Устройство для бесконтактного измерения слабых постоянных токов Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 

1

Настоящее изобретение относится к измерительной технике может быть использовано для бесконтактного изме- : рения слабых постоянных токов проводимости и токов переноса (пучков заряженных частиц).

Известно устройство для бесконтактного измерения постоянных токов, представляющее собой разрезной магнитный концентратор, в зазоре которого расположен магниточувствительный преобразователь Холла, а соосно с концентратором и внутри него расположен замкнутый цилиндрический магнитопровод. Цилиндрический магнитопровод служит для устранения погрешности, возникающей при смещении проводника с током (или пучка заряженных частиц) относительно концентратора. Выходное напряжение преобразователя Холла пропорционально напряженности магнитного поля, создаваемого измеряемым током 1J.

Недостатком подобных, устройств является низкая точность измерения слабых

ПОСТОЯННЫХ токов из-за отсутствияэкранирования магнитных помех, создаваемых окружающей средой, а также из-за наличия магнитных шумов, генерируемых магнитных концентратором и магнитопроводом.

Известно устройство для бесконтактного измерения постоянных токов, содержащее магнйтньй концентратор в виде фер ритового кольца с зазорами, в которых

10 размещены два преобразователя Холла. Концентратор и преобразователи окружены двуслойным магнитным экраном, выполненным в виде полого тороида (2}.

15

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений слабых постоянных токов из-за магнитных щумов, генерируемых магнитным концен тратором и магнитным экраном, и нестее20бильности нх остаточных магнитных попей, а также наличия зазоров в концентратору приводящих к дополнительной погрещности измерения, обусловленной оме- щением центра тяжести пучка заряженных частиц и проводника с током. Целью изобретения является повыше- иив точности бесконтактного измерения, цель дост-игается тем, что в уст ройстве для бесконтактного измерения постоянных токов, содержащем матнито.чувствительный преобразователь и магни ный экран, магнитный экран выполнен в виДе двух, сверхпроводящих труб различной длины; при этом короткая труба установлена внутри длинной, а магнито- чувствительный преобразователь размещен между трубами. Благодаря экранированию магниточувствительного преобразователя, устранению погрещности, возникающей при смещении проводника с током или пучка заряженных частиц относительно магнито чувствительного преобразователя, и стабильности остаточных замороженных магнитных, полей сверхпроводящи.х экрано повыщается точность бесконтактного измерения постоянного тока. На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - диаграмма магнитного поля электрического тока. Устройство содержит два сверхпровоДЯЩИ.Х магнитных экрана 1 и 2 и магни точувствитвльный преобразователь 3 размещенный между ними. Проводник с током 4 проходит через полость, экрана 2. На фиг. 2 показаны силовые линии равной напряженности магнитного поля 5 проводника 4 с током после внесения в полость сверхпроводящего экрана 2. Устройство работает следующим обра зом. Проводник 4 с током или пуЧок за ряженных частиц создает циркулярное магнитное поле в полости сверхпроводящего экрана 2, обладающего идеальным диамагнетизмом и нулевым сопротивлением. Это поле индуцирует экранирующие незатухающие тороидальные токи на поверхности экрана 2, текущие по внутренней и внешней образующих экрана в прогивоположных направлениях. Внутри стенки экрана магнитное поле решно нулю - ток на внутренней поверх юхуги компенсирует поле измеряемого тока, а равный ему и равномерно распределенный по окружности ток наружны поверхности создает магнитное пол S, которое можно рассматривать как попе цилиндрического проводника, по: которому протекает измеряемый ток. Это поле изменяется незначительно при смешении проводника 4 с током или 24, пучка заряженных частиц относительно продольной оси цилиндрического экрана 2, Например, максимальная погрешность от смещения проводника 4 с током относительно оси. экрана 2 на 0,98 радиуса последнего не превышает 0,1%, в то время как без экрана она составляет 25%. Известно, что линии равной напряжен- ности магнитного поля вокруг проводника с током есть концентрические окружности и что значение напряженности поля убывает с удалением от проводника. Отсюда следует, что если положение проводника с током или пучка заряженных частиц изменяется относительно магнито- чувствительного преобразователя, то в результате изменяется напряженность .магнитного поля в месте расположения преобразователя, что приводит к упомянутой погрешности от смещения. После внесения проводника с током 4 в сверхпроводящий экран 2 картина поля изменяется таким образом {фиг. 2), что составляющая градиента попя в ази- мутапьном направлении обращается в нуль. Напряженность магнитного поля . 5 измеряется с помощью магниточувствительного преобразователя 3, размещенного, вблизи внешней поверхности экрана 2. Преобразователь 3 может быть выполнен, например, на основе сверхпроводящего квантового интерферометра, содержащего контакты Джозе(|)сона .и обладающего в настоящее время максимальной чувствительностью по полю среди все.х известных магниточувствительных преобразователей. Магнитные помехи, создаваемые окружающей средой в месте расположения преобразователя 3, понижают точность бесконтактного измерения слабых постоянных токов и определяют минимально возможный измеряемый уровень постоянных токов. Для защиты от внешних магнитных помех преобразователь 3, экран 2 и проводник с током 4 размещают в полости сверхпроводящего экрана 1. Экранирующие токи на внешней човерхности сверхпроводящего экрана полностью защищают преобразователь 3 от внешних магнитных помех. Эффективное экраниро-i вание внешних полей, проникающи.х через открытые отверстия экрана 1 и экспоненциально затухающи.х вглубь полости экрана, обеспечивается выбором Ъго размеров: отношением длины экрана L к его диаметру d . Чем больше отношение U/d , тем выще коэффициент экраниро