Преобразование неэлектрических величин в электрические

1. Преобразователи магнитных полей.

Измерительные катушки. В основе работы лежит закон электромагнитной индукции:

dψ dФ

е= – —— = – N·—— , (8)

dt dt

где ψ – потокосцепление;

N – число витков;

Ф – поток через один виток.

t

Ф = B·S = 1/N ·∫ edt (9)

0

В – индукция через виток измерительной катушки;

S – площадь поперечного сечения витка.

B = μ0·H , (10)

-7

где μ0 = 4π·10 Гн/м – магнитная постоянная вакуума .

Для измерения магнитного поля (магнитного потока) используются мно-говитковые катушки. Они могут быть перемещающимися линейно или вращающимися в магнитном поле.

При мгновенном перемещении измеряемой катушки используются гальва-нометры магнитоэлектрической системы и милли- и микровеберметры.

Если вынести измерительную катушку из магнитного поля, в точку где В=0, то изменение магнитного потока будет равно:

ΔФ = В·S

Веберметр – магнитоэлектрический прибор, измеряющий интеграл:

t

∫ edt

Типы веберметров:

М1119 диапазон измерения 1мВб÷10мВб

М119 диапазон измерения 1мВб÷10мВб

Преобразователи холла

Если через полупроводниковую пластинку пропустить ток и поместить эту пластинку в магнитное поле так, чтобы вектор магнитной индукции был

перпендикулярен плоскости пластины, то в данной пластине будет наводиться ЭДС Холла так, что силовые линии напряженности электричес-

кого поля будут перпендикулярны току.

1

На принципе Холла построен преобразователь Холла.

a

T

2

2

X X

B

E

b

3

1

T

I

Рисунок 17. Принцип построения преобразователя Холла

На рис. 17. обозначены:

Т-Т – токовые электроды;

Х-Х – холловские электроды;

1 – металлические напайки вдоль всего ребра пластины, образующие то-

ковые электроды;

2 – точечная приварка холловского электрода к пластине;

3 – полупроводниковая пластина (из арсенида галлия).

Величины а, б => 0,8…5 мм.

Уравнение преобразования преобразователя Холла имеет вид:

E=K·B·I, (11)

где К – чувствительность;

В – магнитная индукция;

I – ток через преобразователь Холла.

Если вектор магнитной индукции не перпендикулярен пластине, то уравнение (11) имеет вид:

E=K·B·I·cosα (12)

Рисунок 18. Учет угла падения α вектора магнитной индукции В на пластину

Применение:

1. определение индукции и напряженности магнитного поля в отдельных точках;

2. измерение больших токов и быстро изменяющихся токов.

I

ПХ

x

H

RBH

x

Рисунок 19. Иллюстрация к применению преобразователя Холла (ПХ) для измерения токов

По закону Био-Савара-Лапласса проводник с током I создает магнитное поле:

H=K·I / R² (13)

Особенно эффективно эти приборы используются для измерения быстро текущих процессов (например процессы при коротком замыкании).