Środki i metody pomiaru wielkości magnetycznych

Czasami do rozwiązania problemów technicznych lub do celów badawczych konieczny jest pomiar wielkości magnetycznych. Oczywiście wartość wymaganej wielkości magnetycznej można również wyznaczyć pośrednio, odwołując się do wzorów opartych na znanych danych początkowych. Jednak, aby uzyskać najdokładniejszą wartość strumienia magnetycznego F, indukcji magnetycznej B lub natężenia pola magnetycznego H, bardziej odpowiednia jest metoda pomiaru bezpośredniego. Rozważmy metody bezpośredniego pomiaru wielkości magnetycznych.

Zasadniczo metoda pomiaru wartości magnetycznej może się opierać pole magnetyczne do prądu lub do drutu. Siła wywołana polem magnetycznym jest połączona z procesem elektrycznym, a następnie za pomocą elektrycznego urządzenia pomiarowego uzyskuje się wartość mierzonej wielkości w postaci dogodnej dla ludzkiej percepcji.

Istnieją dwie główne metody pomiaru wielkości magnetycznych: indukcyjna i galwanomagnetyczna.

Pierwsza opiera się na indukcji pola elektromagnetycznego przy zmianie strumienia magnetycznego, druga — na działaniu pola magnetycznego na prąd. Przyjrzyjmy się tym dwóm metodom osobno.

Metoda indukcji elektromagnetycznej

Wiadomo, że gdy zwoje cewki L przecina strumień magnetyczny F (gdy zmienia się strumień magnetyczny przenikający przez obwód), w przewodniku cewki indukowana jest siła elektromotoryczna (E), proporcjonalna do szybkości zmian pola magnetycznego strumień dF / dt, czyli proporcjonalny do jego wartości F. Zjawisko to opisuje wzór:

W jednorodnym polu magnetycznym strumień magnetyczny F będzie wprost proporcjonalny do indukcji magnetycznej B, a współczynnikiem proporcjonalności będzie obszar pętli S przebity przez linie indukcji magnetycznej.

Co więcej - Indukcja magnetyczna B okaże się wprost proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego H przez stałą magnetyczną μ0, jeśli zjawisko zachodzi w próżni, lub biorąc pod uwagę przenikalność magnetyczną ośrodka — także przez względną przenikalność magnetyczną μ tego ośrodka .

Tak więc metoda indukcji pozwala znaleźć wartości: strumień magnetyczny Ф, indukcję magnetyczną B i natężenie pola magnetycznego H. Urządzenia do pomiaru strumienia magnetycznego nazywane są webmeters lub fluxmeters (od strumienia — strumienia).

Webermetr składa się z cewki indukcyjnej o znanych parametrach i integratora DUT. Urządzeniem całkującym jest galwanometr magnetoelektryczny.

Jeżeli cewka miernika wstęgi zostanie wprowadzona lub wyjęta z przestrzeni, w której występuje pole magnetyczne, to wychylenie mechanizmu pomiarowego miernika wstęgi (odchylenie punktu lub zmiana cyfr na wyświetlaczu) będzie proporcjonalne do indukcja B tego pola magnetycznego.Matematyczną zależność łatwo opisać wzorem:

Metoda galwanomagnetyczna (metoda Halla)

Powszechnie wiadomo, że siła Ampera działa na przewód z prądem znajdujący się w zewnętrznym polu magnetycznym, a jeśli przyjrzymy się temu procesowi bliżej, to siła Lorentza działa na naładowane cząstki poruszające się w przewodzie.

Jeśli więc płytka przewodząca zostanie umieszczona w polu magnetycznym i przepływa przez nią stały lub zmienny prąd elektryczny, wówczas na końcach płytki pojawi się stała lub przemienna różnica potencjałów. Ta różnica potencjałów Ex nazywana jest EMF Halla.

Na podstawie znanych parametrów płytki, znając pole elektromagnetyczne Halla, można wyznaczyć wartość indukcji magnetycznej B. Urządzenie przeznaczone do pomiaru indukcji magnetycznej nazywa się teslametrem.

Jeśli Czujnik Halla (Czujnik Halla) zasilania z jednego źródła, a następnie zastosować kompensacyjną różnicę potencjałów z drugiego źródła, wówczas możliwe jest wyznaczenie Halla emf metodą kompensacyjną przy użyciu komparatora.

Urządzenie jest dość proste: napięcie kompensacyjne pobierane z regulowanego rezystora jest przykładane w przeciwfazie do emf Halla iw ten sposób określana jest wartość emf Halla. Gdy obwód kompensacyjny i czujnik Halla są zasilane z tego samego źródła, eliminuje się błąd, który może wynikać z niestabilności napięcia i częstotliwości generatora.

Czujniki Halla są szeroko stosowane jako czujniki położenia wirnika w silnikach elektrycznych i innych maszynach, w których można uzyskać sygnał z poruszającego się magnesu trwałego lub z namagnesowanego rdzenia transformatora.W szczególności czujnik Halla w niektórych zastosowaniach pełni rolę swoistej alternatywy dla pomiarowego przekładnika prądowego.