Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1983 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано Вч метрологии для создания образцовых средств измерения параметров магнитного поля.

Известно устройство, содержащее стабилизированный высоковольтный элемент, измеритель напряжения, в котором в качестве чувствительного элемента использован магнитоуправляемый контакт, подключенный к стабилизированному, высоковольтному источнику тока, а параллельно магнитоуправляемому контакту подключен измеритель напряжения Г11Недостатком данного устройства является сравнительно невысокая точ- ность измерения, обусловленная значительной нестабильностью срабатывания магнитного контакта и гистерезисом.

Наиболее близким к- изобретению техническим решением является устройство для измерения магнитных полей, содержащее электронный возбудитель, акустический концентратор, сопряженный с полым проводящим полуволновым стаканом, в котором размещен электромеханический преобразователь, включенный в противофазе .с первым 21.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая точность, обусловленная малой чувствительностью и пьезопреобразователями .к внешним управляющим воздействиям.

Целью изобретения является повы10шение точности изменения параметров магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения

15 параметров магнитного поля, содержащем последовательно соединенные пьезопреобразователь, электронный возбудитель и регистратор измеряемого параметра, введен источник еди20ничного тока, а в монокристалл пьезопреобразователя введено макровклю-чение в виде магнетика, к концам которого подключен источник единичного .тока чувствительности монокрис25талла, положение которого ориентировано относительно оси.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства на фиг. 2 вторая проекция чувствительного эле-,

30 мента.

Устройство содержит монокристалл пьезоэлектрика 1 с активной зоной 2 и с наружнгми электродами 3, магнетик 4, электронный возбудитель 5, регистратор 6 параметров, истоиник 7 магнитного поля, источник единичного тока, корпус 9.

На монокристалле пьезоэлектрика 1, выполненном; например, в виде пьезокварцевой пластины AT среза, имеется зона 2 (зона пьезоэлектрических колебаний), габариты.кото рой определяются размерами наружных электродов 3.

Внутрь монокристалла пьезоэлектрика 1 внедрен (при выращивании пьезоэлектрика впроцессе кристаллообразования) магнетик 4. Наружные электроды 3 подключены к электронному возбудителю 5, выход которого подключен к регистратору б параметра. Магнетик 4 связан с источником 7 магнитного поля, вектор магнитного поля которого направлен перпендикулярно оси магнетика 4. Источник 8 тока подключен к концам магнетика. Электронный возбудитель 5, регистратор 6 параметра, источник 7 магнитного поля и источник 8 тока укреплены на корпусе 9.

Вмонокристалле пьезоэлектрика 1 через активную зону 2 и магнетик 4 проходит ось силочастотной чувствительности - ось XX (фиг. 2).

Магнетик 4 представляет собой макроскопическое тело, способное намагничиваться - приобретать магнитные свойства.

В качестве магнетика 4 может быть применен диамагнетик (цинк, золото и др.), парамагнетик (платина, палладий, железо, кобальт, никель и ДР , ферромагнетик железо, никель, кобальт и др. и антиферром агнетик (кристаллы элементов переходных групп периодической системы .И. Менделеева).

Форма магнетика 4 может быть различной. На фиг. 1 и 2 показан магнетик 4, выполненный в форме ци линдра.

Характеристиками магнетика 4 являются материал, форма, размеры, намагниченность и положение внутри. монокристалла пьезоэлектрика 1.

Материал, форма, размеры и расположение магнетика 4 выбираются из условий конструктивных требований .

Намагниченность магнетика 4 представляет собой векторную сумму магнитных моментов атомов (молекул), находящихся в единице объема и определяется следуювцим выражением:

I аеН, (1) где эе - магнитная восприимчивость

вещества; Н - напряженность.

Устройство работает следующим эбразом.

Магнитная индукция (В) численно равна силе (dF), действующей со стороны магнитного поля на единицу

длины проводника (dB), расположенного перпендикулярно к направлению магнитного поля, по которому течет электрический ток единичной силы

(I).

0ИР

В mi П)

где К - коэффициент пропорциональности .

5 В активной зоне 2, с помощью

электронного возбудителя 5, возбуждаются пьезоэлектрические колебания типа сдвига по толщине, начальная частота которых-определяется толщи0 ной кристалла пьезоэлектрика 1.

Измеренная частота электрическоI го сигнала с помощью регистратора измеряемого параметра 6, будет равна нулевому значению входнаго сигнала.

Для преобразования и измерения вектора магнитной индукции (В) в магнетик 4, имеющий фиксированную длину dZ, от источника 8 тока подают ток единичной величины (I), а

0 с помощью источника 7 магнитного поля создают вектор магнитной индукции (В), направление которого ориентировано относительно оси силочастотной чувствительности XX

5t (перпендикулярно этой оси).

По закону Ампера в магнетике 4 возникает сила (dF), действующая со стороны магнетика 4 на активную зону 2 вдоль оси силочастотной чувQ ствительности XX монокристалла пьезоэлемента 1.

В силу действия силочастотного эффекта, частота пьезоэлектрических колебаний в активной зоне 2 отклоняется и будет равна

д . K|tol KI(dtB),

(2)

тде д - изменение частоты пьезоэлектрических колебаний активной зоны; Кл - силочастотный коэффициент

монокристалла пьезоэлектрика

fg - значение начальной частоты пьезоэлектрических колебаний;

-.коэффициент, характеризующий качество крепления монокристалла пьезоэлектрика на

корпусе;

п - номер гармоники; D геометрический- коэффициент. При постоянстве всех входящих в выражение (2) величин (кроме индукг