Устройство для измерения магнитных полей Советский патент 1987 года по МПК G01R33/06 

: Изобретение относится к магнито- измерительной технике и может быть использовано для измерения слабых импульсных и постоянных магнитных полей.

Цель изобретения - повышение точности измерения слабых импульсных неоднородных полей.

Поставленная цель достигается тем, что магниточувствительный датчик состоит из ферритового концентратора и постоянного магнита,между которыми установлен магнитодиод, весь датчик помещен в немагнитный корпус.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эскиз магнитодиодного датчика.

Устройство содержит магнитодиод- ный датчик 1, подключенный к блоку питания 2, и регистрирующее устройство 3. Магнитодйодный датчик 1 содержит магнитодиор 4, конусообраз- ный постоянный магнит 5, конусообразный ферритовый концентратор 6, диэлектрическую прокладку 7,отделяющую магнитодиод 4 от постоянного магнита 55 немагнитный металлический корпус 8 с разъемом 9. Магнитодиод 4 помещен в зазор между постоянным магнитом 5 и ферритовым концентратором 6. При этом, ось максимальной чувствительности магнитодиода 4 совмещена с магнитной осью постоянного магнита 5 и центральной осью ферритового концентратора 6. Для обеспечения максимального уровня подмагни- чивающего поля, необходимо для смещения рабочей точки магнитодиода не линейный участок его рабочей характеристики постоянный магнит 5 выполнен в виде конуса, у вершины которого расположен магнитодиод 4. А для обеспечения максимальной концентрации измеряемого магнитного поля в области расположения магнитодиода 4, при сохранении малых размеров феритового концентратора 6, последний выполнен также в виде конуса, обращенного вершиной к магнитодиоду 4. Магнитодиод 4 электрически отделен постоянного магнита 5 прокладкой из диэлектрика 7. Для защиты от помех, вызываемых электрическим полем,магнитодиод 4 вместе с магнитом 5 и феритовым концентратором 6 помещен в немагнитный металлический корпус 8,

0

0

5

5 д

имеющий продольную щель для исключения появления вихревых токов, возникающих при воздействии на корпус 8 магнитного поля. Корпус 8 снабжен разъемом 9, к которому подключены выводы магнитодиода 4.

Устройство работает следующим об- разом.

В результате воздействия подмагни- чивающего поля постоянного магнита 5 - рабочая точка магнитодиода 4 из нелинейной абласти его характеристики смещается на линейный участок. Маг5 нитодиодный датчик 1 записывают ста- бильн ш током от блока питания 2 и помещают в измеряемое магнитное поле. Силовые линии измеряемого магнитного поля, проходя вдоль ферритового концентратора 6, концентрируются в области его усеченной вершины, где расположен магнитодиод 4. Степень концентрации определяется отношением площади основания конуса концентратора к площади его усеченной вершины. Поэтому при заданной степени концентрации-размеры основания конуса концентрации 6 определяются размерами его. усеченной вершины. В частности,. в предлагаемом устройстве диаметр усе- ченной .вершины концентратора 6 равен максимальному размеру магнитодиода 4 (1 мм). Степень концентрации задана равной пяти и, таким образом,.исходя из соотношения площадей, диаметр основания концентраторов 6 равен 2,5 - 3 мм. Для сохранения заданной степени, концентрации высота усеченного конусообразного концентратора 6 выбрана равной диаметру его основания.Размеры постоянного магнита 5 достаточно сделать равными размерам ферритового концентратора 6. Это определяется как малой величиной зазора меж ду магнитом 5 и магнитодиодом 4,так и наличием ферритового концентратора 6, концентрирующего в области расположения магнитодиода 4 не только измеряемое, но и подмагничиваю- щее поле постоянного магнита 5. Та к как размеры цилиндрического корпуса 8 целиком определяются суммарными размерами его содержимого, т.е. в основном ферритового концентратора 6 и постоянного магнита 5, которые, в свою очередь, определяются разме |рами магнитодиода 4, то эти размеры являются в предлагаемом устройстве достаточно малыми и составляют: вы0

5

сота цилиндра 9,5 мм, диаметр основания 5 мм.

При воздействии на магнитодиод 4 измеряемого магнитного поля величина его омического сопротивления изменяется пропорционально воздействующему полю.Величина падения напряжения на магнитодиоде 4 пропорцио- налЁна его омическому сопротивлению а следовательно, и измеряемому магнитному полю, регистрируется устройством 3 . I ,

Использование магнитодиодного датчика позволяет получить чувстви-. тельность устройства 220 В/Т. Порог чувствительности устройства определяется нестабильностью нулевого сигнала и шумами, вызываемьми наличием ферритового концентратора, и составляет 1 10 Т. . .

Погрешность измерения магнитного поля с помощью предлагаемого устройства определяется следующим образом.

Сигнал от измеряемого магнитного поля определяется по формуле

с

ЬК

в )

где

ICT,величина стабилизированного тока;

uRg - изменение сопротивления маг- нитодиода при воздействии , измеряемого поля.

Отклонение 1, от номинального значения (нестабильность питающего ; тока) составляет Oj 0,5%. Кроме того, имеется случайное изменение со- .противления магнитодиода вследствие

ных шумов (Kj,)- Отнош

зависит от величины uR

тепловых и иных шумов (К,)- Отноше;ние Rц/йR,

В .

iT.e. от величины измеряемого поля, и принимается для указанного диапазона индукции в среднем равным . Таким образом, погрешность сигнала

, .

10

f5

20

25

30

- ,

;

35

40

.

.

45

определяется как погрешность пролзве- дения

5 8,.8,.

и составляет

S 0,5% + 1% 1,5%. Определение погрешности измерения, возникающей вследствие неоднородности измеряемого поля, представляет сложную задачу, разрешаемую в каждом конкретном случае с учетом степени неоднородности и пространственной конфигурации измеряемого магнитного поля. Экспериментально определенная погрешность измерения предлагаемого устройства, возникающая .вследствие неоднородности измерямого поля, составляла Б 1,5%.

.Формула изобретения j Устройство для измерения магнитных полей, содержащее полупроводниковый чувствительный элемент и расположенный соосно с ним ферритовый кон- Центратор, отлич ающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерения слабых импульсных неоднород- нь1х полей, ферритовый концентратор выполнен Б виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к полупроводниковому чувствительному элементу, с другой стороны которого симметрично ферритовому концентратору расположен постоянный магнит, выполненный аналогично в виде усеченно гр конуса, причем в качестве полупроводникового чувствительного элемента использован магнитодиод, ось максимальной чувствительности которого совмещена с осью симметрии обоих усеченных конусов, между магнитодио- дом и постоянным магнитом установлена диэлектрическая прокладка, полупроводниковый чувствительный элемент вместе с ферритовым концентратором и постоянным магнитом помещен в немагнитный металлический корпус.

Фив. Г

Составитель А.Дивеев Редактор И.Сегляник Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Т - - - - - - - - - - «- - .«.«,

Заказ 7712/48 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Изобретение относится к области магнитоизмерительной техники и может быть использовано для измерения слабых импульсных(неоднородных и посто;янных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерений, достигается тем, что магниточувст- вительный датчик состоит из феррито вого концентратора и постоянного магнита, между которыми установлен маг- нитодиод. Магнитодиодный датчик содержит магнитопровод 4, конусообразный постоянный магнит 5, ферритовый концентратор 6, диэлектрическую прокладку 7, немагнитный металлический , корпус 8 с разъемом 9. Эксперимен- тальн-о определенная погрешность измерения заявленного устройства, возникающая вследствие неоднородности измеряемого поля, составляет 1,5%. 2 ил. а S W ю 00 х| фиг. 2