Датчик магнитного поля

 

Использование: измерение магнитных полей. Сущность изобретения: датчик содержит два частично остеклованных металлических разрядных электрода 2,5 и два полностью остеклованных измерительных электрода 3,4. Электроды размещены в откачанной, заполненной газом колбе 1 и расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через продольную ось колбы. Электроды 3, 4 сошпифованы до контакта образующей металлического электрода с газом. Сошлифованные боковые поверхности электродов 3, 4 обращены параллельно продольной плоскости колбы 1. Электрод 4, обращенный сошпифованной поверхностью к продольной оси колбы, удален от нее на расстояние (0,4± 0,1 )R , а электрод 3 обращен сошлифованной поверхностью к стенке колбы и удален от нее на расстояние (0,8± 0,1 )R , где R - внутренний радиус колбы. 4 ил.

(19} 3Щ (11} 2 (51} 5 G01RЗЗ 02

ОПИС)й1ИЕ ИЗОБРЕТЕБИ

К HATKHTY

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 4948972/21 (22) 25.06.91 (46) 30.11.93 Бюл. Ия 43-44 (76) Акиндинов В.В„Еремин С.М„Иванов В.В„Кисляков М.С, (73) Институт радиотехники и электроники PAH (64) Д/\ТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ (67) Использование: измерение магнитных полей.

Сущность изобретения: датчик содержит два частично опт еклованных металлических разрядных электрода 2, 5 и два полностью остеклованных измерительных электрода 3, 4. Электроды. размещены в откачанной, заполненной газом колбе 1 и расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через .продольную ось колбы. Электроды 3, 4 сошлифованы до контакта образующей металлического электрода с газом.

Сошлифованные боковые поверхности электродов

3, 4 обращены параллельно продольной плоскости колбы 1. Электрод 4, обращенный сошпифованной поверхностью к продольной оси колбы, удален от нее на расстояние (0,4+ 0,1)R, а электрод 3 обрао щен сошлифованной поверхностью к стенке колбы и удален от нее на расстояние (0,8+ 0,1)В, где R— о о внутренний радиус колбы 4 ип.

2003997

20

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения уровней напряженности магнитных полей, и может найти применение при разработке и проектировании систем контроля цепей питания различных энергопотребля4 ющих устройств.

Цель изобретения состоит в повышении чувствительности. ,На фиг.1 in 2 изображен датчик магнитного поля, который содержит колбу1 с газом и электроды 2-5, из которых электроды 2 и

5- металлические, частично остеклованные, разрядные, являющиеся анодом и катодом самостоятельного газового разряда, а измерительные электроды 3,4 -остеклованные и сошлифова н н ые; на .фиг.3 представлено пространственное распределение потенциала плазмы V (r) в объеме колбы магнитного, датчика; на фиг,4 — пространственное распределение потенциала плазмы Ч(г) в объеме колбы магнитного датчика в присутствии частично остеклованных электродов 2 и 5; на фиг.5 — пространственное распределение потенциала плазмы Ч (r) в объеме колбы магнитного датчика в присутствии остеклованных и сошлифованных измерительных электродов 3,4.

Датчик магнитного поля работает следующим образом.

На разрядные электроды 2,5 (фиг.1) подается постоянное напряжение от источника питания. В результате в колбе 1, заполненной газом, загорается GBMOcToslтельный газовый разряд, в которомустанавливается некоторое пространственное распределение потенциала в направлении, поперечном оси разряда, которой является ось катод-анод. Измерительные электроды

3,4, находящиеся по разные стороны от оСи разряда и имеющие электрический контат с плазмой газового разряда по линии пересечения двух поверхностей — цилиндрической поверхности металлического электрода и плоскости касательной к ней, приобретают в результате этого некоторую начальную разность потенциалов (кривая I на фиг.5).

Вносят датчик во внешнее магнитное поле таким образом, чтобы вектор напряженности этого поля был направлен по оси колбы. В результате одновременного воздействия скрешенных в поперечных направлениях электрического поля газового разряда и внешнего магнитного поля происходит изменение распределения потенциала плазмы в направлении, перпендикулярном этим полям, обусловленное дрейфом заряженных частиц плазмы (кривая II на фиг.5). Указанное изменение распределения потенциала вы30

50 зывает изменение разности потенциалов между измерительными электродами по сравнению с начальной разностью в отсутствие магнитного поля. Вычитают указанные разности потенциалов. Полученное таким образом напряжение пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, т.е. получают устройсТво для измерения напряженности магнитного поля — датчик магнитного поля.

На фиг.3 изображены примеры пространственного распределения потенциала в поперечном относительно оси разряда направлении в плазме газового разряда для двух случаев — кривая! в отсутствии магнитного поля и кривая If при наличии внешйего магнитного поля. Кривые! и II построены в функции безразмерной величины г/Rp, где r — расстояние от оси разряда до точки, в которой определяется потенциал V(r); Ro— расстояние от оси разряда до стенки колбы.

В основе действия датчика. лежат явления зависимости распределения потенциала от расстояния до оси разряда и изменения этого распределения от величины магнитного поля, т,е, необходимо располагать измерительные электроды в пристеночных областях газового разряда, где градиент потенциала выше, чем в приосевых областях разряда, Так как величина градиента обратно. пропорциональна Ro, то следует уменьшить расстояние от оси разряда до стенки колбы, т.е. уменьшить поперечные относительно оси разряда размеры колбы. Казалось бы беспредельное уменьшение размеров колбы должно привести к неограниченному увеличению чувствительности датчика. Однако для самостоятельного газового разряда, используемого в этом датчике, существет ряд строгих количественных соотношений между давлением газа, сортом газа, размерами промежутка канод — катод, которыми являются разрядные электроды, величиной прикладываемого к электродам постоянного напряжения, при выполнении которых существует упомянутый самостоятельный разряд.

Это позволяет определить оптимальные с точки зрения достижения максимальной чувствительности магнитного датчика соотношения между размерами разрядных электродов (диаметр электрода), расстояния между ними, поперечными относительно оси разряда размерами колбы, сортом газа, его давлением и напряжением зажигания самостоятельного газового разряда..

На фиг.4 сплошной линией изображено поперечное относительно оси разряда распределение потенциала в присутствии металлического электрода, диаметр которого не удовлетворяет условию d> «2Яд где

Ж03997

15

30 сторону от нее

40 биэи — диаметр электрода; Мд — радиус Дебаевского экранировайия, а пунктирной линией — распределение потенциала, котЪрое было бы при отсутствии металлического электрода. Очевидно, что использование в качестве измерительных электродов металлических электродов, диаметр которых не удовлетворяет этому условию, ведет к искажению пространственного потенциала, Пусть в соответствии с фиг.4 бдзц диаметры измерительных электродов; fn u In— расстояния от оси колбы до образующей измерительного электрода, обращенной .к стенке колбы в найравлении кратчайшего расстояния до нее для левого и правого электродов; R> — радиус цилиндрической колбы; Ь- смешение оси газового разряда под действием внешнего магнитного поля.

Пусть далее разрядные и измерительные электроды лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через аксиальную ось колбы. В этом случае при отсутствии внешнего магнитного поля расстояние от оси разряда до стенок колбы в направлении, перпендикулярном оси разряда (по линии, на которой находятся измерительные электроды), совпадает с радиусом колбы R< в обоих направлениях. В этом случае напряжение, развиваемое датчиком(магнитное"поле отсутствует), Uo Чл - Мп, где Vn u Vn— потенциалы левото и правого измерительных электродов.

Внешнее магнитное поле приводит к, смешению оси разряда в направлении, перпендикулярном вектору магнитного поля и направлению катод-анод (в направлении оси, проходящей измерительные электроды

Формула изобретения

ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содер, жащий откачанную и заполненную газом колбу, в которой размещены два идентичных частично остеклованных металлических разрядных электрода и два о идентичных металлических измерительных электрода, расположенных попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, . проходящих через продольную ось колбы, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, измерительные электроды выполнены полностью остекло ванными с сошлифованными боковыми поверхностями до контакта образующей и перпендикулярной оси катод — анод при ак сиальном вдоль оси колбы направлении мэгнитного поля). Напряжение, развиваемое датчиком при наличии магнитного поля, 0„

Разница между Uo u Um и есть искомый отклик датчика на внешнее магнитное поле.

Увеличение чувствительности магнитного датчика (увеличение разницы Ug Um от смешения Л т.е. величины внешнего магнитного поля) можно достичь при выполнении следующих требований: уменьшении рэдиусэ колбы Rg, диаметра измерительного электрода, находящегося в контакте с плазмой, бьи и расстояния между стенкой колбы и измерительным электродом Rp-rim или Rpr, увеличении температуры электронов плазмы газового разряда, уменьшении длины свободного пробега ионов и электронов в плазме газового разряда, увеличении концентрации плазмы газового разряда, заполнении колбы газом с высоким на потенциалом ионизации.

Оптимальным в точки зрения достижения максимальных чувствительностей при минимальных дрейфах является несимметричное расположение измерительных электродов в плоскости, проходящей через ось колбы и перпендикулярной оси катод — анод таким образом, что один электрод находится на расстоянии, равном (0,8 0, I) Ro от оси колбы, а другой — на расстоянии, равном (0,4 «+0,1) Ro по другую (56) Авторское свидетельство СССР

N 685389, кл, G 01 R 19/00, 1976. металлического электрода с газом, причем сошлифованные поверхности обращены в одну сторону в направлении, перпендику. лярном к плоскости, в которой расположе45 ны разрядные электроды, а расстояние .сошлифованных поверхностей от оси кол. бы составляет (0,8 0,1)R для одного измерительного электрода и (0,4 0,1)R для другого, где R - внутренний радиус колбы, и дальняя от оси колбы сошлифованнэя поверхность обращена к стенке колбы в направлении кратчайшего расстояния до нее, а ближняя к оси сошлифованнэя поверхность обращена к оси колбы в направлении кратчайшего расстояния до нее.

2003997 2003997

2003997

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор Т, Юрчикова

Заказ 3324

Составитель Л. Устинова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М. Шароши

Тираж Подписное

HflO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5