Способ определения напряженности постоянного магнитного поля и устройство для его осуществления

 

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

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР .1 (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4907035/21 (22) 13.12.90 (46) 23.08.93. Бюл, М 31 (71) Научно-.исследовательский институт тепловых процессов (72) А.П.Воробьев, А,Я.Гольдин, Л.А.Панова и B.Ï.Ùåðáèíèè (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 834626, кл. G 01 R33/02,,1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Применение: область измерений напряженности постоянного магнитного 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 C магнитной стрел кой и из мери тел ь ной шкалой установлен на треноге на заданном расстоянии оТ вертикального стола неподвижно, причем

Изобретение относится к области измерения на п ряжен ности постоянного магнитного поля и может быть использовано для исследования п ростра нствен ного распределения напряженности магнитных полей и измерения их величины в приборостроении, в области космической энергетики, разрабатывающей энс.р оусгановки типа солнеч Ы 183552б А1 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 Я 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 плоскости относительно центра магнитной стрелки до совпадения точки измерения с центром магнитной стрелки, 2 с, и 1 (ф з.п. ф-лы, 5 ил. (л) (Л ных, создающих вокруг себя собственные магнитные поля рассеяния. предназначен- ных для использования в исследовательских спутниках и несущих на себе чувствительные к воздействиям магнитных полей приборы и t.ä.

Цель изобретения состоит в разработке такого способа измерений и устройства для

1835526 — =щ р

Нп

Нз отсюда

Н2

tg Ptfl3)(, = „"+ .

Н1 3 tg @max + tg @min

Н2 2 tg axtg !и а:.—, а..

H3 tg @max + tg @min его реализации, которые позволяют измерить полную напряженность магнитного поля и повысить. 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 устранейия зависимости измеряемых параметров от температуры окружающей среды.

В соответствии с изобретением noñòàâленная цель достигается тем, что магнитную стрелку устанавливают на острие с возможностью свободного вращения вокруг своей оси и располагают ее на заданном расстоя-. нии 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 наименьшйй углы отклонения магнитной стрелки.

Способ измерения поясняется на фиг.1, Из проведенной схемы следует, что если р„, и @min — максимальноеиминимальное отклонения, магнитной стрелки от ее ,исходного положения вдоль линии напряженности.поля земного Магнетизма, то имеет место соотношение где Н1, H2 — измеряемые компоненты напряженности магнитного поля, лежащие в sepтикальной и, горизонтальной плоскостях соответственно;

Нэ — напряженность поля земного магнетизма.

Из приведенного соотношения определяют расчетным путем относительные значения измеряемых компонент напряженности магнитного поля и относительное значение полной напряженности магнитного пс(ля

Н = Н + Н (2) Для определения истинной величины Н проводится тарироека с помощью измерв 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

Н3 =НпРctgP 2 ctgP

Путе1ч изменения тока! или расстояния

R устанавливают угол отклонения rp.= 45, тогда

Нэ = 2 „стц 45 — 2 (3)

25

Предлагаемый способ измерения позволяет проводить измерениа напряженно-, 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 Нэ 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

40 3О. При точности измерения углов в поделения (д р 1,5 ) ожидаемая точность измерения напряженности при максимальных углех отклонения стрелки р 45 составля45 д о к 1,5 л

Н 180 60 . т.е. точность измерения уровней напряженности магнитных полей при максимальных углах отклонения стрелки р -45 составляет -5 g,. ° °

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

1835526 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 неподвижно установлен на треноге 5. На треноге 7 вертикально установлен стол 6 с возможностью его вращения в своей плоскости (фиг.3). На столе 6 закреплен двумерный координатник 9, на котором установлен источнйк 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 координатником 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 6 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, йроходящей через центр Магнитной стрелки 1, по шкале 4 определяют максимальное и минимальное значения углов

@max и,рщь 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 вертикальной 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 ф„ и

1 дЪ п 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 отношению к уровню поля земного магнетизма в месте проведения измерения), В случае необходимости получения истинных значений проводят тарировку.

Пример. Предлагаемый спосоЬ измерения напряженности магнитного поля про5 шел этап экспериментальной отработки.

Источником магнитного поля (поз.8, фиг.3) являлась. панель из оргстекла, на которой согласно -схеме, представленной на фиг.4, был проложен провод, через который

10 пропускался постоянный ток I - 7 А от стандартного источника тока типа ВСА. Панель была установлена на двумерном координатнике (поэ.9, .фиг.3). Согласно изложенному выше предлагаемому способу (1, 2) было

15 получено распределение относительной величины полной напряженности роля над средним сечением панели поперек проводов на расстоянии Й -T см от поверхности панели. Результаты измерений и расчета

20 представлены в табл. и на фиг.5.

Для определения истинной величины напряженности магнитного поля (А/M) была выполнена тарировка с целью определеНия уровня земного магнетизма Нз в месте.про25, 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, опреде30 лялись путем умнржения относительного значения Н/Нз на значение Нз и представлены в табл. Как следует иэ схемы коммутации провода, представленной на фиг.4, расп ределение напряженности магнитного

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

40 погрешность измерений Н, которая представлена в табл. Эта погpBwHocTb для максимальных значений поля не превысила 3, Предложенный комплекс мер позволил

45 осуществить измерение полной напряжен., ности магнитного поля и повысить точность измерений за счет. отказа от упругого элемента-пружины,.тем самым устранив зависимость погрешности измерений оТ

50 температуры окружающей среды, Формула. изобретен ия

1. Способ определения напряженности

55 постоянногоо магнитного поля, основанный на измерении угла отклонения магнитной стрелки с йоследующим определением на пряженности магнитного поля, о т л и 4 а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повыше1835526 ния точности, источник постоянного магнитного поля вращают в вертикальной плоскости, рриентированной вдоль линии напряженности поля земного магнетизма, относительно оси, проходящей через центр 5 магнитной стрелки, измеряют наибольший и наименьший углы отклонения rpma

H3,tg Pnax + tg @min

15 где Н, Нз — компонеНты напряженности магнитного поля в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно, (А/М);

Нз — напряженность поля земного магнетизма, (А/М);:

9riax, In - максимальйое и мини. Мальное значения углов отклонения магнитной стрелки при вращенйи источника в вертикальной плоскости соответственно; определяют. полную напряженность магнитного поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что. с целью обеспечения возможности проведения измерения напряженности магнитного поля в различных точках вокруг источника, перед вращением источник перемещают в вертикальной плоскости относительно центра магнитной стрелки до совпадения точки измерения с центром магнитной стрелки.

3; Устройство для определения напряженности постоянного магнитного поля, содержащее. магнитную стрелку, свободно установленную на своей оси вращения в корпусе, и измерительную шкалу, о т.л и ч аю щ.е е. с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, оно снабжено вертикально расположенным столом, установленным с возможностью. вращения его в своей плоскости; закрепленным на столе двумерным координатником, а корпус с магнитной стрелкой и измерительной шкалой установлен на заданном расстоянии от вертикального стола неподвижно, причем ось . вращения стола проходит через центр магнитной стрелки.

1835526