3.1. Измерение магнитного потока,

МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И НАПРЯЖЕННОСТИ

ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Измеряемые магнитные величины обычно предварительно преобразуются в электрические, более удобные для измерения. Преоб­разователи магнитных величин в электрические строятся на основе явле­ний электромагнитной индукции, ядерного магнитного резонанса, галь­ваномагнитного и некоторых других.

3.1.1. Использование измерительной катушки

Если измеряемый магнитный поток Ф сцеплен с катушкой, то в последней возникает ЭДС, определяемая формулой

е = - и^Ф/ dt,

где w_K — число витков катушки.

Таким образом, катушка выполняет роль преобразователя магнитной величины в электрическую. Выбор формы, конструкции и размеров такого индукционного преобразователя, назьюаемого измерительной катушкой, зависит от параметров магнитного поля и условий его измере­ния. В любом случае требуется, чтобы витки измерительной катушки были сцеплены лишь с измеряемым магнитным потоком.

Выражение (3.1) можно преобразовать к виду

dФ = - (l/wjedt и проинтегрировать:

12 ! Н fd Ф = $edt

t 1 % t,

или

1 ^

ДФ = Ф(*₂) - Ф(?1) = — Sedt. (3.2)

^wk'i

Из (3.2) следует, что изменение потока за время At - t₂ - 11 можно определить, проинтегрировав ЭДС в указанном временном интервале. Интегрирование можно осуществить различными способами. В магнит­ных измерениях для этих целей обычно используют баллистический гальванометр или веберметр.

Для измерения постоянного магнитного потока при помощи балли­стического гальванометра собирается цепь, представленная на рис. 3.1. Измерительная катушка с числом витков w_K и сопротивлением R_K подключается к баллистическому гальванометру, рамка которого имеет сопротивление R_r. Измерение производится следующим образом. Измерительная катушка сначала помещается в измеряемый магнитный поток так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна магнит­ному полю. Затем катушка быстро выносится из области магнитного поля. Возникающий при этом в соответствии с (3.1) импульс ЭДС уравновешивается падением напряжения в цепи:

е = iR + L (di/dt), (3.3)

где i — мгновенное значение тока; R = R_K + R_r — активное сопротивление цепи; L — ее индуктивность.

С учетом (3.3) выражение (3.2) можно переписать в виде

(3-1)

ДФ = Ф(*₂) - Ф(?1) = -(Д/W^x

Рис. 3.1

(3.4)

Рис. 3.2

X jidt - (L/_Wj) J di = -{R/wJ[Q{t₂) - Q(t_x)\ - 11

- (L/wJlHt^ - i(h)],

дает

ДФ = Ф = (R/w^Q.

Поскольку первый отброс а б указателя баллистического гальвано­метра (см. § 2.2) связан с количеством электричества в импульсе тока соотношением

"б ⁼ '

то

Ф= (<W^wX>

где Сф — постоянная гальванометра по магнитному потоку (цена деле­ния) , которая определяется экспериментально.

Схема для определения Сф представлена на рис. 3.2. При переклю­чении переключателя SA из положения 1 в положение 2 направление тока в обмотке w_x катушки взаимной индуктивности изменится на противоположное, т.е. AI = 2/i, и во вторичной обмотке произойдет из­менение потока, равное

ДФ₂ = MAIi =М о 2/, ,

где М— коэффициент взаимной индукции катушки.

(3.5)

Такое изменение потока ДФ приводит к отклонению стрелки балли­стического гальванометра а_б. Следовательно, цена измерителя магнит- 106

ного потока

С_ф = ДФ₂/а_б = Ж/,/а_б .

Относительная погрешность измерения магнитного потока при помощи баллистического гальванометра обычно составляет десятые доли процента.

(3.8)

При измерении постоянного магнитного потока магнитоэлектричес­ким веберметром в качестве первичного преобразователя также исполь­зуется измерительная катушка. Веберметр представляет собой магнито­электрический механизм, не имеющий противодействующего момента и работающий в апериодическом режиме. Схема его включения аналогич­на схеме включения баллистического гальванометра, показанной на рис. 3.1. Веберметр работает следующим образом. Вначале измеритель­ная катушка помещается в измеряемый постоянный магнитный поток Ф так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна магнитному полю. Затем катушка быстро убирается из области магнитного потока. При изменении магнитного потока, сцепленного с измерительной катуш­кой, ДФ = м>_кФ, возникает ЭДС, вызывающая ток в замкнутой цепи. Под влиянием тока рамка веберметра повернется на некоторый угол а_в, причем изменение потока, сцепленного с рамкой веберметра, ДФ_В = = w_BB_Bs_Ba_B, оказывается примерно равным — ДФ. (В замкнутой элект­рической цепи суммарное потокосцепление стремится сохранить свое значение.) Таким образом,

(3-7)

или

^Ф = (^WbVB/^WK> "В ⁼ (<W^wK4 '

где w_B и s_B — число витков и площадь рамки веберметра соответствен­но; В_в — магнитная индукция, создаваемая магнитом веберметра; Сф — цена деления веберметра.

Поскольку постоянная веберметра не зависит от сопротивления цепи, он имеет шкалу, отградуированную в единицах магнитного потока — веберах.

(3.6)

Из-за отсутствия противодействующего момента указатель вебермет­ра может занимать произвольное положение. Для установления его на нулевую отметку шкалы применяют электромеханический корректор, представляющий собой вспомогательный магнитоэлектрический меха­низм, рамку которого можно вращать специальной ручкой. Электроме­ханический корректор подключается к выводам веберметра. Поворот рамки корректора приводит к возникновению ЭДС, которая вызывает в рамке веберметра импульс тока, отчего рамка приводится в движе­ние. Это позволяет установить указатель на нулевую отметку шкалы.

Веберметр удобно использовать при измерениях магнитного потока, но его чувствительность и точность уступают измерителям на основе баллистического гальванометра. Классы точности веберметров 1,5—2,5.

Баллистические гальванометры и веберметры можно использовать также для определения магнитной индукции и напряженности постоян­ного магнитного поля исходя из соотношений между этими величина­ми и магнитным потоком:

В = Ф/5_к; (3.9)

Н = Ф/(Ло«_к). (ЗЛО)

где S_K — площадь витка измерительной катушки; /х₀ — магнитная по­стоянная (ц₀ = 4эт • 10" ⁷ Гн/м).

я