Феррозондовые преобразователи (ФЗП)

ФЗП – это компонентные пре­образователи, предназначен­ные для измерения на­пряженности магнитного по­ля или ее изменения в пространстве. Действие феррозондового преобразователя основано на нелинейности кривых намагничива­ния сердечников из магнитных материалов. В зависимости от вза­имной ориентации векторов напряженности внешнего магнитного поля и магнитного поля возбуждения преобразователя различают феррозонды с продольным и поперечным возбуждением.

Феррозонд с продольным возбуждением состоит из двух идентичных полузондов, каждый содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с двумя катушками на нем. Одна катушка (возбуждающая) подключа­ется к источнику переменного тока, другая измерительная. Схе­ма подключения обмоток в феррозонде-полемере показана на рис. 23. Обмотки возбуждения соединены встречно, измерительные согласно.

Рис. 24. Напряженность и магнитная ин­дукция в стержнях феррозонда	Рис. 25. Выходной сигнал феррозонда при измерении напряженности

Синусоидальный ток возбуждения создает в сердечнике магнитное поле возбуждения , вектор напряженности которого параллелен оси сердечника. На рис. 24 показаны временные зависимости напря­женности и индукции в каждом сердечнике. Характер изменения в каждом сердечнике одинаков, а значения индукций отличаются только знаком. Выходной сигнал представлен суммой ЭДС в измерительных катушках и равен нулю.

При воздействии постоянного магнитного поля напряжен­ность в первом и втором сердечниках равна:

; .

Из-за нелинейности кри­вой намагничивания значения индукции в сердечниках различны, рис. 25. Здесь же показан выходной сигнал несинусоидальной формы, главная особенность которого состоит в том, что его период вдвое меньше периода возбуждающего тока . Это значит, что постоянное внешнее подмагничивание приводит к появлению второй гармоники в выходном сигнале феррозонда. Вторая гармоника является информативной, по ней судят о напряженности постоянного маг­нитного поля.

На рис. 26 дана передаточная характеристика феррозонда в режиме полемера. При выходной сигнал феррозонда . Рабочим явля­ется близкий к линейному начальный участок, где амплитуда второй гармоники про­порционально . При значитель­ном увеличении (³) материал сердечника насыщается. В результате индукция перестает зависеть от напря­женности возбуждающего поля , а ЭДС каждой из­мерительной обмотки уменьшается практически до нуля.

Рис. 26. Передаточная характери­стика феррозонда-полемера	Рис. 27. Схема соединения обмоток феррозонда-градиен­тометра

Феррозонд-градиентометр используют для оценки неодно­родности постоянного во времени магнитного поля, его устройство аналогично феррозонду-полемеру, отличаясь соединением обмотки (рис. 27). Обмотки возбуждения соединены так, что в однородном поле () напряженность и индукция в каждом сердечнике одинаковы в любой момент времени. Измери­тельные катушки и включены встречно. Выходное напряжение феррозонда представленное разностью ЭДС в измерительных катушках (и ) и равно нулю.

При изменении напряженности по­ля в направлении, ортогональном вектору на рис. 27, получаем . В результате индукция в каждом сердечнике не будет одинаковой и появится выходной сигнал , рис. 28. Здесь , как и в предыдущем случае, несинусоидально и содержит вторую гармонику. Амплитуда пропорциональна степени неоднородности внешнего поля, т.е. ве­личине .

Во всех случаях применения феррозондов следует выде­лять вторую гармонику выходного сигнала, т.к. именно она несет информацию о напряженности из­меряемого поля. Первая гар­моника должна подавляться.

2. 5. Гальваномагнитные преобразователи (ГМП)

Действие ГМП основано на силовом дейст­вии магнитного поля на движущиеся электрические заряды. В преобразовате­лях Холла (ПХ) и магниторезисторах поле действует на заряды, движущиеся в полупроводнике.

Чаще всего используют пи Холла в виде плоской прямоугольной пластины из полупроводника. На рис. 29 показаны направления тока , вектора индукции и напряжения на выходе преобразова­теля. ЭДС на выходе преобразователя Холла опреде­ляется:

,

где – постоянная Холла, Ом×м/Тл; – толщина пластины.

Рис. 28. Выходной сигнал феррозонда-градиентометра	Рис. 29. Схематическое изображение преобразова­теля Холла

При несильных магнитных полях (до 0,1 Тл) ЭДС преобразователя Холла равно

.

Магнитная чувстви­тельность и номинальный ток являются справочными данными ПХ. Абсолютное значение магнитной чувствительно­сти колеблется в пределах 0,06... 0,6 В/Тл. Удобно пользоваться удельной чувствительностью , что позволяет определить выходной сигнал при любых токах, а не только при номинальном.

Конструктивно ПХ выполняют в виде пластин прямоугольной или крестообразной формы. Промышленность выпускает ПХ из кремния, германия и арсенид-галлия. Их толщина около 0,2 мм, размеры активной части от 1,8x0,6 до 6x3 мм.

ПХ широко применяют при из­мерении слабых магнитных полей (до 0,1 Тл). Для измерений сильных полей (> 1 Тл), где происходит насыщение пре­образователя Холла, применяют магниторезисторы. В магниторе­зисторах используется эффект Гаусса, который состоит в измене­нии электрического сопротивления полупроводника под действием магнитного поля. Выпускаются магниторезисторы из антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs):

Магниторезисторы применяют для измерения полей с индукцией выше 0,2 Тл. Поэтому в НК для регистрации полей рассеяния дефек­тов их не используют, ограничиваясь измерением индукции намагни­чивающих полей.

Дата добавления: 2014-01-11