Способ определения напряженности постоянного магнитного поля и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области йзме- орения напряженности постоянного магнитного поля и может быть использовано для исследования пространственного распределения напряженности магнитных полей и измерения их величины в приборостроении, в области космической энергетики, разрабатывающей энс-ptovr.гановки типа солнечных, создающих вокруг себя собственные магнитные поля рассеяния, предназначенных для использования в исследовательских спутниках и несущих на себе чувствительные к воздействиям магнитных полей приборы и т.д.

Цель изобретения состоит в разработке такого способа измерений и устройства для

его реализации, которые позволяют измерить полную напряженность магнитного поля и ПОВЫСИТЕ точность измерений за счет линейности шкалы измеряемого параметра, что позволило бы также упростить проведение тарировки. Кроме того, предлагаемый способ и устройство позволяет повысить точность измерения за счет устранения зависимости измеряемых параметров от температуры окружающей среды.

В соответствии с изобретением поставленная цель достигается тем, что магнитную стрелку устанавливают на острие с возможностью свободного вращения вокруг своей оси и располагают ее на заданном расстоянии от источника магнитного поля, а источник постоянного магнитного поля вращают в вертикальной плоскости, ориентированной вдоль линии напряженности поля земного магнетизма относительно оси, проходящей через центр магнитной стрелки, и измеряют наибольший и наименьший углы отклонения магнитной стрелки.

Способ измерения поясняется на фиг.1.

Из проведенной схемы следует, что если yvnax и максимальное и минимальное отклонения .магнитной стрелки от ее , исходного положения вдоль линии напряженности поля земного Магнетизма, то имеет место соотношение

Н2

tg //5max . mln -

где Hi, На - измеряемые компоненты напря- женности магнитного поля, лежащие в вертикальной и. горизонтальной плоскостях соответственно;i

Нз - напряженность поля земного магнетизма.

Из приведенного соотношения опреДе- ляют расчетным путем относительные значения измеряемых компонент напряженности магнитного поля

0

ния отклонения той же магнитной стрелки под действием магнитного поля Нпр, создаваемого постоянным током 1, протекающим по прямому достаточно длинному проводу (длина провода длины магнитной стрелки). Провод устанавливают вдоль магнитной стрелки на расстоянии R от нее. При протекании тока 1 стрелка отклоняется на угол р, при этом

Нпр

Нз

tg

15

отсюда

Нз Hnpctgy

ctgiy

Путе)и изменения тока 1 или расстояния R устанавливают угол отклонения р 45, тогда

Нз 1Г7тТГС 9450 ТЖ-В);

Предлагаемый способ измерения позволяет проводить измерения напряженно-1 сти магнитного поля без предъявления особых требований к помещению с точки зрения его чистоты от воздействия внешних постоянных магнитных полей. Необходимо только, чтобы в процессе измерений и тарировки опорная величина Нз в месте проведения измерений оставалась постоянной.

Величина ошибок измерений определяется, главным образом, точностью измерений углов отклонений магнитной стрелки. При использовании обычного магнитного компаса цена деления его шкалы составляет 3°. При точности измерения углов в поде- ления ( и р 1,5°) ожидаемая точность измерения напряженности при максимальных углах отклонения стрелки р 45° составляет

Применение: область измерений напряженности постоянного магнитнбго поля. Суть изобретения: устройство содержит магнитную стрелку, свободно установленную на своей оси вращения и размещенную в корпусе, и измерительную шкалу. Устройство снабжено вертикально расположенным столом, установленным на треноге с возможностью вращения его в своей плоскости и закрепленным на столе двумерным координатником, а корпус с магнитной стрелкой и измерительной шкалой установлен на треноге на заданном расстоянии от вертикального стола неподвижно, причем ось вращения стола проходит через центр магнитной стрелки 1. Магнитную стрелку устанавливают на ось вращения и располагают на заданном расстоянии от источника магнитного поля, а источник магнитного поля вращают в вертикальной плоскости, ориентированной вдоль линии напряженности поля земного магнетизма относительно оси, проходящей через центр магнитной стрелки, и измеряют наибольший и наименьший углы отклонения магнитной стрелки. По полученным значениям углов расчетным путем определяют относительные значения компонент вектора напряженности магнитного поля и относительное значение полной напряженности по отношению к напряженности поля земного магнетизма в месте проведения измерений. Истинное значение напряженности определяют после проведения соответствующей тарировки. При необходимости проведения измерений в различных точках вокруг источника магнитного поля перед вращением источника в вертикальной плоскости его перемещают в этой ллоскостм относительно центра магнитной стрелки до совпадения точки измерения с центром магнитной стрелки, 2 с, и 1 з.п, ф-лы, 5 ил. -г Ё 00 со ся ел ю о

Ml tg ртах - tg (

Нзtg (ртах + tg

Н2 2 tg ffmax tg ffmln

Нзtg pmax + tg Vnin

(и относительное значение полной напряженности магнитного

+ (2)

H3 I I H3/ + H3/W

Для определения истинной величины Н проводится тарировка с помощью измерй

2 dtp 2

ж 1.5 180

Ж 60

0,05

т.е. точность измерения уровней напряженности магнитных полей при максимальных углах отклонения стрелки р 45° составляет 5%.

С целью обеспечения возможности проведения измерения напряженности магнитного поля в различных точках вокруг источника магнитного поля, перед вращением источник перемещают в вертикальной плоскости относительно центра магнитной

стрелки до совпадения точки измерения с центром магнитной стрелки.

Предлагаемое устройство для измерения напряженности магнитного поля поясняется на фиг.2,3. Устройство содержит магнитную стрелку 1, свободно установленную на своей оси вращения 2, размещенную в корпусе 3 с измерительной шкалой 4 (фиг.2). Корпус 3 не подвижно установлен на треноге 5. На треноге 7 вертикально установлен стол 6с возможностью его вращения в своей плоскости (фиг.З). На столе 6 закреплен двумерный координатник 9, на котором установлен источник магнитного поля 8. Корпус 3 с магнитной стрелкой 1 и измерительной шкалой 4 устанавливается на заданном расстоянии от вертикального стола 6, причем ось вращения стола 6 проходит через центр магнитной стрелки 1.

Предлагаемый способ измерения реализуется на предлагаемом устройстве следующим образом.

Вертикально расположенный стол 6 с закрепленным на нем двумерным коорди- натнйком 9 устанавливают с возможностью вращения его в своей плоскости на тренбге 7 и ориентируют вдоль линии напряженности поля земного магнетизма. На коорди- натнике 9 закрепляют источник магнитного поля 8. На заданном расстояний от стола б на треноге 5 неподвижно устанавливают корпус 3 с магнитной стрелкой 1, свободно установленной на своей оси вращения 2, и с измерительной шкалой 4 таким образом, что ось вращения стола 6 проходит через центр магнитной стрелки 1. При вращении стола 6 в своей плоскости относительно оси вращения, проходящей через центр магнитной стрелки 1, по шкале 4 определяют максимальное и минимальное значения углов и , отклонения магнитной стрелки от линии напряженности поля земного магнетизма. В случае необходимости проведения измерений в различных точках вокруг источника магнитного поля 8 его перемещают с помощью координатника 9 в вертикаль- ной плоскости относительно центра магнитной стрелки 1 до совпадения точки измерения с центром магнитной стрелки, а затем вновь производят вращение стола и

определяют новые значения углов ysJnax и

и т.д.

По измеренным значениям углов с помощью (1) и (2) расчетным путем определяют относительные значения вертикальной и горизонтальной компонент и полную напряженность магнитного поля (по of ношению к уровню поля земного магнетизма в месте проведения измерения).

t В случае необходимости получения истинных значений проводят тарировку.

Пример. Предлагаемый способ измерения напряженности магнитного поля про- 5 шел этап экспериментальной отработки.

Источником магнитного поля (поз.8, фиг.З) являлась панель из оргстекла, на которой согласно схеме, представленной на фиг.4, был проложен провод, через который

0 пропускался постоянный ток I - 7 А от стандартного источника тока типа ВСА. Панель была установлена на двумерном координат- нике (поз.9, .фиг.З). Согласно изложенному выше предлагаемому способу (1, 2) было

5 получено распределение относительной величины полной напряженности роля над средним сечением панели поперек проводов на расстоянии R 7 см от поверхности панели. Результаты измерений и расчета

0 представлены в табл. и на фиг.5.

Для определения истинной величины

напряженности магнитного поля (А/М) была

выполнена тарировка с целью определения

уровня земного магнетизма Нз в месте про5 , ведения измерений в соответствии с изложенным выше(3). Тарировка показала, что в месте проведения измерений Нз 22А/М. Истинные значения напряженности магнитного поля/создаваемого панелью, опреде0 лялись путем умн.ожения относительного значения Н/Нз на значение Нз и представлены в табл. Как следует из схемы коммута- . ции провода, представленной на фиг.4, распределение напряженности магнитного

5 поля поперек проводов симметрично относительно середины панели. Рассматривая экспериментальные значения в симметричных точках как значения, полученные при двух разных измерениях, можно оценить

0 погрешность измерений Н, которая представлена в табл. Эта погрешность для максимальных значений поля не превысила 3%.

Предложенный комплекс мер позволил

5 осуществить измерение полной напряженности магнитного поля и повысить точность измерений за счет отказа от упругого элемента-пружины, .тем самым устранив зависимость Погрешности измерений от

0 температуры окружающей среды.

Формул а изобретения

ния точности, источник постоянного магнитного поля вращают в вертикальной плоскости, ориентированной вдоль линии напряженности поля земного магнетизма, относительно оси, проходящей через центр магнитной стрелки, измеряют наибольший и наименьший отклонения магнитной стрелки и из выражений

Ж tg yftnax - tg tgywx + tg0Vnjn. . . , -

2 - 2 tg fobax tg flmin

Нз ; vtg ftnax+tgy nin ..

где Hi. H - компоненты напряженности магнитного поля в вертикальной и горизонтальной плоскостяхсоответственно, (А/М);

Из - напряженность поля земного магнетизма, (А/М);

yVtiax . VVjin - максимальное и минимальное значения углов отклонения магнитной стрелки при вращении источника в вертикальной плоскости соответственно,

определяют полную напряженность магнитного поля.

Фиг. 2.

вращения стола проходит через центр магнитной стрелки.

&А v

Из

(Л I

ъ

9 12 15 1t 21 &

%з.5