СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01R33/24 

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и устройствам для измерения характеристик постоянного магнитного поля с напряженностью от 0 до 30 тыс. эрстед (0-2400 кА/м).

2. Уровень техники
Известны различные типы магнитометров, работающих на магнитостатическом, магнитодинамическом, электромагнитном, индукционном и квантовом принципах. Широкое распространение получили в России и за рубежом магнитометры Ш-1, Ф-4355 (Россия) и МР-1, МР-3У германской фирмы Feldmesser.

Недостатком этих магнитометров является сложность, большая стоимость, недостаточная точность измерения для Ш-1 и Ф-4355, невозможность определения напряженности поля в направлении его вектора силовых линий.

Известен способ измерения напряженности поля в трехмерном пространстве [1], однако, его реализация представляется весьма сложной и трудоемкой.

Задачей изобретения является создание простейшего магнитометра, свободного от указанных недостатков.

3. Сущность изобретения
Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля заключается в следующем.

В качестве детектора магнитного поля используют свойство металла висмута изменять свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля [2]. В диапазоне 0-2400 кА/м висмут увеличивает свое электрическое сопротивление при температуре 18^oС в 2,65 раза.

Из тонкой (⊘ 0,2 мм) проволоки висмута изготавливают спираль, накладываемую на плоскую диэлектрическую подложку. Подсоединяют концы спирали к эталонному мосту Уитстона, который запитывают постоянным электрическим током напряжением 1,5 В. Разбаланс моста регистрируют с помощью микропроцессора и цифрового индикатора, отградуированного в эрстедах или кА/м. Температурную коррекцию осуществляют с помощью термистора, закрепленного на той же подложке.

Пример
Брали подложку с приклеенной к ней на эпоксидной смоле висмутовой спиралью (диаметр проволоки 0,2 мм, длина 1 м), подключенной к мосту Уитстона с напряжением питания 1,5 В. Измеряли электрическое сопротивление спирали при температуре 18^oС, оно оказалось равным 40 Ом, а сила тока 37 мA.

Помещали спираль в зазор неодимо-борового постоянного магнита с напряженностью магнитного поля 30 тыс. эрстед, при этом электрическое сопротивление спирали увеличилось до 106 Ом, а сила тока уменьшилась до 14 мA. При дальнейшем увеличении напряженности электрическое сопротивление спирали существенно не изменялось.

Таким образом, областью максимальной чувствительности устройства является диапазон напряженности магнитного поля от 0 до 30 тыс. эрстед (0-2400 кА/м).

Изменяли положение подложки относительно направления магнитных силовых линий и регистрировали небольшие изменения электрического сопротивления при меньших (до 2-3 тыс. эрстед) напряженностях поля, так как осуществлять пространственные измерения на больших напряженностях не было технической возможности.

Устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля (фиг. 1) состоит из диамагнитной плоской подложки 1 с наклеенной на нее висмутовой спиралью 2 (диаметр проволоки 0,2 мм, длина 1 м), термистора 3, моста Уитстона 4 с эталонными резисторами 5, микропроцессора 6, совмещенного с блоком температурной коррекции и цифрового индикатора 7.

Устройство работает следующим образом.

Помещают подложку 1 в зазор мощного постоянного магнита и регистрируют напряженность его магнитного поля по изменению электрического сопротивления спирали 2 с учетом реального значения температуры окружающей среды, измеряемой термистором 3.

Поворачивают подложку относительно направления силовых линий и регистрируют соответствующие изменения электрического сопротивления спирали, измеряют напряженность поля в направлении его вектора силовых линий.

Общий вид резисторного магнитометра показан на фиг.2.

Блок питания, мост Уитстона, микропроцессор, блок температурной коррекции размещены в цилиндрическом корпусе 8 с кнопкой включения 9, детекторно-измерительная часть вынесена в отдельный блок 10 со спиралью 2, термистором 3 и цифровым индикатором 7, закрытый предохранительной диамагнитной крышкой 11.

4. Перечень Фигур
Фиг.1 - принципиальная электрическая схема резисторного магнитометра.

Фиг.2 - общий вид резисторного магнитометра 1.

Источники информации
1. Заявка РФ на изобретение 95103292/07 от 07.03.95 (Кочетков Б.Ф.).

2. У. Чайлдс. Физические постоянные. М.: Физматгиз, 1961, стр. 50, 2 п. формулы, 2 иллюстрации.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения характеристик постоянного магнитного поля с напряженностью 0 - 30000 Э. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве детектора напряженности поля используется плоская спираль, изготовленная из висмута, обладающего уникальной способностью существенно увеличивать свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля в диапазоне напряженности 0 - 30000 Э (0-2400 кА/м). Изобретение позволяет создать простое устройство с высокой точностью измерения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля с помощью детектора и измерительной схемы с мостом Уитстона, отличающийся тем, что в качестве детектора используют спираль, изготовленную из висмутовой проволоки, изменяющей свое электрическое сопротивление под воздействием постоянного магнитного поля напряженностью 0 - 30000 Э, которое регистрируют по разбалансу моста Уитстона, а температурную коррекцию показаний осуществляют с помощью термистора, размещенного на той же подложке, что и спираль, причем при повороте подложки относительно магнитных силовых линий определяют их вектор в трехмерном пространстве. 2. Устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля, состоящее из детектора и измерительной схемы, отличающееся тем, что в качестве детектора используют висмутовую спираль с диаметром проволоки 0,2 мм и длиной 1 м, приклеенную эпоксидной смолой к плоской диамагнитной подложке и имеющую возможность изменять свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля, а в состав измерительной схемы входят мост Уитстона с эталонными резисторами, блок питания с напряжением 1,5 В, микропроцессор со встроенным блоком температурной коррекции и термистором, расположенным на той же подложке, что и спираль, и цифровой индикатор напряженности поля.