SU798654A1 - Устройство дл определени маг-НиТНыХ СВОйСТВ ВЕщЕСТВ - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к средствам измерени  магнитных величин и может быть использовано дл  определени  намагниченности и магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ , материалов и горных пород в услови х научной или заводской лаборатории .

Известны магнитометры, которые служат дл  определени  намагниченности и магнитной восприимчивости срабомагнитных веществ, содержащие первичный преобразователь, который выполнен в виде стрежн , подвешенного на крутильной нити и св занного с ним измерительного и одного - двух астазиругощих магнитов, разнесенных на некоторое рассто ние вдоль стержн  и ориентированных параллельновстречно , и снабжены вторичными фотоэлектрическими преобразовател ми, схвачены отрицательной обратной св зью (сое) по магнитному полю. Характерным элементом цепи ООС  вл етс  катушка типа колец Гольмгольца, полностью охватывающа  либо измерительный , либо астазирующий магнит.

Первичный преобразователь, состо щий из разнесенных по вертикали и ориентированных встречно двух одинаковых магнитов, не реагирует на внешнее или переменное, магнитное поле при условии его однородности. Измер емый образец, располагаемый на линии , проход щей через центры магнитов , ближе к одному из них, называемому измерительным, и отклон ет последний на некоторый угол. Фотоэлектрический преобразователь с двум 

0 дифференциально включенными фотоэлементами на входе преобразует угловую величину в электрическое напр жение, которое  вл етс  мерой измер емого параметра: намагниченности или вос5 приимчивости - в зависимости от того , по какому параметру откалиброван прибор. С выхода вторичного преобразовател  напр жение поступает также в катушку ООС типа колец Гольм0 гольца, после которой компенсирует первоначальное угловое отклонение магнита 1 .

Облада  сравнительно- высоки1ли

5 метрологичнскими характеристик 1ми и простотой, известные астатич(ские магнитометры не лишены спрьезных недостатков , главным из которых  вл етс  низка  точность измерений в ус0 лови х неоднородного внешнего пол .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем первичный преобразователь в виде жестко св занных и подвешенных на раст жках измерительного и астазирующего магнитов , вторичный фотоэлектрический преобразователь, обмотки отрицательной обратной св зи и предметный столик дл  измер емого образца, измерительный и астазирующий магниты выбраны различными по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами т жести и ос ми намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно, включенных в цепь отрицательной обратной св зи, оси которых ориентированы в направлении в.озможного перемещени  полюсов одного из магнитов,а также тем, что астазирующий магнит выполнен в виде двух, симметрично расположенных относительно измерительного магнита и св занньох с ним с возможностью взаимного осевого перемещени  и жесткой фиксации элементов , между концами которых укреплена пластинка с раст жками.

На чертеже показана функциональна  схема устройства дл  определени  магнитных свойств веществ.

Первичный преобразователь состоит из измерительного магнита IT выбранного в виде тонкого стержн , астазирующего магнита 2 в виде двух коротких полых цилиндров, пластинки 3 и раст жек 4. Втулка 5, напрессованна  на среднюю часть магнита 1, и втулки 6, запрессованные в магнит 2, соединены резьбой. Раст жки 4 прикреплены к пластинке 3 сваркой или пайкой. Пластинка зажата между концами элементов астазирующего магнита. Она выполн ет одновременно функции зеркала , необходимого дл  оптической св зи с вторичным преобразователем.

Вблизи полюсов измерительного магнита установлены две катушки 7, оси которых перпендикул рны оси магнита. Концы магнита 1 совпадают с ос ми катушек и имеют возможность перемещени  в направлении этих осей.

Вторичный фотоэлектрический преобразователь состоит из осветительной лампы 8, дифференциально включенных фотодиодов 9 и операционного усилител  10. К выходу усилител  10 подключаетс  регистрирующий прибор. К этому же выходу подключен вход цепи отрицательной обратной св зи, состо щей из дифференцирующей цепочки 11 и двух обмоток 12, намотанных на катушках 7 и соединенных между собой последовательно-встречно.

Над одним из полюсов магнита 1 укреплен предметный столик 13, который служит дл  установки и фиксации измер емого образца 14. Ось симметрии образца проходит через полюс измерительного магнита перпендикул рно к нему.

Устройство креплени  и нат жени  раст жек на чертеже не показано.

Принцип работы устройства состоит в следующем.

Магнитные моменты магнитов 1 и 2 выбраны равными и ориентированы встречно. Следовательно, первичный преобразователь нечувствителен как к однородным магнитным пол м, так и к неоднородным. Последнее обеспечиваетс  тем, что центры симметрии магнитов совмещены. В этом случае суммарный вращающий момент первичного преобразовател  определ етс  выражением .

)o1

где М и М, - магнитные моменты магнитов 1 и 2, Пд - средн   величина напр женности внешнего магнитного пол , отнесенна  к точке,совпадающей с центрами магнитов. Так как М М, то Mg,p О при любой конфигурации пол  Нд.

Снижение восприимчивости к механическим колебани м может быть достигнуто путем точного совмещени  центра т жести колеблющейс  системы с точкой ее подвеса. В рассматриваемой конструкции это достигаетс  путем поступательного перемещени  элементов астазирующего магнита вместе с пластинкой 3 относительно магнита. 1. Резьбовое соедйнение элементов первичного преобразовател  используетс  также дл  точного подбора астатичности путем изменени  рассто ни  между двум  половинами астазирующего магнита 2 (этим измен етс  магнитный момент магнита 2). Дл  компенсации зазоров используютс  соответствующие прокладки (на чертеже не показаны). Сила F, действующа  на некоторый объем вещества, помещенного в неоднородное магнитное поле, пропорциональна напр женности и градиенту напр женности пол , т.е.

F- н|. (1) Магнитное поле на оси посто нного магнита выражаетс  следующим соотношением

(ff Kfr-- . (2)

где м - магнитный момент магнита X - рассто ние от центра магнита до точки, в которой определ етс  поле 1 - полудлина магнита. Из (2) следует

.10ЙЧ..(|Г.... (3)

При фиксированном положении разца вблизи полюса измерительного

магнита из выражений (2) и (3) видно , что сила, действу1т1ца  между образцом и магнитом, зависит от длины последнего. Расчет показывает, что сила, действующа  на образец со стороны полюса измерительного магнита, в 36 раз больше, чем со стороны астазируквдего магнита. Таким образом, вли ние последнего на чувствительг ность преобразовател  может быть сдепано сколь угодно малым, если подобрать соответствующим образом геометрические параметры магнитов.

Образец 14 веществе, установленный на предметный столик, вызывает /гловое отклонение первичного преобразовател , которое преобразуетс  в электрическое напр жение, регистриt yeMoe аналоговым или цифровым прибоt OM . Ток, пропорциональный выходному напр жению, протекает по обмоткам 12 И создает в них магнитное поле обратной св зи. Взаимодействие между обмотками отрицательной обратной св зи и полюсами магнита 1 происходит так же, как и с измер емым образцом только в обратном направлении.

Особенность цепи отрицательной обратной св зи состоит в следугещем. Сила, действующа  на полюсы магнита 1 со стороны катушек 7, определ етс  в соответствии с выражением (1). Поскольку вблизи полюсов магнита градиент пол  существует во всех направлени х (поле резко неоднородно), то и силовое действие на магнит будет осуществл тьс  во всех направлени х. Тем самым обеспечиваетс  всенаправленна  обратна  св зь: любому перемещению магнита, вызванному, например, механическим воздействием, будет преп тствовать сила со стороны катушек отрицательной обратной св зи.

Рассмотренным свойством не обладает отрицательна  обратна  св зь, вводима  .посредством катушек типа колец Гельмгольца, полностью охватывающих магнит. В этом случае на магнит воздействует только одна составл юща  пол  в направлении оси катушки. При этом стабилизируютс  лишь крутильные колебани  магнита: при всех других движени х магнита (наиболее характерным из них  вл ютс  поперечные колебани  первичного преобразовател ) он не будет испытывать действие отрицательной обратной св зи. Следствием этого  вл етс  наблюдаемое на

1грактике снижение отношени  сигнал/ шум при увеличении глубины отрицательной обратной св зи.

Предлагаемое устройство может быть отградуировано либо в абсолютных единицах намагниченности или магнитной восприимчивости, либо в относительных . В последнем случае измерени  производ т методом сравнени  с образцом, магнитные свойства которого известны.

o

В отличие от широко примен емой методики измерени  магнитной восприимчивости , в которой используютс  образцы .с правильной геометрией (куб, цилиндр), в предлагаемом уст5 ройстве используютс  образцы только с одной плоской поверхностью, совпадающий с плоскостью предметного сто ,пика.

Claims (2)

1.Устройство дл  определени  магнитных гвойств веществ, содержащее первичный преобразователь в виде жестко св занных и подвешенных на раст жках измерительного и астазиру5 ющего магнитов, вторичный фотоэлектрический преобразователь, обмотки отрицательной обратной св зи и предметный столик дл  измер емого образца , отличающеес  тем,

0 что, с целью повышени  точности измерений , в нем измерительный и астазирующий магниты выбраны различными

по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами т жести

5 и ос ми намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно , включенных в цепь отрицательной обратной св зи, оси которых ориентированы в направлении

0 возможного перемещени  полюсов одного из магнитов.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что астазирующий магнит выполнен в виде двух,симметрично расположенных относительно

5 измерительного магнита и св занных

с ним с возможностью взаимного осевого перемещени  и жесткой фиксации элементов, между концами которых укреплена пластинка с раст жками.

0

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Journal of Physics, . E.Scientifics Instruments, 19/4, 7, П, 4, p. 266-168.

.- .-.....-.:;v. V .