Используемые физические явления и эффекты
Ферромагнитными называются преобразователи, действие которых основано на изменении магнитного состояния ферромагнитного материала при одновременном намагничивании в постоянном и переменном полях. Возможна модуляция магнитным потоком за счет нелинейных свойств магнитной цепи [9].
Среди большой группы ферромагнитных преобразователей (ФМП), используемых для измерения различных физических величин, можно выделить вид преобразователей, предназначенных только для измерения параметров магнитных полей, — ферромодуляционные (феррозонды).
Ферромодуляционные преобразователи являются активными индукционными преобразователями
-типа, в которых за счет внешней энергии осуществляется модуляция (возбуждение) магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника (сердечников), охваченного измерительной катушкой.
В зависимости от способа возбуждения (модуляции)
-параметра возможны, по крайней мере, три типа таких преобразователей (рис. 23):
− с механическим возбуждением;
− с тепловым возбуждением;
− с магнитным возбуждением.
В преобразователях с механическим возбуждением используется магнитоупругий эффект, т.е. зависимость проницаемости от деформации сердечника. Преобразователь такого типа изображен на рис. 23,а. Он содержит кварцевую пластину
, на которую нанесено ферромагнитное покрытие, например в виде тонкой пермаллоевой пленки
. Эту пластинку охватывает измерительная катушка
. При подведении к обкладкам кварцевой пластинки электрического напряжения резонансной частоты последняя периодически удлиняется, механически воздействуя на пленку. При этом магнитные свойства пленки изменяются и ее магнитная проницаемость становится функцией времени [6]. Если такой преобразователь поместить в магнитное поле, то в измерительной катушке возникает ЭДС, пропорциональная компоненте
измеряемого поля, совпадающей с продольной осью пластинки и катушки. Преобразователь с механическим возбуждением имеет сравнительно низкую чувствительность, поскольку глубина модуляции
-параметра (магнитной проницаемости) оказывается незначительной.
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza6/1005899166684.files/image623.gif)
Рис. 23. Феррозонды, реализующие 3 способа возбуждения
-параметра
Преобразователь с тепловым возбуждением изображен на рис. 23,б. Он содержит малоинерционный тепловой инжектор
, находящийся в непосредственном контакте с тонкой ферромагнитной пластинкой или пленкой
, выполненной из материала с низкой точкой Кюри, например из пермаллоя 72 НДХ (
). Инжектор и пермаллоевую пластинку охватывает измерительная катушка.
Преобразователь работает следующим образом. Сначала к инжектору подводят постоянный ток, нагревающий его и пермаллоевую пластинку до температуры, близкой к точке Кюри. При этом ее магнитная проницаемость аномально возрастает:
(эффект Гопкинсона). Затем к инжектору также подводят переменный ток, который заставляет пульсировать температуру вблизи точки Кюри с удвоенной частотой, так как энергия, преобразуемая в тепло, пропорциональна квадрату силы тока. В результате этого магнитная проницаемость пластинки начинает также пульсировать с удвоенной частотой и в измерительной катушке
возникает ЭДС, пропорциональная измеряемой компоненте
.
Благодаря резкому подъему и еще более резкому спаду магнитной проницаемости вблизи точки Кюри за счет теплового воздействия удается получить значительную глубину модуляции
-параметра, вследствие чего преобразователь имеет высокую чувствительность и может использоваться для измерения слабых магнитных полей. Кроме этого, данный преобразователь является четно-гармоническим.
В преобразователях с магнитным возбуждением используется известная зависимость
для ферромагнитных материалов. Простейший вариант такого преобразователя изображен на рис.23,в. Он содержит стержень из ферромагнитного материала
, катушку возбуждения 6 и измерительную катушку
.
Непосредственным параметром, на который воздействует поле возбуждения, является магнитная проницаемость сердечника
. Однако если поле возбуждения неоднородно и форма сердечника отличается от эллипсоидальной, то одновременно с параметром
изменяется и параметр
— коэффициент размагничивания сердечника. Поэтому в уравнение преобразования преобразователя с магнитным возбуждением следует ввести совокупный параметр
, характеризующий относительную магнитную проницаемость тела [2].
Выделяют два основных режима работы феррозондов [1]: первый, характеризующийся тем, что на изменение магнитной проницаемости сердечника
оказывает воздействие само измеряемое поле и практически не оказывает воздействия вспомогательное переменное поле, и второй, характеризующийся тем, что на
, напротив, оказывает воздействие вспомогательное поле и практически не оказывает воздействия измеряемое поле. Работа феррозонда в первом режиме сходна с работой дросселей насыщения. Работа феррозонда во втором режиме может быть уподоблена работе ключа, периодически разрывающего магнитную цепь для измеряемого поля. Поэтому по отношению к измеряемому полю феррозонд, работающий во втором режиме, может рассматриваться как параметрическое устройство; в то же время по отношению к вспомогательному переменному полю он является нелинейным устройством.
Феррозонды, работающие в первом режиме, относятся к преобразователям с выходом на основной частоте. Феррозонды, работающие во втором режиме, являются четно-гармоническими и имеют явные преимущества по отношению к первым.
Независимо от выбранного режима работы феррозонды можно разделить по способу наложения вспомогательного переменного поля на две группы: преобразователи с продольным возбуждением [вектор поля пульсирует вдоль оси сердечника (сердечников)] и преобразователи с поперечным возбуждением (вектор поля пульсирует поперек оси сердечника). Указанные преобразователи получили наибольшее распространение.
Воспользуйтесь поиском по сайту: