Способы измерения магнитного потока

Измерение магнитного потока (МП) Фх производится косвенным методом. С помощью баллистического гальванометра или веберметра находят потокосцепление Δψ, и на основании известного равенства Δψ=w*Ф вычисляют значение Фх.

Для измерения потокосцепления с помощью гальванометра или веберметра в схеме измерения участвует индукционный преобразователь, представляющий собой катушку индуктивности с известным количеством витков wи сечением витков s. Преобразование МП в ЭДС происходит на основании зависимости:

е=-wdФ/dt

где w – количество витков;

dФ/dt – изменение МП во времени.

В схеме измерения магнитных величин, такой преобразователь называют измерительной катушкой (ИК). ИК должна иметь определенные размеры, форму и располагаться так, чтобы сцепляться только с измеряемым потоком.

С помощью ИК могут быть найдены параметры постоянного и переменного магнитного полей. При измерении параметров переменного магнитного поля, в зависимости от способа, могут быть определены мгновенные или амплитудные значения ЭДС, а также амплитуды первых гармоник при коммутации цепи.

Веберметр (Вм) представляет собой магнитоизмерительный прибор для нахождения величины МП в веберах. Градуировка шкалы в именованных единицах существенно упрощает работу по определению МП, в сравнении с измерениями баллистическим гальванометром.

По виду выходной величины Вм бывают магнитоэлектрическими (использование ИК), фотогальванометрическими (использование гальваномагнитных явлений), электронными аналоговыми и цифровыми.

Наиболее простая в применении, а значит и самая распространенная схема для измерений МП приведена на рисунке 1. В замкнутом контуре МП Ф стремится остаться неизменным. Изменение потокосцепления с ИК, вызовет изменение потокосцепления с подвижной катушкой веберметра μWb, которая повернется на соответствующий угол. Вместе с подвижной частью Вм перемещается и стрелка-указатель.

Магнитоэлектрические веберметры не имеют противодействующего момента, но это компенсируется большой силой магнитного успокоения, поэтому стрелка прибора может занимать произвольное положение по шкале. Измерение МП при этом сводится к вычитанию из текущих показаний прибора предыдущего значения.

Отклонение стрелки веберметра зависит от количества витков ИК, изменения МП и постоянной веберметра:

Δl=w*ΔФ/Cф

где Δl – отклонение стрелки веберметра;

Cф – постоянная веберметра.

Достоинством магнитоэлектрических веберметров является простота работ, возможность измерения вне лабораторных условий. К основным недостаткам можно отнести невысокую точность и низкую чувствительность. Погрешность магнитоэлектрического Вм составляет 1–4% при диапазоне измерений от 500 до 10000 мкВб.

При необходимости измерений в области малых величин применяют фотогальванометрический веберметр (ФГВ). Схема ФГВ представлена на рис. 2. При изменении потокосцепления магнитного поля Фх с ИК, появляется ЭДС.

В цепи гальванометра появляется электрический ток, в результате поворотная часть гальванометра отклоняется пропорционально ЭДС. При повороте зеркала гальванометра, световой поток передающийся фотоэлементу изменяется. Ток на выходе фотоэлемента усиливается при помощи усилителя УПТ.

Из схемы видно, что гальванометр имеет обратную отрицательную связь по току. R и C элементы интегрируют выходной ток усилителя в напряжение обратной связи. Вращение гальванометра будет происходить до тех пор, пока не уравновесятся ЭДС катушки и напряжение обратной связи.

Шкала миллиамперметра градуируется в веберах. По показаниям амперметра судят о величине МП. Благодаря обратной связи, схема обладает высоким входным сопротивлением, что позволяет применять ИК с сопротивлением до 100 Ом. Погрешность ФГВ находится в пределах от 1 до 4%, диапазон измерений от 2 до 500 мкВб.

Измерение МП с меньшей погрешностью возможно при использовании электронных цифровых и аналоговых веберметров. В цифровом Вм измерение Фх осуществляется путем определения времени разряда конденсатора, заряжаемого током ИК. Погрешность определения цифровыми приборами составляет 0,5 %, в диапазоне работ от 0,01 до 10 мкВб.

В лабораторных условиях в качестве веберметра часто применяют баллистический гальванометр (БГ). Название свое он получил за свойство реагировать на импульсные значения величины. Если ИК внести в магнитное поле, или поменять ее положение в пространстве относительно магнитного поля, потокосцепление будет изменяться, соответственно изменится и МП Фх.

БГ реагирует на импульсы ЭДС в ИК, которые сопровождают изменение МП. Отклонение стрелки БГ будет прямо пропорционально изменению потока и обратно пропорционально постоянной гальванометра:

L=ΔΨ/Cф

где Сф – постоянная БГ по МП, зависящая от сопротивления цепи.

Необходимость определять Сф при каждом измерении, является главным недостатком этого способа. Такие приборы используют преимущественно в лабораториях.

Кроме того, катушки могут применяться также для определения напряженности магнитного поля Н и магнитной индукции В. Для этого пользуются следующими соотношениями:

H=ΔΨ/(w*s)

B=ΔΨ/(w*s*μ0)

где w и s – число витков и площадь поперечного сечения витка ИК;

μ0 – магнитная постоянная.