УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ СИЛЬНО Советский патент 1972 года по МПК G01R33/02 

Известные устройства для измерения индукции неоднородных магнитных нолей имеют небольшую точность из.мерения и не пригодны для измерения магнитных нолей в широком диапазоне температур и контроля температурной стабильности магнитных нолей.

Цель изобретения - повышение точности измерения в широком диапазоне температур и обеспечение контроля темнературной стабильности магнитных систем. Для этого в нем параллельно индукционным измерительной и эталонной катушкам подключены стабнльные нагрузочные сопротивления, подобранные таким образом, что перераспределение сигналов, индуцируемых в катушках между внутренними сопротивлениями катушек, зависящими от температуры, и стабильными нагрузочными сопротивлениями, исключает температурную погрешность, вносимую изменением эффективной площади измерительных катутек. Напряжения, снимаемые с нагрузочных сопротивлений, не зависимые от температуры и пропорциональные соответственно измеряемому и эталонному магнитным полям, сравниваются между собой. Разность этих напряжений поступает на вход усилителя неременного тока, вращающегося с измерительным зондом, и усиленный сигнал через токосъемные щетки и кольца коллекторного устройства поступает па вход усилителя переменного тока блока точного автоматического выравнивания магнитных полей и нулевой индикации, выход которого подключен ко входу демодулятора. Опорным напряжением последнего служит сигнал, снимаемый с выхода второго усилителя ограничителя переменного тока, на высокоомный вход которого поступает сигнал, снимаемый через коллекторное устройство с измерительной индукционной катушки.

Сигнал постоянного тока с выхода демодулятора усиливается усилителем с двойным преобразованием (модулятор - усилитель переменного тока - демодулятор) и поступает на вход триггера Шмидта с трелш устойчивыми состояниями. С выхода триггера подается сигнал, управляющий реверсом многоразрядного счетчика, а также на вход ключа запрета (схемы совпадения), на второй вход которой подается сигнал с выхода генератора импульсов. При этом выход ключа запрета подключен к входу реверсивного счетчика, выход которого подключен ко входу управляемых ключей (входу преобразователя). С выхода этих ключей сигнал постоянного тока нодается на вход усилнтеля постоянного тока, управляющего током точной обмотки электромагнита. При этом грубая обмотка электромагнита подключена к стабилизированному и регулируемому источнику питания, а эталоныое поле электромагнита, равное измеряемому, измеряется аппаратурой ядерного магнитного резонанса с выходом на цифровой частотомер. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из вращаюш,егося измерительного зонда /, термокамеры 2 с исследуемой магнитной системой 3, электромагнита 4, регулируемого и стабилизированного источника питания 5, блока нулевой индикации и автоматического выравнивания (захвата) измеряемого и регулируемого магнитных полей 6 « аппаратуры 7 ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с цифровым частотомером 8. Измерительный зонд представляет собой вращающуюся трубку из титанового сплава, с двух сторон которой расположены измерительные индукционные катушки 9 и 10 сплошной намотки (провод для намотки катушек применен теплостойкий, марки ПНЕТИМИД с соотношением длины к диаметру - 0,71 - 0,73 для обеспечения точности измерения сильно неоднородных магнитных полей), на которой также расположен вращающийся усилитель переменного тока с токосъемными кольцами 11. В конструкцию измерительного зонда входит электродвигатель 12, приводящий во вращение измерительный зонд, основание 13, коллекторное устройство 14 и направляющая 15 со скользящими подшипниками, придающая жесткость длинному концу вращающегося зонда. Для создания регулируемого однородного магнитного поля служит электромагнит 4, имеющий специальную вставку с полюсными наконечниками с соотношением диаметра их к межиолюсному расстоянию - 4, для получения однородности магнитного ноля до 0,001%. Электромагнит имеет две обмотки для грубого регулирования магнитного поля и для точного регулирования с помощью канала автоматического выравнивания магнитных полей. Электромагнит может поворачиваться и менять направление поля, которое можно определить по специальной шкале отсчета. Сигналы, снимаемые с измерительных катушек, иропорциональные измеряемому и регулируемому одиородному магнитному нолю, сравниваются между собой, сигнал рассогласования усиливается вращающимся усилителем перемеииого тока на полупроводниковых приборах 16, а затем усиленный через коллекторное устройство 14 иоступает в схему нулевого индикатора и автоматического захвата (выравнивания) магнитных полей 6. Сигнал проходит в усилитель тока /7 и в демодулятор 18 с фильтром. циоииой катушки измеряемого магнитного поля, усиленный усилителем тока 19. Поэтому демодулятор 18 .преобразовывает сигнал переменного тока переменной фазы в сигнал постоянного тока переменной полярности, одновремеипо отбрасывая сигнал, не совпадающий по фазе с опорным напряжением, а фильтр доиолнителыш отфильтровывает сигнал от помех, вносимых коллекторным устройством, и сглаживает пульсирующий сигнал постоянного тока. На выходе демодулятора стоит стрелочный нрибор 20, который служит индикатором равенства магнитных иолей, а также индикатором одииакового наиравления магнитных полей. Для выравнивания магнитных полей регулируется ток через обмотки электромагнита 4 с помощью регулируемого источника нитания 5. Носле выравииваиия магнитных полей и получения одииакового направления иутем поворота электромагнита (по шкале угла поворота определяется направление измеряемого иоля) начииает работать схема автоматического выравнивания магнитных полей. Сигиал с демодулятора 18 поступает на модулятор 21, где модулируется напряжением сети гц, усиливается усилителем перемеииого тока 22 и поступает на демодулятор 23. Сигнал постоянного тока неременной полярности поступает на триггер Шмидта 24 тремя устойчивыми состояниями. Триггер Т IT ми ятя выдает сигнал реверса на восьмиразрядный реверсивный счетчик 25 и ключ 26, разрешающий пропускание импульсов на реверсивный счетчик от генератора импульсов 27. Реверсивный счетчик с управляющими ключами 28 выдает сигнал ностоянного тока на усилитель постоянного тока 29, нагрузкой которого является обмотка эталонного электромагнита для точного регулирования магнитного ноля. Реверсивный счетчик работает до момента, когда сигналы с измерительной и эталонной катушек будут равны (когда настунает равенство полей), триггер Шмидта 24 займет нейтральное положение, поступление импульсов на реверсивный счетчлк 25 прекратится, и схема будет находиться в равновесии. Нзмереиие однородного магнитного поля эталонного электромагнита производится аппаратуой ЯМР с цифровым частотомером 8, которое равно измеряемому. Для компенсации температурной погрешноти, вносимой изменением эффективной плоади (постоянной) измерительной и эталоной катушек, подключены сопротивления нарузки (проволочные высокостабильные соротивления) R и RzПри этом температурная погрещность коменсируется иутем перераспределения сигнаа, индуцируемого в катушке между внутреним сопротивлением катушки, изменяющимся