнего поля простым соотношением:
  2. ω = γ·В,
  3. где ω – частота прецессии;
  4. γ – гиромагнитное отношение (отношение магнитного момента ядра атома к моменту количества движения);
  5. В – магнитная индукция.

Гиромагнитное отношение определяется для ряда веществ с высокой точностью (до 10-4 %). Следовательно, измерив частоту прецессии, можно найти магнитную индукцию. Частота прецессии определяется различными методами. Можно применить, например, явление ядерного магнитного резонанса, которое состоит в следующем.

Если на измеряемое постоянное поле В= наложить под углом 90° переменное поле В~ , частоту которого можно плавно изменять, то при совпадении частоты прецессии с частотой вспомогательного переменного поля будет наблюдаться явление ядерного магнитного резонанса – амплитуда прецессии возрастает и достигает максимального значения (угол прецессии φ = π/2). Увеличение амплитуды прецессии сопровождается поглощением ядрами вещества энергии высокочастотного вспомогательного поля. Отметив тем или иным путем момент резонанса, по частоте вспомогательного поля определяют частоту прецессии (эти частоты равны), а следовательно, и искомую магнитную индукцию В=.

В настоящее время разработано много приборов, использующих как описанное, так и другие внутриатомные явления. Некоторые из этих приборов выпускаются серийно. Основным достоинством приборов, использующих внутриатомные явления, является их высокая точность, достигающая приблизительно 10-3 %.

Основные технические характеристики некоторых приборов, использующих внутриатомные явления: измеритель напряженности магнитного поля типа Е11-2 – пределы измерения от 0,025 до 2,5 Т (для электромагнитов) и от 0,057 до 0,14 Т (для соленоидов) погрешность 0,01 % при неоднородности поля не более 0,02 % на сантиметр; ядерный магнитометр типа ЯМ-1 – пределы измерения от 5·10-2 до 2,5 Т, погрешность 0,003…0,01 % при неоднородности поля 1 % на сантиметр.

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://poisk-ru.ru/s75146t1.html

МАГНИ́ТНЫЕ ИЗМЕРЕ́НИЯ

Авторы: И. Д. Подольский

МАГНИ́ТНЫЕ ИЗМЕРЕ́НИЯ, из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик маг­нит­но­го по­ля или маг­нит­ных свойств ве­ще­ст­ва (ма­те­риа­лов) – маг­нит­ной ин­дук­ции, на­пря­жён­но­сти маг­нит­но­го по­ля, маг­нит­но­го по­то­ка, маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти, на­маг­ни­чен­но­сти, ко­эр­ци­тив­ной си­лы и т. д.

Сред­ст­ва М. и. клас­си­фи­ци­ру­ют по на­зна­че­нию и прин­ци­пу дей­ст­вия. При­бо­ры для М. и. обыч­но на­зы­ва­ют маг­ни­то­мет­ра­ми; по­ми­мо обоб­щён­но­го на­зва­ния, ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся так­же на­име­но­ва­ния при­бо­ров по из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­не или еди­ни­це из­ме­ре­ния (напр.

, тес­ла­метр – для из­ме­ре­ния маг­нит­ной ин­дук­ции; ве­бер­метр, или флюкс­метр, – маг­нит­но­го по­то­ка; гра­ди­ен­то­метр – гра­ди­ен­та по­ля; ко­эр­ци­ти­метр – ко­эр­ци­тив­ной си­лы). Из ме­то­дов М. и.

, ис­поль­зуе­мых при ис­сле­до­ва­нии свойств маг­нит­ных ма­те­риа­лов, наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны сле­дую­щие.

Ин­дук­ци­он­ный ме­тод ос­но­ван на из­ме­ре­нии элек­тро­дви­жу­щей си­лы, ко­то­рая воз­бу­ж­да­ет­ся в из­ме­ри­тель­ной (вто­рич­ной) об­мот­ке ис­сле­дуе­мо­го об­раз­ца – замк­ну­то­го (коль­цо, то­ро­ид и т. п.) или ра­зомк­ну­то­го (стер­жень, пла­сти­на, диск) – при из­ме­не­нии в нём маг­нит­но­го по­то­ка.

Ме­тод ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся для оп­ре­де­ле­ния кри­вых на­маг­ни­чи­ва­ния, пе­тель гис­те­ре­зи­са, по­терь на гис­те­ре­зис и вих­ре­вые то­ки, маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти и др. ха­рак­те­ри­стик фер­ро­маг­нит­ных ма­те­риа­лов в разл. маг­нит­ных по­лях (по­сто­ян­ном, пе­ре­мен­ном, им­пульс­ном). Для М. и.

этим ме­то­дом ис­поль­зу­ют бал­ли­стич. галь­ва­но­мет­ры, вольт­мет­ры, ком­пен­са­то­ры пе­ре­мен­но­го то­ка (по­тен­цио­мет­рич. ус­та­нов­ки), фер­ро­мет­ры, ос­цил­ло­гра­фы и др. По­те­ри на гис­те­ре­зис и вих­ре­вые то­ки из­ме­ря­ют т. н.

ватт­мет­ро­вым ме­то­дом, при ко­то­ром с по­мо­щью ватт­мет­ра оп­ре­де­ля­ют мощ­ность, по­гло­щае­мую в це­пи пер­вич­ной об­мот­ки, ис­поль­зуе­мой для пе­ре­маг­ни­чи­ва­ния об­раз­ца.

Уст­рой­ст­ва для ре­ги­ст­ра­ции пе­тель гис­те­ре­зи­са на двух­ко­ор­ди­нат­ном са­мо­пис­це в мед­лен­но из­ме­няю­щем­ся по­ле на­зы­ва­ют гис­те­рио­гра­фа­ми, в пе­ре­мен­ном по­ле – фер­ро­гра­фа­ми.

Маг­ни­то­ме­ха­ни­че­ский (пон­де­ро­мо­тор­ный) ме­тод обыч­но со­сто­ит в из­ме­ре­нии си­ло­во­го воз­дей­ст­вия маг­нит­но­го по­ля об­раз­ца на маг­нит­ную стрел­ку (кру­тиль­ный маг­ни­то­метр).

Для ком­пен­са­ции влия­ния по­сто­рон­них маг­нит­ных по­лей (напр., по­ля Зем­ли) при­ме­ня­ют две про­ти­во­по­лож­но на­маг­ни­чен­ные стрел­ки (ас­та­ти­че­ский маг­ни­то­метр). Маг­ни­то­ме­ха­нич. ме­тод ис­поль­зу­ет­ся в осн.

для по­лу­че­ния кри­вых на­маг­ни­чи­ва­ния и пе­тель гис­те­ре­зи­са об­раз­цов из сла­бо­маг­нит­ных и маг­ни­то­мяг­ких ма­те­риа­лов. В не­ко­то­рых уст­рой­ст­вах (напр.

, для оп­ре­де­ле­ния кон­стант маг­нит­ной ани­зо­тро­пии) под­виж­ный об­ра­зец сам взаи­мо­дей­ст­ву­ет с внеш­ним од­но­род­ным маг­нит­ным по­лем (маг­ни­то­ме­ха­нич. ани­зо­метр).

Ка­ло­ри­мет­ри­че­ский ме­тод по­зво­ля­ет оп­ре­де­лять удель­ные по­те­ри фер­ро­маг­нит­ных ма­те­риа­лов в ши­ро­ком диа­па­зо­не ра­дио­час­тот (от очень низ­ких до сверх­вы­со­ких час­тот).

В ос­но­ве это­го ме­то­да ле­жит из­ме­ре­ние вы­де­ляе­мой об­раз­цом те­п­ло­вой энер­гии при его пе­ре­маг­ни­чи­ва­нии в ка­ме­ре изо­тер­мич., адиа­ба­тич.

или диф­фе­рен­ци­аль­но­го ка­ло­ри­мет­ра.

Ме­то­ды СВЧ-трак­та (ре­зо­на­тор­ный, вол­но­вод­ный, ко­ак­си­аль­ный) свя­за­ны с ре­зо­нанс­ным воз­дей­ст­ви­ем сфе­рич. фер­ри­то­во­го об­раз­ца на па­ра­мет­ры СВЧ-трак­та; слу­жат для ис­сле­до­ва­ния маг­нит­ных свойств фер­ри­тов, при­ме­няе­мых в СВЧ-диа­па­зо­не.

Мос­то­вые ме­то­ды ос­но­ва­ны на ис­поль­зо­ва­нии мос­тов пе­ре­мен­но­го то­ка (см. Мост из­ме­ри­тель­ный), в од­но из плеч ко­то­рых вклю­че­на об­мот­ка, на­маг­ни­чи­ваю­щая об­ра­зец.

Ин­дук­тив­ность об­мот­ки за­ви­сит от маг­нит­ных па­ра­мет­ров ма­те­риа­ла об­раз­ца.

С по­мо­щью этих ме­то­дов из­ме­ря­ют ком­плекс­ную маг­нит­ную про­ни­цае­мость, тан­генс уг­ла по­терь и удель­ные по­те­ри в об­раз­це.

С по­мо­щью Хол­ла пре­об­ра­зо­ва­те­лей оп­ре­де­ля­ют па­ра­мет­ры маг­нит­но­го по­ля вбли­зи ра­зомк­ну­тых на­маг­ни­чен­ных об­раз­цов (т. н. ме­тод Хол­ла); ис­поль­зу­ет­ся, напр., для из­ме­ре­ния ко­эр­ци­тив­ной си­лы.

Для оп­ре­де­ле­ния ха­рак­те­ри­стик маг­нит­но­го по­ля, в ча­ст­но­сти в пром.

ус­ло­ви­ях, при­ме­ня­ют так­же элек­тро­ди­на­ми­че­ский ме­тод, при ко­то­ром из­ме­ря­ют угол по­во­ро­та ка­туш­ки с то­ком под дей­ст­ви­ем маг­нит­но­го по­ля на­маг­ни­чен­но­го об­раз­ца.

К пре­иму­ще­ст­вам это­го ме­то­да от­но­сит­ся воз­мож­ность гра­дуи­ро­ва­ния шка­лы при­бо­ра не­по­сред­ст­вен­но в еди­ни­цах из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ны (ин­дук­ции или на­пря­жён­но­сти по­ля).

Маг­ни­то­оп­ти­че­ские ме­то­ды ос­но­ва­ны на бе­зы­нер­ци­он­ных маг­ни­то­оптич. эф­фек­тах (см.

 Кер­ра эф­фек­ты, Фа­ра­дея эф­фек­ты); по­зво­ля­ют ви­зу­аль­но на­блю­дать до­мен­ную струк­ту­ру тон­ких маг­нит­ных плё­нок (маг­ни­то­по­ля­ри­ско­пы), из­ме­рять диа­метр ци­лин­д­рич.

маг­нит­ных до­ме­нов, под­виж­ность и ко­эр­ци­тив­ность до­мен­ных гра­ниц, на­маг­ни­чен­ность на­сы­ще­ния (маг­ни­то­по­ля­ри­мет­ры), ре­ги­ст­ри­ро­вать кри­вые на­маг­ни­чи­ва­ния и пет­ли гис­те­ре­зи­са (маг­ни­то­по­ля­ро­гра­фы) и др.

При ис­сле­до­ва­нии маг­нит­ной струк­ту­ры ве­ще­ст­ва ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли ре­зо­нанс­ные ме­то­ды, ос­но­ван­ные на ре­зо­нанс­ном по­гло­ще­нии энер­гии пе­ре­мен­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля элек­трон­ной или ядер­ной под­сис­те­мой ве­ще­ст­ва (см. Ядер­ный маг­нит­ный ре­зо­нанс, Электронный парамагнитный ре­зо­нанс, Фер­ро­маг­нит­ный ре­зо­нанс).

Важ­ную об­ласть М. и. со­став­ля­ют из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик маг­нит­ных ма­те­риа­лов (фер­ри­тов, маг­ни­то­ди­элек­три­ков и др.) в пе­ре­мен­ных маг­нит­ных по­лях по­вы­шен­ной и вы­со­кой час­то­ты (от 10 кГц до 200 МГц). Для этой це­ли ис­поль­зу­ют в осн. ватт­мет­ро­вый, мос­то­вой и ре­зо­нанс­ный ме­то­ды.

Из­ме­ря­ют обыч­но по­те­ри на пе­ре­маг­ни­чи­ва­ние, ко­эф­фи­ци­ен­ты по­терь на гис­те­ре­зис и вих­ре­вые то­ки, ком­по­нен­ты ком­плекс­ной маг­нит­ной про­ни­цае­мо­сти. Из­ме­рения осу­ще­ст­в­ля­ют при по­мо­щи пер­меа­мет­ра, фер­ро­мет­ра и др.

уст­ройств, по­зво­ляю­щих оп­ре­де­лять час­тот­ные ха­рак­те­ри­сти­ки ма­те­риа­лов.

М. и. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся при не­раз­ру­шаю­щем кон­тро­ле ма­те­риа­лов и из­де­лий, гео­ло­гич. раз­вед­ке по­лез­ных ис­ко­па­е­мых, в крио­ген­ной элек­тро­энер­ге­ти­ке, при ис­сле­до­ва­нии маг­нит­ных по­лей био­ло­гич. объ­ек­тов и в др. об­лас­тях.

Источник: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/2153216

Ссылка на основную публикацию