Устройство для измерения напряженности магнитного поля Советский патент 1989 года по МПК G01R33/06 G01R33/07 

н

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерительного контроля электромагнитной обстановки в производственных помещениях.

Цель tr3o6peTeHHH - расширение диапазона рабочих частот при одновременном увеличении чувствительности.

На чертеже представлена функциональная структурная схема устройства

Устройство для измерения напряженности магнитного поля содержит измерительную катушку 1, расположенную на стержневом концентраторе 2 с отверстием, в котором расположен галь- ванометрический преобразователь 3, Выход преобразователя 3 через усилитель 4 напряжения соединен с первым выводом катушки 1, второй вывод которой через преобразователь 5 ток - напряжение соединен с вькодной шиной 6, Отверстие концентратора 2 расположено в полости катушки 1. Форма отверстия совпадает с геометрическими размерами рабочего тела преобразователя 3, размещенного внутри отверстия таким образом, что продольная ось симметрии стержневого концентратора проходит через точку пересечения поперечных осей рабочего тела преобразователя 3 и перпендикулярна им.

Устройство работает следующим образом.

В устройстве использется частотно-зависимая обратная связь по магнитному полю, которая охватывает всю катушку 1, В области низких частот ток в катушке 1, обусловленный ЭДС самоиндукции измеряемого поля, мал. Поэтому результирующее поле внутри катушки полностью опр.еделяет- ся измеряемым полем и подем от тока обратной связи (ОС), В этом случае коэффидаент передачи по цепи ОС максимален и сигнал на выходе предложенного устройства определяется каналом ОС. Канал ОС состоит из гальваномагнитного преобразователя 3, расположенного внутри зазора концентратора 2, который находится в полости катушки 1, усилителя 4 напряжения, вход которого подключен к выходу гальваномагнитного преобразователя, а выход - к одному из выводов катушки 1,

При переходе в облает верхних частот поле тока, обусловленного

ЭДС самоиндукции от измеряемого поля, коьтенсирует измеряемое поле внутри катушки 1. В этом случае коэффициент передачи по цепи ОС минимален. Цепь ОС практически разрывается, так как результирующее поле в полости катушки, воздействующее на гальваномагнитный преобразователь,

отсутствует. Таким образом, устройство следует рассматривать как катушку, полностью охваченную частотно-зависимой ОС, причем эта связь проявляется лишь в области нижних

частот, что обеспечивает расширение верхних границ частотного диапазона. Выходное напряжение устройства

и

вых

(Р) oil(P) еЛ,, (1)

где uL - коэффициент передачи преобразователя 5 ток .- напряжение;

1 - ток в катушке 1 индуктивности, который равен

4 . (2)

где I - ток, обусловленный ЭДС самоиндукции, наводимой в измерительной катушке 1 :: II внешним полем;

1| - ток, обусловленный усиленной ЭДС гальваномагнитного преобразователя 3, включенного последовательно с усилителем 4 напряжения. Очевидно, что

. ,. б

Гв.,Л к+ PL

(3)

0

5

0

где б - ЭДС самоиндук1Д1и, наводимой в измерительной катушке 1 внешним полем;

-входное сопротивление преобразователя 5 ток - напряжение ;

-выходное сопротивление усилителя 4 напряжения;

-активное сопротивление катушки ,

Подставляя значение

вх

ВЫХ

РН(Р) (и,55.(иополучаем ;

)(U |UoSt - + г,,„+ Гв,+ PL

, (4)

UP.

где Н(Р) - напряженность внешнего

магнитного поля; ju,(p - эффективная магнитная

проницаемость сердечни-. ка катушки;

3 14569214

- суммарная площадь вит- .После подстановки (7), (4) и (2)

ков катушки;в вьфажение (1) имеем

. (Uy)|Uc,Ss: . .

j;f; ±;-r: - -«- ,д - -i

.коэффициент;и (р) Н(Р)5(НлГпТТ-™).(8)

L - индуктивность измеритель- Ь-НИ + р

ной катушки;

LИз вьфажения (8) вытекает, что:

постоянная времени; Ю р jo-со (область высоких часBbljc ЬК V

, „ , тот; выходное напряжение Р J СО - дифференциальный one- Р °Р и, (Р)1.Н(Р) (9)

СО - круговая частота;

j - мнимая единица; 15 зависит от частоты;

(Чо - магнитная постоянная. области низких частот Р JCO- О,

Аналогично находимдля сохранения вида выражения (9) необходимо соблюдение условия

lTaL.iV ил

It

Ч 5.1 Л.

Гк + вк + PL20

I L JK /.(10)

I l

X -TfH (P - (10) с учетом вьфажения для

, (5), индуктивности достаточно длинного

I и вых виссшеноида L |Uo(U,a,Sn 1, где 1 - длина

где , ц - выходное напряжение уси-25 соленоида, имеем

лителя 4 напряжения;« / 2А / 1

J - коэффициент преобразова-К / f-ZAD/ п О1) ния гальваномагнитного

преобразователя 3; .где п - плотность витков на единицу

К - коэффициент усиления позо длины.

.-напряжению усилителя 4;Откуда получаем необходимое знаHg р(Р) - напряженность результи;-чение коэффициента усиления усилитерующего магнитного поляля 4 напряжения

внутри измерительной ка-г +г +г

,35

Магнитное поле внутри катушки больш х п ( вит/м), (Ц,„

есть суперпозиция внешнего измеряе-(gg) и малых г.. г.,, г,„ ( 6м)

мого поля Н(Р) и поля, обусловленно- реализуем в области низких ча- го током 1. необходимьп (МО) коэффициент

Таким образом,40 к усилителя 4.

НfP Н(Р) - п(т + Т Г6) образом, передаточная функ вн тр ция предложенного устройства линейна

во всем диапазоне рабочих частот при

где D - коэффициент пропорциональ-выполнении условия (12).

ности между током, протека-

ющим по катушке, и напряжен- формула изобретения ностью магнитного поля, создаваемого этим током.Устройство для измерения напряжен- Для достаточно длинной катущки ности магнитнрго поля, содержащее D п, где п - плотность витков на измерительную катушку индуктивности единицу длины. и гальваномагнитный преобразователь,

выходом подключенный к входу усили... /.-ч /,чтеля напряжения, отличающеИз р) и (6) следует . расширения

т S HlSl (i/7 55 диапазона рабочих частот при одноь 1+pf+K D С1+Р -«-к 5ТТТ+РС) временном повьппении чувствительности,

,.,в него введен преобразователь ток и К М чф где К - постоянныйнапряжение и стержневой концентратор,

к вх вых коэффициент,причем выход усилителя напряжения

I L JK /.(10)

I l

5 . 14569216

соединен с одним выводом измеритель-совпадающим с геометрическими разной катушки , второй вывод котороймерами рабочего тела гальваномаг- подкпючен к входу преобразователя ;нитного преобразователя, размещен- ток - напряжение, выход которогоg ного внутри отверстия, при этом про- подключен к выходной шине устройст -дольная ось симметрии стержневого ва, измерительная катушка расположе-концентратора проходит через точку на на стержневом концентраторе, ко-пересечения поперечных осей рабочего торый снабжен отверстием, располо-тела гальваномагнитного преобразова- женным в полости катушки, по форметеля и перпендикулярна им.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот при одновременном повышении чувствительности. Устройство содержит измерительную катушку 1, стержневой концентратор 2 с отверстием, галь- ванометрический преобразователь 3, усилитель 4 напряжения, преобразователь 5 ток - напряжение, выходную шину 6. Введение преобразователя ток - напряжение и стержневого кон- центра,тора позволяет расширить диапазон рабочих частот при одновременном повьш1ении чувствительности. 1 ил.