Иногда в процессе работы, научного исследования или простого любопытства возникает необходимость в определении магнитных величин. Их можно либо рассчитать по формулам, имея необходимые данные, или же произвести замер магнитной величины. В данной статью мы будем рассматривать измерение магнитных величин.
К магнитным величинам, как правило, относят напряженность магнитного поля H, поток магнитный Ф, а также величину магнитной индукции В.
Методику измерения магнитных величин основывают на преобразовании этих величин в электрические, и с помощью электроизмерительного прибора приводят к доступному для человеческого восприятия виду.
Наиболее широкое распространение получили два метода измерения – индукционный и гальваномагнитных эффектов. Разберем каждый в отдельности.
Индукционный метод
Он основан на эффекте возникновения ЭДС в витках электромагнитной катушки при изменении магнитного потока Ф, который сцепляется с ним, как это показано ниже:
Аналитическая зависимость будет иметь вид:
Где: w – число витков в катушке, ψ – потокосцепление.
Если магнитный поле будет однородно, то поток магнитный Ф будет связан с магнитной индукцией В следующим выражением – Ф = Вs, где s – представляет собой площадь сечения катушки.
Если среда, в которой происходит такое явление воздушная, то индукция магнитная В будет связана с напряженностью магнитного поля H такой зависимостью: В = μ0Н, где μ0 – магнитная постоянная для воздушной среды.
Можно сделать вывод, что индукционный метод позволяет определить напряженность магнитного поля, магнитный поток и индукцию магнитную:
Приборы, которые измеряют магнитный поток, называют веберметрами.
Простейшая схема такого устройства показана ниже:
Она состоит из индукционной катушки, обозначенной на схеме (Wк) и интегрирующего устройства ИУ. Магнитоэлектрические гальванометры, без устройств противодействующего момента, зачастую используют в качестве интегрирующих устройств ИУ. Если катушку измерительного устройства подносить или удалять от магнитного поля, то отклонения измерительного механизма будет пропорционально магнитному потоку и определятся зависимостью:
Где: α – угол отклонения стрелки прибора, Wк – количество витков в катушке измерительной, Сф – цена деления веберметра.
Например, веберметры типа М199 и М1119 имеют цену деления 5*10-6 и 10-4 Вб/дел, а основная их погрешность лежит в пределах ±1,5%.
Метод гальваномагнитных эффектов
Очень широкое применение из этих гальваномагнитных эффектов получил так называемый метод Холла.
Суть его заключается в следующем – если через пластину, которая состоит из полупроводника и находится в магнитном поле с индукцией В, пропустить какой – то ток I, то между точками Х – Х возникнет разность потенциалов Ех, которая носит название ЭДС Холла. Схема приведена ниже:
ЭДС Холла будет равна:
Где: Sп – чувствительность преобразователя при токе I.
Устройства, которые измеряют магнитную индукцию В называют тесламетрами.
Упрощенная схема такого прибора с преобразователем Холла (ПХ) показана ниже:
Преобразователь Холла запитуют переменным током через трансформатор ТР от генератора Г. Измеряют ЭДС Холла компенсационным методом . Напряжение компенсирующее Uк, снимают с резистора R1 и подают в противофазе с ЭДС Холла на сравнивающее устройство СУ. С помощью переменного резистора R производят градуировку сравнивающего устройства. Также питание датчика Холла и компенсационной цепи от одного источника напряжения позволяет исключить погрешность от нестабильной частоты и напряжения генератора.
По такой схеме работает тесламетр типа Ш1-8, который может измерять индукцию в диапазоне от 0,01 – 1,6 Тл. Основная погрешность этого устройства не превышает ±2%.
Также датчики Холла очень активно применяют в современных асинхронных электродвигателях с векторным управлением по потокосцеплению электрической машины.
