Лекція10 магнітні вимірювання

10.1 Основні магнітні величини та їх міри

Однією з основних характеристик магнітного поля є вектор магнітної індукції В, що визначається силою взаємодії магнітного поля з електричним зарядом q, що протікає крізь це поле

, (10.1)

де q – електричний заряд; – швидкість заряду; – магнітна індукція однорідного поля.

Як характеристику магнітного поля використовують також магнітний потік Ф та вектор напруженості магнітного поля

, (10.2)

де В – магнітна індукція, s – поверхня.

Вектор напруженості магнітного поля, як і вектор магнітної індукції, визначається силою, з якою магнітне поле діє на заряд, що рухається в ньому, однак вектор не залежить від властивостей середовища, в якому проявляється ця дія магнітного поля. Наприклад, якщо магнітне поле створено контуром зі струмом, то напруженість поля визначається лише геометричними розмірами контурe і струмом у ньому.

Зв’язок між В і Н визначається одним із співвідношень: в вакуумі – В=μ₀Н; в середовищі з відносною магнітною проникністю μ – В= μ μ₀Н, де μ₀ – магнітна проникність вакууму (магнітна постійна), μ₀ = 4π∙10^-7 Г/м.

Інколи для визначення характеристик магнітного поля зручно користуватись поняттям “магнітний момент”. Магнітним моментом М_м контуру зі струмом називають вектор, модуль якого дорівнює добутку площі контуру й струму, а напрям перпендикулярний до площини контуру.

Якщо магнітне поле створюється намагніченим тілом, то магнітний момент тіла дорівнює

, (10.3)

де – магнітний момент, що створюється рухом електронів у атомі.

Для характеристики ступеню намагніченості користуються поняттям “намагніченість” . Під намагніченістю розуміють магнітний момент одиниці об’єму намагніченого тіла

, (10.4)

де М_М – магнітний момент тіла; v – об’єм тіла.

Для характеристики магнітного моменту в різних середовищах зазвичай використовують три основні вектори: магнітну індукцію ; напруженість магнітного поля та намагніченість . Ці вектори пов’язані між собою співвідношенням

. (10.5)

Калібрування і повірка приладів для вимірювання магнітних величин проводиться за допомогою відповідних мір магнітних величин.

Як міра магнітного потоку зазвичай використовується магнітний потік, що створюється котушкою з двома обмотками з відомим коефіцієнтом взаємної індукції М при наявності в одній з обмоток зміни струму ∆І (наприклад, вимкненні струму). Потокозчеплення другої обмотки і є мірою магнітного потоку

Ψ=М ∆І. (10.6)

10.2 Вимірювальні перетворювачі магнітних величин

Для створення вимірювальних перетворювачів (ВП) магнітних величин використовують різні прояви магнітного поля – електричний, механічний, оптичний і ін. При цьому вимірювальна величина перетворюється з допомогою ВП на іншу, більш зручну для безпосереднього вимірювання. Для побудови ВП магнітних величин на електричні використовують різні фізичні явища й ефекти, в яких сукупність магнітних величин (потік, індукція, напруженість магнітного поля) пов’язана з вихідними електричними величинами строгими функціональними залежностями. Найширшого використання для перетворення магнітних величин на електричні знайшли індукційні, фероіндукційні, гальваномагнітні і квантові ВП.

ВП перших двох типів (індукційні та фероіндукційні) використовують явище електромагнітної індукції, при чому в фероіндукційних ВП застосовуються електричні кола з феромагнітними осердями. В гальваномагнітних перетворювачах використовують ефекти, що виникають в речовинах, через які проходить електричний струм при одночасній дії на них магнітного поля. Для перетворення магнітних величин зазвичай використовують гальваномагнітні ефекти Холла (магнітогенераторний) та Гаусса (магніторезистивний).