Способ измерения магнитного поля

и 560) 93 Союз Советских Социалистических Республик) Приорите Госур нрственнв,и комитетСовета Министров СССР во делам изобретений Опубликовано 30.05.77. Бюллетень2 Дата опубликования описания 07.07.77(71) Заявител АГНИТНОГО ПОЛЯ 1) СПОСОБ ИЗМЕРЕН 2нитного поля и магнитный поток в теле маг.нптопровода связаны с магнитной проницае.мостью материала магнитопровода нелиней.ной зависимостью и пзменяюгся в меньших 5 абсолютных и относительных пределах. Этоснижает помехоустойчивость, чувствительность и тем самым точность измерения по этому способу. Кроме того, в случае регистрации ЭДС в сигнальной обмотке, изменяющейся с 10 удвоенной по сравнению с полем подмагничивания частотой, усложняются соответствующие вторичные преобразователи.Наиболее близким по техническому решению к изобретению является способ измере ния магнитного поля с помощью чувствительного элемента в виде замкнутого магнитопровода с распределенной по нему сигнальной обмоткой, заключающийся в периодическом подмагнпчпвании противолежащих участков 20 магнптопровода и измерении ЭДС в сигнальной обмотке 12. Однако при изме магнитная проница 25 вода в направлении закону, нелинейно проницаемости мат водит к вредной мо нитного потока чер 30 нелинейному законтела магмого магИзобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при построении первичных измерительных прсобразователей, преимущественно слабого постоянного или медленноменяющегося магнитного поля в электрический сигнал, геофизнчсскпх и навигационных устройств.Известен способ измерения магнитного поля, по которому в измеряемое поле помещают магнитопровод с распределенной по нему сигнальной обмоткой и вспомогательным переменным полем либо одновременно постоянным и переменным полями осуществляют подмагничивание магнитопровода, В результате подмагничивания изменяется магнитная проницаемость тела магнитопровода, а следовательно, магнитная проницаемость тела магнитопровода для внешнего измеряемого поля. Изменение магнитной проницаемости тела магнитопровода приводит к модуляции измеряемого магнитного потока в нем с частотой, совпадающей с частотой поля подмагничивания, или удвоенной частотой. О величине измеряемого поля судят по величине ЭДС в сигнальной обмотке с частотой подмагничивающего поля или удвоенной частотой. Способ реализуется с использованием как замкнутых, так и разомкнутых магнитопроводов 1.Однако магнитная проницаемостьнитопровода для внешнего измеряе ренин по этому способу емость тела магнитопроизмеренпя изменяется по связанному с изменением ериала участков. Это придуляцнп измеряемого магез тело магнитопровода по , а следовательно к появ10 15 20 лению высших гармонических составляющих в выходной ЭДС.Цель изобретения - повышение точности измерений.Это достигается тем, что по предлагаемому способу противолежащие участки магнитопровода помещают во вспомогательные постоянные поля одинаковых величины и направления, а также в переменные поля одинаковой величины, но разного направления, либо в переменные поля одинаковой величины и направления и в постоянные поля одинаковой величины, но разного напряжения.На фиг. 1 показан чувствительный элемент; на фиг. 2 и 3 - кривые изменения дифференциальной магнитной проницаемости материала участков для случая противофазного подмагничивания по одной ветви и разным ветвям кривой намагничивания соответственно, на фиг. 4 - эквивалентная схема магнитных потоков в магнитопроводе. П р и м е р 1. Для измерения 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 постоянный ток одинаковых величин и знака и переменный ток одинаковой величины, но разного знака, Чувствительный элемент помещали в эталонное поле с известными напряженностью и направлением и ориентировали до совпадения продольной оси магннтопровода с направлением поля, Замер ЭДС осуществляли в сигнальной обмотке и находили коэффициент, определяющий чувствительность измерения как частное от деления выходной ЭДС, на величину напряженности поля,Чувствительный элемент помещали в измеряемое поле и ориентировали продольной осью в направлении измерения, замеряли выходную ЭДС. Для нахождения величины поля в направлении измерения полученное значение ЭДС делили на коэффициент, определяющий чувствительность измерения.На фиг. 2 кривая 5 изображает изменение дифференциальной магнитной проницаемости материала магнитопровода в функции напряженности поля подмагничивания, Участки 3 и 4 в зазорах электромагнитов находятся под действием постоянного поля с напряженностью Н (оба участка) и переменного поля с напряженностью, изменяющейся во времени по кривым 6 и 7 соответственно, Проницаемость материала участков 3 и 4 изменяется во времени по противофазным кривым 8 и 9.П р и м е р 2. Для измерений применяли чувствительный элемент, показанный на фиг. 1. Каждый участок 3 и 4 помещали в зазор отдельного электромагнита, По обмоткам электромагнитов пропускали постоянный ток одинаковой величины, но разного знака и переменный ток одинаковых величины и знака,25 30 35 40 45 50 55 60 65 Дальнейшие измерения выполняли как описано выше. Результаты измерения совпадают.Участки 3 и 4 в зазорах электромагнитов находились под действием постоянных полей с напряженностью +Н н - Н соответственно и переменного поля одного направления (кривые 6 и 6), Проницаемость материала участков 3 и 4 изменялось во времени по противофазным кривым 8 и 9 соответственно.П р и м е р 3. Для измерений использовали чувствительный элемент показанный на фиг. 1, В каждом из противолежащих участков 3 и 4 выполняли отверстие, в котором размещали обмотку подмагничивания. Подачу тока в обмотки подмагничивания и дальнейшие операции по измерению осуществляли в соответствии с примерами 1 и 2. Результаты измерений совпадают,Ниже приводится характеристика чувствительного элемента, результаты измерений по примерам 1, 2 и 3 и математический анализ по предлагаемому способу,Магнитопровод чувствительного элемента выполняли из листового пермаллоя толщиной 0,05 мм при наборе 1,2 мм, длине магнитопровода 90 мм и после термообработкп помещали в защитный диэлектрический чехол (сигнальная обмотка 400 витков, обмотка подмагничивания по 50 витков на каждом электромагните или в каждом отверстии), В обмотку подмагничивания подавали постоянный ток 9 ма и переменный ток 2 ма частоты 5 кгц.Получено значением выходной ЭДС с частотой 5 кгц - 10 мв для поля с единичной напряженностью 1 а/м в диапазоне измеряемых полей от 0 до 50 а/м. Коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала (коэффициент гармоник) в поле с напряженностью 25 а/м менее 2%, остаточный сигнал при нулевом значении напряженности измеряемого поля 1,5 м/в, выходное сопротивление чувствительного элемента по сигнальной обмотке 250 ом.Выбором в примерах 1, 2 и 3 режима подмагничивания по постоянному току (величины тока) и по переменному току (амплитуды и формы тока) может быть обеспечен синусоидальный характер изменения магнитной проницаемости материала участков 3 (1) и 4 (1), В этом случае кривые 8 и 9 математически могут быть записаны в виде,: а + Л 1 з 1 п И;1, =- Л 1 з 1 пЫгде р и Лр среднее значение и амплитуда приращения магнитной проницаемости материала участков;О - круговая частота;- время.При этом очевидно, что магнитная проводимость материала магнитопровода д в направлении измерения, а следовательно магнитная проводимость тела магнитопровода д во внешнем поле этого направления и магнитный поток Но через тело магнитопроводаот измеряемого поля остаются неизменнымиво времени и равны5 иои 5Йм: 0+ Йа: Ро Ь 1+ о)рор,5ьт - э фо = РоРтофгде ц 1 и д - магнитная проводимость материала участков 3 и 4;ро - абсол 1 отная магнитная проницаемость вакуума;р, - магнитная проницаемость тела магнитопровода;Нов напряженность измеряемого магнитного поля;1 и 5 - длина и площадь поперечного сечения магнитопровода.Поток Фо от измеряемого магнитного поля распределяется по участкам 3 и 4 замкнутого магнитопровода в соответствии с их магнитной проводимостью определяемой магнитной проницаемостью материала участков, Потоки Ф и Ф 2 в участках 3 и 4 могут быть найдены по первому закону Кнрхгофа для магнитных цепей и равныф фо + фо о щ2 2 ифо фо Ьф ф =-- . - з 1 пй 1. 7 Эквивалентная схема действуюгцих в магнитопроводе магнитных потоков представлена на фиг. 4, где 10 и 11 - источники переменных потоковф о Л фо- з 1 пЫ и.з 1 пИ.2 р. 2 о.Из схемы видно, что действующий в магнитопроводе магнитный поток от измеряемого поля может быть представлен как постоянный поток Фо, равномерно распределенный по участкам 3 и 4 н замкнутый переменный магнитный поток. 11 оток по замкнутому контуру магнитопровода (Ф-) может быть найден как разница магнитных потоков Ф, и ФФ = ф,з 1 пЮ= рор.,Но 5 " з 1 пй 1,иа ЭДС (е) в сигнальной обмотке с числом витков У10 ф Ь;е = - К = - И"дрор Но 5сОз ИИз последнего выражения видно, что выходная ЭДС связана с напряженностью измеряемого поля через постоянные коэффициенты и имеет гармонический характер при гармоническом противофазном законе изменения магнитной проницаемости материала противолежащих участков магнитопровода.20Формула изобретенияСпособ измерения магнитного поля с помощью чувствительного элемента в виде замкнутого магнитопровода с распределенной по25 нему сигнальной обмоткой, заключающийся впериодическом подмагничивании противолежащих участков магнитопровода и измеренииЭДС в сигнальной обмотке, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности из 30 мерений, противолежащие участки магнитопровода помешают во вспомогательные постоянные поля одинаковы.: величин и направления, а также в переменные поля одинаковойвеличины, но разного направления, либо в пе 35 ременные поля одинаковы.; величины и направления и в постоянные поля одинаковойвеличины, но разного направления,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:40 1. Афанасьев 10, В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 14 - 39.2. Авт. св. М 352238, кл. 6 01 К 33/00,15.03,71.560193 Фиг,З Составитель О. Богомол каз 462 Изд. ЛЪ 470 Тираж 1106 ИИПИ Государственного комитета Совета Министро по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5