SU560193A1 - Способ измерени магнитного пол - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к магиитны.м измерени м и может быть использовано при построении первичных измерительных преобразователей , преимущественно слабого посто нного или медленномен ющегос  магнитного пол  в электрический сигнал, геофизических и навигационных устройств.

Известен способ измерени  магнитного пол , по которому в измер емое поле но.мещают магнитоировод с распределенной по нему сигнальной обмоткой и вспомогательным переменным полем либо одновременно посто нным и переменным пол ми осуществл ют под.магничивание магнитопровода. В результате подмагничивани  измен етс  магнитна  проницаемость тела магнитопровода, а следовательно , магнитна  проницаемость тела магнитопровода дл  внещнего измер емого пол . Изменение магнитной проницаемости тела магнитопровода приводит к модул ции измер емого магнитного потока в нем с частотой, совпадающей с частотой пол  подмагничивани , или удвоенной частотой. О величине измер емого пол  суд т по величине ЭДС в сигнальной обмотке с частотой подмагничивающего пол  или удвоенной частотой. Способ реализуетс  с иснользованием как замкнутых, так и разомкнутых магнитолроводов Ij.

Однако магнитна  проиицаемость тела магнитопровода дл  впешнего из.мер емого магнитного пол  и магнитный поток в теле магнитопровода св заны с магнитной проницаемостью материала .магнитопровода нелинейной зависимостью и из.мен югс  в меньших

абсолютных и относительных пределах. Это снижает по.мехоустойчивость, чувствительность и тем самым точность измерени  по этому способу. Кроме того, в случае регистрации ЭДС в сигнальной обмотке, измен ющейс  с

удвоенной по сравненню с полем подмагничивани  частотой, усложн ютс  соответствующие вторичные преобразователи.

Наиболее близким по техническо.му рещению к изобретению  вл етс  способ из.мерени  магнитного пол  с по.мощью чувствительного элемента в виде замкнутого магиитопровода с распределенной по нему сигнальной обмоткой, заключающийс  в периодическом под.магничивании противолежащих участков

магнитонровода и из.мерении ЭДС в сигнальной обмотке 2.

Однако при измерении по этому способу магнитна  проницае.мость тела магнитопровода в направлении измерени  измен етс  по закону, нелинейно св занному с изменением пронидае.мости материала участков. Это приводит к вредной модул ции измер емого магнитного потока через тело .магнитопровода по

нелинейному закону, а следовательно к по в

лению высших гармонических составл ющих в выходной ЭДС.

Цель изобретени  - иовышение точности измерений.

Это достигаетс  тем, что по предлагаемому способу противолежащие участки магнитопровода помещают во вспомогательные посто нные пол  одинаковых величины и направлени , а также в переменные пол  одинаковой величины, но разного направлени , либо в переменные пол  одинаковой величины и направлени  и в посто нные пол  одинаковой величины, но разного напр жени .

На фиг. 1 показан чувствительный элемент; на фиг. 2 и 3 - кривые изменени  дифференциальной магнитной проницаемости материала участков дл  случа  противофазного подмагничивани  по одной ветви и разным ветв м кривой намагничивани  соответственно, на фиг. 4 - эквивалентна  схема магнитных потоков в магнитопроводе.

Пример 1. Дл  измерени  использовали чувствительный элемент (фиг. 1) в виде замкнутого магнитопровода 1 с распределенной по замкнутому контуру сигнальной обмоткой 2. Каждый из противолежащих участков 3 и 4 помещали в зазор отдельного электромагнита. По обмоткам электромагнитов пропускали посто нный ток одинаковых величин и знака и переменный ток одинаковой величины, но разного знака. Чувствительный элемент помещали в эталонное поле с известными напр женностью и направлением и ориентировали до совпадени  продольной оси магнитопровода с направлением пол . Замер ЭДС осуществл ли в сигнальной обмотке и находили коэффициент , определ ющий чувствительность измерени  как частное от делени  выходной ЭДС, на величину наир л енности пол .

Чувствительный элемент помещали в измер емое поле и ориентировали продольной осью в направлении измерени , замер ли выходную ЭДС. Дл  нахождени  величины пол  в направлении измерени  полученное значение ЭДС делили на коэффициент, определ ющий чувствительность измерени .

На фиг. 2 крива  5 изображает изменение дифференциальной магнитной проницаемости материала магнитопровода в функции напр женности пол  подмагничивани . Участки 3 и 4 в зазорах электромагнитов наход тс  под действием посто нного пол  с напр женностью Hi (оба участка) и переменного пол  с напр женностью , измен ющейс  во времени по кривым 6 п 7 соответственно. Проницаемость материала участков 3 и 4 измен етс  во времени по противофазным кривым 8 и 9.

Пример 2. Дл  измерений примен ли чувствительный элемент, показанный на фиг. 1. Каждый участок 3 и 4 помещали в зазор отдельного электромагнита. По обмоткам электромагнитов пропускали посто нный ток одинаковой величины, но разного знака и переменный ток одинаковых величины и знака.

Дальнейшие измерени  выполн ли как описано выше. Результаты измерени  совпадают. Участки 3 и 4 в зазорах электромагнитов находились под действием посто нных полей с напр женностью и -HI соответственно и переменного нол  одного направлени  (кривые 6 и 6). Проницаемость материала участков 3 и 4 измен лось во времени по противофазным кривым 8 и 9 соответственно.

Пример 3. Дл  измерений использовали чувствительный элемент показанный на фиг. 1. В каждом из противолежащих участков 3 и 4 выполн ли отверстие, в котором размещали обмотку подмагничивани . Подачу тока в обмотки подмагничивани  и дальнейщие операции по измерению осуществл ли в соответствии с примерами 1 и 2. Результаты измерений совпадают. Ниже приводитс  характеристика чувствительного элемента, результаты измерений по примерам 1, 2 и 3 и математический анализ по предлагаемому способу.

Магнитопровод чувствительного элемента выполн ли из листового пермалло  толщиной

0,05 мм при наборе 1,2 мм, длине магнитопровода 90 мм и после термообработки помещали в защитный диэлектрический чехол (сигнальна  обмотка 400 витков, обмотка подмагничивани  по 50 витков на каждом электромагните или в каждом отверстии). В обмотку подмагничивани  подавали посто  Л1ЫЙ ток 9 ма и переменный ток 2 ма частоты 5 кгц.

Получено значением выходной ЭДС с частотой 5 КГЦ - 10 MB дл  пол  с единичной напр женностью 1 а/и в диапазоне измер емых полей от О до 50 а/м. Коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала (коэффициент гармоник) в поле с напр женностью 25 а/м менее 2%, остаточный сигнал при нулевом значении напр женности измер емого пол  1,5 м/в, выходное сопротивление чувствительного элемента по сигнальной обмотке 250 ом. Выбором в примерах 1, 2 и 3 режима подмагничивани  по посто нному току (величины тока) и по переменному току (амплитуды и формы тока) может быть обеспечен синусоидальный характер изменени  магнитной проницаемости материала участков 3 (jii)

и 4 (|i2). В этом случае кривые 8 и 9 математически могут быть записаны в виде

|1, г IJ. + sin Q(;

lij а - Да sin Qi

где |.i и A)i среднее значение и амплитуда приращени  магнитной проницаемости материала участков; Q-кругова  частота; t - врем .

При этом очевидно, что магнитна  проводимость материала магнитопровода м в направлении измерени , а следовательно магнитна  проводимость тела магнитопровода gt во внешнем поле этого направлени  и магБИТНЫЙ поток Яо через тело магнитопровода

э

от измер емого пол  остаютс  неизменными во времени и равны

5 jJ-oPЯм gi + Я2 (0 (г + Н-а)

zT I

,ЯЛ

ST

/

где gi и g2 - магнитна  проводимость материала участков 3 и 4;

Но-абсолютна  магнитна  проницаемость вакуума;

1-1т - магнитн-а  проницаемость тела магнитоцровода;

HO - напр женность измер емого магнитного пол ;

/ и 5 - длина и площадь поперечного сечени  магнитопровода.

Поток Фо от измер емого магнитного пол  распредел етс  по участкам 3 и 4 замкнутого магнитоцровода в соответствии с их магнитной проводимостью определ емой магнитной проницаемостью материала участков. Потоки Ф1 и Ф2 в участках 3 и 4 могут быть найдены по первому закону Кирхгофа дл  магнитных цепей и равны

.sinQ.

Ф

1о О

22а

0,..sinQ.

22 ;а

Эквивалентна  схема действующих в магнитопроводе магнитных потоков представлена на фиг. 4, где 10 и 11 - источники переменных потоков

Ф„ Ди

sinQ.

и

Из схемы видно, что действующий в магнитопроводе магнитный поток от измер емого пол  может быть представлен как посто нный поток Фо, равномерно распределенный по

участкам 3 и 4 и замкнутый переменный магнитный поток. Поток по замкнутому контуру магнитопровода () может быть найден как разница магнитных потоков Ф1 и Фа

Ф Фо - Sin Йг sin Ш,

и.

а ЭДС (е) в сигнальной обмотке с числом витков W

йФ,

- WQy.,i.H,S - cos Q.

e - W

Из последнего вырал ени  видно, что выходна  ЭДС св зана с напр женностью измер емого пол  через посто нные коэффициенты и имеет гармонический характер при гармоническом противофазном законе изменени  магнитной проницаемости материала противолежащих участков магнитоировода.

Claims (2)

1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., «Энерги , 1969, с. 14-39.

2. Авт. св. М 352238, кл. G 01R 33/00, 15.03.71.

t