Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/00 

1

Изобретение относится к области магнитных измерений. Устройство предназначено для измерений параметров слабых магнитных полей.

Для измерения параметров магнит- 5 ного поля широко применяются феррозонды. В качестве чувствительных элементов в этих устройствах используются сердечники, изготовляемые из железоникелевых сплавов ,в виде тон- Ю ких лент или пленок. Для придания сердечникам нужной формы и предохранения их от возможных механических напряжений и деформаций в процессе отжига и при настройке используют спе- 15 циальные каркасы-подложки, на которых и закрепляют сердечники. Закрепление, как правило, осуществляется перед отжигом путем намотки ленты или проволоки из железо-никелевого 20 сйлава на каркас-подложку либо путем осаждения на поверхность каркаса-подложки- пленки из ТОГО- же сплава.

Известны феррозонды, в которых каркасы-подложки выполнены из кера- 25 МИКИ, фарфора и других жароупорных неметаллических материалов II .

После совместного отжига сердечников на таких каркасах-подложках ,их магнитные свойства оказываются. 30

недостаточно высокими и худшими по сравнению с образцами, изготовленными из того же железоникелевого сплава, но отожженными отдельно от каркасаподложки. Кроме того, при работе феррозондов с сердечниками на таких каркасах-подложках в широком температурном диапазоне возникают погрешности, обусловленные резким различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов сердечника и каркаса-подложки. Указанные недостатки, проявляющиеся наиболее ярко при измерении параметров слабых магнитных полей, снижают точность измерений.

Известно другое устройство, которое содержит ферромагнитный сердечник, установленный на каркасе-подложке, изготовленном из немагнитного сплава типа Inconet и имеющим температурный коэффициент линейного расширения, близкий к температурному коэффициенту линейного расширения материала сердечника 2 а также возбуждающую и измерительную обмотки.

Феррозоидч помещается в магнитное поле, параметры которого необходимо измерить, В обмотку возбуждения подается переменный ток возбуждения. Под действием магнитного поля в измерительной обмотке наводится ЭДС второй гармоники частоты вдзбу;кдения амплитуда которой пропорциональна .значению измеряемой магнитной индук|ции. Далее этот сигнал усиливается, детектируется и измеряется с помйщью измерительного прибора, например, магнитоэлектрического типа. Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений параметров магнитных полей из-за не стабильности нулевого уровня. Это объясняется тем, что сплавы типа Inconei имеют магнитную восприимчивость порядка нескольких единиц CGS Кроме того, так как температурные ко эффициенты линейного расширения спла вов типа Inconei и материала сердечника близки, но не равны друг другу, то возникают дополнительные смещения нулевого уровня при работе устройств в .широком температурном диапазонеС целью повышения точности измере ния в устройстве для измерения параметров магнитного поля, содержащем ферромагнитный сердечник, расположен ный на каркасе-подложке, возбуждающу и измерительную обмотки, каркас-подложка выполнен из резистивного сплава на основе никеля. Указанные резистивные сплавы, например типа НМ23ХЮ, обладают наимень шей из известных немагнитных сплавов магнитной восприимчивостью (менее ед ниц СС5м) Кроме того, они имеют те пературный коэффициент линейного рас ширения, равный температурному коэффициенту линейного расширения спла ва 81НМА, из которого изготовляются сердечники феррозондов с низким уров нем шумов. на фиг. 1 изображено устройство для измерения параметров магнитного поля; на фиг. 2 изображен ферромагнитный сердечник, установленный на каркасе-подложке. Устройство состоит из ферромагнит ного сердечника 1, выполненного из пермаллоя марки 81НМА и установленно го на каркасе-подложке 2, возбуждающей 3 и измерительной 4 обмоток. Сер дечник .размещен на каркасе-подложке так, что их поверхности постоянно контактируют друг с другом. Масса каркаса-подложки более чем на порядок; превышает массу сердечника, их массы, соответственно 1200 и 80 мг. Каркас-подложка выполнен из резистив ного сплава, например, типа HM23XIO следующего состава, вес.%: молибден 22-24, хром 2,5-2,5, алюминий 1,8-2, остальное никель. Температурные коэффициенты линейного расширения спла вов 81НМА и НМ23ХЮ одинаковы и равны i2ilOУстройство работает следующим образом. Сердечлик 1, установленный на немагнитном каркасе-подложке 2, с нанесенными на них возбуждающей 3 и измерительной 4 обмотками помещается fe магнитное поле., параметры которого) необходимо измерить. В возбуждающую обмотку подается переменный ток возбуждения. Под действием магнитного поля в измерительной обмотке 4 наводится ЭДС второй гармоники частоты возбуждения, амплитуда которой пропорциональна величине измеряемой магнитной индукции. Далее этот сигнал усиливается, детектируется и измеряется с помощью измерительного прибора (на фигурах не показан) . Из резистивного сплава НМ23ХЮ были изготовлены кольцевые каркасы-подложки диаметром 20 мм в количестве 7 шт. Предварительно сплав НМ23ХЮ проверялся на немагнитность с помощью астатического магнитометра. Измерения показали, что магнитная восприимчивость сплава НМ23ХЮ составляет О , 8 ед. после закалки до 1100°С, что ниже по значению магнитной восприимчивости известных немагнитных сплавов. Далее на каркасы-подложки наматывалась лента из пермаллоя 81НМА толщиной 0,02 мм и шириной 1,5 мм в несколько слоев. Причем поверхность первого витка сердечника постоянно контактировала с поверхностью каркаса-подложки по всей своей длине. М&сса каркаса-подложки составила 1200 мг, а масса сердечника - 80 мг. Изготовленные таким образом семь сердечников вместе с каркасамИ-подложками подвергались высокотемпературному отжигу. Одновременно отжигались и образцы, изготовленнЫе из сплава 81НМА той же плавки, что и сердечники, но без каркасовподложек. После отжига магнитные характеристики сердечников,, закрепленных на каркасах-подложках-из сплава НМ23ХЙ, и образцов без каркасов-подложек были сопоставлены.В результате установлено,что магнитные параметры (значения коэрцитивной силы,начальной и максимальной магнитной проницаемости) в обоих случаях практически совпадают. Затем на основе сердечников, э.акрепленных на каркасах-подложках, прошедших отжиг, были иаготовлены устройства для измерений параметров магнитных полей - кольцевые феррозонды. В результате испытаний этих феррозондов установлено, что они имеют езолеё высокую, стабильность нуля, примерно на порядок, чем феррозонды с сердечниками, закрепленными на керамических каркасах-подложках. На феррозондах с сёрдечниками,- закрепленными на каркасах-подложках из сплава НМ23ХЮ, был достигнут наименьший ypdвень магнитных шумов по сравнению с

известными устройствами в инфранизкоиастотном диапазоне (0,1-1 Гц), приijfeepHo. равный 0,01 нТ (Ю Т) . Кроме того, при испытании феррозондов с сердечниками, закрепленными на каркасах-подложках .из сплава НМ23ХЮ, в широком температур1«ом диапазоне дополнительные погрешности уменьшились примерно на порядок.

Предлагаемое устройство применимо не только в качестве феррозондов, но и в качестве магнитных усилителей. Кроме того,сердечники из железоникелёвых сплавов могут закрепляться на каркасах-подложках из сплава НМ23ХЮ методами гальванического осаждения или напыления непосредственно на поверхность каркасов-подложек тонкой магнитной пленки.

Формула изобретения Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромагнитный сердечник, расположенный на каркасе-подложке, возбуждающую и измерительную обмотки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с цепью повышения точности измерения, каркас-подложка выполнен из резистивного сплава на основе никеля.

10

Источники информации, тринятке во внимание при экспертизе

1.Афанасьев Ю. Феррозонды. Л., Энергия, 1969, с. 83.

2.Gordon D. I. af et А. Fluxgate 5 Sensor of High Stability for Low Ft.eld Magnetometry, YEEE Trans, om

.Magn. V. MAG-, N 3, 1968, pp.397- 01,