3.3.5.1 Индукционные магнитоизмерительные преобразователи

Действие индукционных магнитоизмерительных преобразователей основано на явлении электромагнитной индукции. Измерительная катушка является ИП, посредством которого магнитные величины могут быть преобразованы в ЭДС.

При изменении магнитного потока Ф в катушке возникает ЭДС:

, где

w_к – количество витков в катушке;

 = w_к - потокосцепление магнитного поля с измерительной катушкой.

Если магнитное поле однородно в переделах катушки и ориентировано вдоль оси катушки, то

, где

S_к – площадь каждого из витков;

 - магнитная проницаемость среды;

Н – напряженность магнитного поля.

Если ось катушки составляет с вектором напряженности угол , то

.

Следовательно, можно выделить три разновидности магнитоизмерительных преобразователей в виде индукционных катушек:

- преобразователи, у которых изменение магнитного потока Ф осуществляется за счет изменения напряженности магнитного поля Н;

- преобразователи, у которых изменение магнитного потока Ф осуществляется за счет изменения Cos ;

- преобразователи, у которых изменение магнитного потока Ф осуществляется за счет изменения магнитной проницаемости  среды, в которой действует магнитное поле.

Последний тип преобразователей получил название ферроиндукционных измерительных преобразователей.

Размеры, форма и конструкция катушек определяются назначением. При измерениях в воздушных средах применяются цилиндрические или плоские прямоугольного сечения катушки, размеры которых тем меньше, чем больше неоднородность поля. Для измерения напряженности магнитного поля у поверхности постоянных магнитов и намагниченных тел применяются миниатюрные плоские катушки прямоугольного сечения, а у поверхности листовых ферромагнитных материалов – длинные плоские катушки, выполненные на очень тонком (узком) каркасе. При измерениях внутри магнитных материалов катушки наматываются непосредственно на образец. При измерениях в переменных магнитных полях применяются неподвижные катушки.

3.3.5.2 Сверхпроводниковые преобразователи

Сверхпроводниковые преобразователи применяются для преобразования параметров постоянных и переменных полей в электрический ток или напряжение, частота которого пропорциональна изменению измеряемой магнитной величины (магнитного потока или магнитной индукции).

В основу действия сверхпроводниковых преобразователей положены два эффекта, имеющие место в сверхпроводящих материалах при низких температурах. Первый – это явление квантования магнитного потока, заключающееся в том, что магнитный поток, пересекающий сверхпроводящее кольцо, может принимать значения, кратные кванту магнитного потока , где h – постоянная Планка, е – заряд электрона. Второй эффект- это эффект Джозефсона, имеющий место в переходе «сверхпроводник – диэлектрик – сверхпроводник»: в сверхпроводящем состоянии через переход протекает ток без падения напряжения на диэлектрике. Если ток превысит некоторое критическое значение I_к, то на переходе возникнет падение напряжения и в переходе потечет ток с частотой .

Сверхпроводниковый ИП представляет собой сверхпроводящее кольцо с одним или двумя джозефсоновскими переходами. Такая конструкция получила название сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД). Он преобразует изменения магнитного потока или магнитной индукции в количество периодических изменений напряжения, снимаемого с преобразователя. Структурная схема прибора для измерения магнитного потока представлена на Рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 – Структурная схема тесламетра на основе сверхпроводящего преобразователя.