Датчик магнитного поля

ОПИСйИЕ ИЗОБРЕТЕНК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(67) Использование: измерение магнитных полей.Сущность изобретения: датчик содержит два частично ореклованных металличесКих разрядныхэлектрода 2, 5 и два полностью остеклованных измерительных электрода 3, 4. Электроды. размещены в откачанной, заполненной газом колбе 1 и расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях проходящих через . продольную ось колбы. Электроды 3, 4 сошпифованы до контакта образующей металлического электрода с газом. Сошлифованные боковые поверхности электродов 3, 4 обращены параллельно продольной плоскости колбы 1, Электрод 4, обращенный сошпифованной поверхностью к продольной оси колбы, удален от нее на расстояние (0,4+ 0,1)В, а электрод 3 обраощен сошлифованной поверхностью к стенке колбы и удален от нее на расстояние (0,8+ 0,1)В, где й -о о внутренний радиус колбы 4 ип.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения уровней напряженности магнитныхполей, и может найти применение при разработке и проектировании систем контроляцепей питания различных энергопотребля 1ющих устройств.Цель изобретения состоит в оовышениичувствительности,,На фиг.1 и 2 изображен датчик магнитного поля, который содержит колбу 1 с газоми электроды 2-5, из которых электроды 2 и5 - металлические, частично остеклованные,разрядные, являющиеся анодом и катодомсамостоятельного газового разряда, а измерительные электроды 3,4 -остеклованные исошлифова н н ые; на .фиг.З представленопространственное распределение потенциала плазмы Ч (г) в объеме колбы магнитногодатчика; на фиг,4 - пространственное распределение потенциала плазмы Ч(г) в объеме колбы магнитного датчика в присутствиичастично остеклованных электродов 2 и 5;на фиг.5 - пространственное распределе"ние потенциала плазмы Ч (г) в объеме колбымагнитного датчика в присутствии остекло"ванных и сошлифованных измерительныхэлектродов 3,4,Датчик магнитного поля работает следующим образом,На разрядные электроды 2,5 (фиг.1) подается постоянное напряжение от источника питания. В результате в колбе 1, заполненной газом, загорается самостоятельный газовый разряд, в которомустанавливается некоторое пространственное распределение потенциала в направлении, поперечном оси разряда, которой является ось катод-анод. Измерительные электроды 3,4, находящиеся по разные стороны от оСи разряда и имеющие электрический контат с плазмой газового разряда по линии пересечения двух поверхностей - цилиндрической поверхности металлического электрода и плоскости касательной к ней, приобретают в результате этого некоторую начальную разность потенциалов криваяна фиг.5).Вносят датчик во внешнее магнитное поле таким образом, чтобы вектор напряженности этого поля был направлен по оси колбы.В результате одновременного воздействия скрешенных в поперечных направлениях электрического доля газового разряда и внешнего магнитного поля происходит изменение распределения потенциала плазмы в направлении, перпендикулярном этим полям, обусловленное дрейфом заряженных частиц плазмы (кривая ( на фиг,5). Указанное изменение распределения потенциала вызывает изменение разности потенциалов между измерительными электродами по сравнению с начальной разностью в отсутствие магнитного поля. Вычитают указанные 5 разности потенциалов. Полученное таким образом напряжение пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, т.е.получают устройсТво для измерения напря" женности магнитного поля - датчик магнит ного поля.На фиг.З изображены примеры пространственного распределения потенциала в поперечном относительно оси разряда направлении в плазме газового разряда для 15 двух случаев - криваяв отсутствии магнитного поля и криваяпри наличии внешйего магнитного поля. Кривыеипостроены в функции безразмерной величины г/йо, где г - расстояние от оси разряда до точки, в 20 которой определяется потенциал Ч(г); Роврасстояние от оси разряда до стенки колбы.В основе действия датчика. лежат явлениязависимости распределения потенциала от расстояния до оси разряда и изменения этого 25 распределения от величины магнитного поля,т,е, необходимо располагать измерительные электроды в пристеночных областях газового разряда, где градиент потенциала выше, чем в приосевых областях разряда, Так как 30 величина градиента обратно пропорциональна йо, то следует уменьшить расстояние от оси разряда до стенки колбы, т.е.уменьшить поперечные относительно оси разряда размеры колбы. Казалось бы бес предельное уменьшение размеров колбыдолжно привести к неограниченному увеличению чувствительности датчика, Однако для самостоятельного газового разряда, ис. пользуемого в этом датчике, существет ряд 40 строгих количественных соотношений между давлением газа, сортом газа, размерами промежутка канод - катод, которыми являются разрядные электроды, величиной прикладываемого к электродам постоянного 45 напряжения, при выполнении которых существует упомянутый самостоятельный разряд.Это позволяет определить оптимальные с точки зрения достижения максимальной чувствительности магнитного датчика соот ношения между размерами разрядных электродов диаметр электрода), расстояния между ними, поперечными относительно оси разряда размерами колбы, сортом газа, его давлением и напряжением зажиганиясамостоятельного газового разряда.На фиг.4 сплошной линией изображенопоперечное относительно оси разряда распределение потенциала в присутствии металлического электрода, диаметр которого не удовлетворяет условию бизм 2 Яд гдеЖ 03997 10 15 20 30 сторону от нее 35 40 биэс - диаметр электрода; Лд - радиус Дебаевского экранировайия, а пунктирной линией - распределение потенциала, котЪрое было бы при отсутствии металлического электрода. Очевидно, что использование в качестве измерительных электродов металлических электродов, диаметр которых не удовлетворяет этому условию, ведет к искажению пространственного потенциала,Пусть е соответствии с фиг.4 деизм - диаметры измерительных электродов; гл и гав расстояния от оси колбы до образующей измерительного электрода, обращенной,к стенке колбы в найравлении кратчайшего расстояния до нее для левого и праеогр электродов; Яо - радиус цилиндрической колбы; Ь- смешение оси газового разрядапод действием внешнего магнитного поля, Пусть далее разрядные и измерительные электроды лежат ео взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через аксиальную ось колбы. В этом случае при отсутствии внешнего магнитного поля расстояние от оси разряда до стенок колбы в направлении, перпендикулярном оси разряда (по линии, на которой находятся измерительные электроды),совпадает с радиусом колбы Во в обоих направлениях. В этом случае напряжение, развиваемое датчиком(магнитное поле отсутствует), Оо Чл - Мп, где Чл и Чп - потенциалы левото и правого измерительных электродов.Внешнее магнитное поле приводит к , смешению оси разряда в направлении, перпендикулярном вектору магнитного поля и направлению катод-анод (е направлении оси, проходящей измерительные электроды формул а изобретен и я ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содер,жащий откачанную и заполненную газом колбу, в которой размещены два идентичных частично остеклованных металлических разрядных электрода и двафидентичных металлических измерительных электрода, расположенных попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, . проходящих через продольную ось колбы, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности, измерительные электроды выполнены полностью остекло ванными с сошлифованными боковыми поверхностями до контакта образующей и перпендикулярной оси катод - анод при аксиальном вдоль оси колбы направлении магнитного поля), Напряжение, развиваемое датчиком при наличии магнитного поля, 0 Разница между Оо и Оп и есть искомый отклик датчика на внешнее магнитное поле, Увеличение чувствительности магнитного датчика (увеличение разницы Оо-Ов от смешения Ь т,е. величины внешнего магнитного поля) можно достичь при ецполнении следующих требований: уменьшении рэдиуса колбы Во, диаметра измерительнОго электрода, находящегося е контакте с плазмой, бьзм и расстояния между стенкой колбы и измерительным электродом Во-гл или Вогп, увеличении температуры электронов плазмы газового разряда, уменьшении длины свободного пробега ионов и электронов в плазме газового разряда, увеличении концентрации плазмы газового разряда, заполнении колбы газом с высоким на потенциалом ионизации.Оптимальным в точки зрения достижения максимальных чувствительностей при минимальных дрейфах является несимметричное расположение измерительных электродов в плоскости, проходящей через ось колбы и перпендикулярной оси катод - анод таким образом, что один электрод находится на расстоянии, равном (0,8 .ф.0, 1) Во от оси колбы, а другой - на расстоянии, равном (0,4 +0,1) Во по другую(56) Авторское свидетельство СССРР 685389, кл, 6 01 Я 19/00, 1976.металлического электрода с газом, причемсошлифованные поверхности обращены в одну сторону е направлении, перпендику. лярном к плоскости, в которой расположе ны разрядные электроды, а расстояниесошлифоеанных поверхностей от оси кол. бы составляет (0,8 . 0,1)В для одного измерительного электрода и (0,4 0,1)В для другого, где В- внутренний радиус колбы, и дальняя от оси колбы сошлифоеанная поверхность обращена к стенке колбы в направлении кратчайшего расстояния до нее, а ближняя к оси сошлифованная поверхность обращена к оси колбы в направлении кратчайшего расстояния до нее, 20039972003997 Фоставитель Л. Устиноехред М.Моргентал Редактор Т, Юрчикова ректор М. Шароши Тираж НПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушска аказ 332 исно Гагарина 101 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго