Устройство для измерения параметров магнитного поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 03. 78 (21) 2698992/18-21 (51)М. Кл.

3 с присоединением заявки ¹

G 01 R 33/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бюллетень № 3 8

Дата опубликования описания 17.10.80 (53) УДК 621. 317. ..44(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Афанасьев, В. Н. Горобей, В., П. Пбрфиров, Б. Я. Плучек, Т. И. Щербакова и В. Я. Агароник (71) Заяв итель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

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- 10 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 39 сплава 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 31)

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 отдельна от каркасаподложки. Кроме того, при работе ферроэондов 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 1псопе1 и имеющим температурный коэффициент линейного расширения, близкий к температурному коэффициенту линейного расширения ма-. териала сердечника 2 а также возбуждающую и измерительную обмотки.

Ферроэонд помещается в магнитное поле, параметры которого необходимо измерить.. В обмотку возбуждения подается переменный ток возбуждения.

771580

Под действием магнитного поля в измерительной обмотке наводится ЭДС второй гармоники частоты возбуждения, амплитуда которой пропорциональна .значению измеряемой магнитной индукции. Далее этот сигнал усиливается, детектируется и измеряется с помощью измерительного прибора, например, магнитоэлектрического типа.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений параметров магнитных полей из-за нестабильности нулевого уровня. Это объясняется тем, что сплавы типа

Inconek имеют магнитную восприимчивость порядка нескольких единиц С65щ.

Кроме того, так как температурные ко- )5 эффициенты линейного расширения сплавов типа Inconef. и материала сердечника близки, но не равны друг другу, то возникают. дополнительные смещения нулевого уровня при работе устройства ъО в .широком температурном диапазоне.

С целью повышения точности измерения в устройстве для измерения параметров магнитного поля, содержащем ферромагнитный сердечник, расположенный на каркасе-подложке, возбуждающую и измерительную обмотки, каркас-подложка выполнен из резистивного сплава на основе никеля.

Указанные резистивные сплавы, например типа НМ23Х!0, обладают наимень- >О шей из известных немагнитных сплавов магнитной восприимчивостью (менее единиц CGS ). Кроме того, они имеют температурный коэффициент линейного расширения, равный температурному ко- 35 эффициенту линейного расширения сплава 81НМА, из которого изготовляются сердечники феррозондов с низким уровнем шумов.

40 на фиг. 1 изображено устройство для измерения параметров магнитного поля; на фиг. 2 изображен ферромагнитный сердечник, установленный на каркасе-подложке.

Устройство состоит из ферромагнитного сердечника 1, выполненного из пермаллоя марки 81HNA и установленного на каркасе-подложке 2, возбуждающей 3 и измерительной 4 обмоток. Сер 5Q дечник .размещен на каркасе-подложке так, что их поверхности постоянно контактируют друг с другом. Масса каркаса-подложки более чем на поряQoK превышает массу сердечника, их 5я массы соответственно 1200 и 80 мг.

Каркас-подложка выполнен из резистивного сплава, например, типа НМ23ХВ следующего состава, вес.3: молибден

22-24, хром 2,5-2,5, алюминий 1,8-.2,2, остальное никель. Температурные ко- @ эффициенты линейного расширения сплавов 81НМА и НМ23Х 0 одинаковы и рав-: ны 12 10

Устройство работает следующим образом.

Сердечник 1, установленный на немагнитном каркасе-подложке 2, с нанесенными на них возбуждающей 3 и измерительной 4 обмотками помещается

4 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 0,8 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. Масса 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 81HNA той же плавки, что и сердечники, но без каркасовподложек. После отжига магнитные характеристики сердечников,. закрепленных на каркасах-подло>кках из сплава

НМ23ХВ, 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, закрепленных на каркасах-подложках, прошедших отжиг, были изготовлены устройства для измерений параметров магнитных полей — кольцевые феррозонды. В результате испытаний этих феррозондов установлено, что они имеют более высокую стабильность нуля, примерно на порядок, чем феррозонды с сердечниками, закрепленными на керамических каркасах-подложках. На феррозондах с сердечниками,. закрепленными на каркасах-подложках из сплава

НМ23ХЮ, был достигнут наименьший уровень магнитных шумов по сравнению с

771580

Puz.!

Puz. 2 Составитель Ф. Тарнопольская

Редакто T. Пруцкова Техред 2.Ìàòî÷êà КорректорС. Шекмар р

Заказ 6688/57 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

5 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

11303

1 В

Филиал 1ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 известными устройствами в инфранизкоаастотном диапазоне (0,1-1 Гц), примерно равный 0,01 нТ (10 Т). Кроме того, при испытании феррозондов с сердечниками, закрепленными на каркасах-подложках из сплава НМ23Хй, в широком температурном 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 железоникелевых сплавов могут закрепляться на каркасах-подложках из сплава HM23XIO 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.!

О

Источники информации, принять:е во внимание при экспертизе

1. Афанасьев IO. Феррозонды. Л., "Энергия", 1969, с. 83.

2. Gordon О. 1. af et А. Fluxgate

Sensor of High Stability for Low Fl . еid Magnetometry, YEEE Trans. om

Magn. V. MAG-4, N 3, 1968, рр.397-401.