Магнитометр

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е 840773

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено27.09.79 (2I) 2822060/1 21 (5g )M K с присоединением заявки,%

Гасударственный камктет

Q0lR 33/06 (23) Приоритет по делам иэааретений и аткрытий

Опубликовано 23.06.81. Бюллетень J4 23

Дата опубликования описания 23.06.81 (53) УДК 621.31 7..44 (088.8) В. A. Крикун, В. А. Радионов, В. Г. Борозенед,/ . дах, И. A. Большакова и В. Ф. Чекурин

»()

1. (»» с "» » Г.ь .,» ., ГГХр,„,,,„., 546JrgiJ г.-„„ м (72) Авторы изобретения

» т (7I) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерител ной технике и может использоваться в магнитометрии для измерения индукции магнитного поля и топографии магнитного поля в узких зазорах, например в зазорах уплотнений на основе магнитной

5 жидкости.

Известны миниатюрные кристаллические преобразователи Холла из нитето видных кристаллов антимонида индия, имеющие малые геометрические размеры и обладающие более высокой временной и температурной стабильностью всех параметров, а также высокой механической

Э

15 прочности Cl .

Однако такие устройства имеют недостаточную точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому . по технической сутдности и достигаемому аффекту является магнитометр, содержащий измерительный зонд с датчиком Холла и катушкой, регулируемый источник посто янного тока, источник переменного тока, преобразователь напряжения, фильтр и ре гистрирующий прибор Г2).

Недостатком извес.тного устройства является то, что напряжение электромагнеетной наводки, возникаемое на электродах катушки, поступает на вход преобразователя напряжения и приводит к изменению управляющего тока датчика Холла, а следовательно, к снижению точности измерений. Кроме того, необходимость уста новки на измерительном зонде катушки приводит к увеличению геометрических размеров зонда и не позволяет производить измерения в узких (менее 1 мм) зазорах .

11ель изобретений - повышение точности измерений магнитных полей в узких зазорах.

Поставленная дель достигается там, что в магнитометре, содержащем измерительный зонд с датчиками измерения магнитной индукции и термокомпенсапии, два регулируемых источника постоянного тока, к которым подключены входные

15 з 8407 электроды обоих датчиков соответс1венно, и регистрирующий прибор, введен блок измерения отношения напряжений, входы которого подключены к выходным электродам датчиков, а выход — к регулируемому источнику постоянного тока датчи.ка измерения магнитной индукции, при этом датчики выполнены из нитевидных кристаллов, а измерительная часть зонда иэ медной фольги, при этом в месте lo расположения датчиков выполнен пррдоль ный паз, глубина которого превышает высоту датчика.

На фиг. 1 схематически представлен измерительный зонд, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — функцио-. нальная схема магнитометра.

Магнитометр содержит измерительный зонд 1, выполненный в виде пластины 2.

К нижней части конца пластины 2 подпаяна полоска 3 . медной фольги, ширина которой равна ширине этой пластины.

К верхней. части пластины 2 подпаяно две полоски 4 и 5 фольги, ширина кото25 алых равна одной трети ширины пластины.

Свободный конец полоски фольги спаян со свободными концами полосок 4 и 5 фольги так, что образуется продольный паз, внутри которого установлен датчик

6 измерения магнитной индукции и датчик

7 TapMoKoMGBHcalLHH, датчик 6 измерения магнитной индукции представляет собой датчик Холла, и готовленный из нитевидного кристалла, например антимонида индия, и обладает высокой чувствительностью к магнитному полю, при этом имеет большой температурный коэффициент выходного сигнала, Иатчик 7 термокомпенсации также выполнен 4

40 в виде датчика Холла из нитевидного кристалла, например антимонида индия однако обладает слабой чувствительностью к температуре и к магнитному полю. Такое отношение между чувствительностью 4g датчиков 6 и 7 к магнитному полю и температурным дрейфам выходного напряжения достигается благодаря тому, что датчик 6 измерения магнитной индукции изготовлен из нитевидного кристал- 50 ла антимонида индия, специально легированного, и поэтому имеющего низкую концентрацию свободных носителей тока ("10" см ), а датчик 7 термокомпен1ь сации изготовлен из нитевидного кристалла антимонида индия, легированного в процессе роста, так, что концентрация свободных . носителей тока составляет

5 10" см . Благодаря применению ниi4B

73 тевидных кристаллов размеры датчиков

6 и 7 малы.

Выходные электроды 8 и 9 датчика

6 измерения магнитной индукции и вы,— ходные электроды 10 и 11 датчика 7 термокомпенсации подключены к входу блока 12 измерения отношения напряжений.

Выход блока 12 подключен к входу регулируемого источника 1 3 постоянного тока, выход которого подключен квходным электр родам 14 и 15 датчика 6 измерения магнитной индукции. Входные электроды, 16 и 17 gamma 7 подключены к регулируемому источнику 18 постоянного тока, а регистрирующий прибор 19 подключен к выходным электродам 8 и 9 дат я4ка 6.

Устройство работает следующим образом.

Измерительный зонд 1 помещается своей концевой частью в зазор, в котором необходимо измерить магнитную индукцию. Благодаря конструкции измерительного зонда 1 и применению нитевидных кристаллов для изготовления датчиков 6 и 7 концевая часть измерительного зонда имеет малую толщину, что дззволяет производить измерения в зазорах порядка 0,1 мм.

При наличии в зазоре магнитного поля на выходных электродах 8 и 9 дач чика 6 измерения магнитной индукции и выходных электродах 10 и 11 датчика

7 термокомпенсации возникают напряжения „и 02 соответственно. Эти напряжения поступают на вход блока 12 измерения отношения напряжений, на выходе которого возникает сигнал, пропор жональный отношению напряжений Q и Ц

Ц =К-, (1)

Ц где К - коэффициент передачи блока 12.

Напряжение Ц, поступая на вход регулируемого источника 13 постоянного тока, вызывает изменение выходного тока, протекающего через входные элект роды 14 и 15 gamma 6 измерения ма нитной индукции, что, в свою очередь, приводит к изменению напряжения на его выходных электродах 8 и 9 и к последующему изменению напряжения на выходе блока 12 измерения отношения напряжений. Процесс изменения тока будет продолжаться до тех пор, пока на выходе блока 12, а следовательно, на входе ре5 840773 6 гулируемого источника постоянного тока, Из формулы (5) находим, что чувст- не установится определенное значение вительность магнитометра к магнитному напряжения 0, при этом напряжения полю равна

Ц» и Ч соответственно равны.

U = К„(т) э„- ь .ЙЬ Яаy >

1 (2) ав к 22

rgeKPO)- значение удельной чувствитель ности датчика 6 при некоторой температуре Т>

Из формулы (6) следует, что чувст вительность магнитометра к магнитному полю определяется чувствительнос тью датчика 6 измерения магнитной индукции.

Температурный коэффициент выходного сит нала — — — — — — — — (7)

4 аО„Ч0 . М V«au тат К штат К т ат определяется температурным коэффициентом выходного сигнала датчика 7 термоком пе нса ции.

Таким образом, в предлагаемом устройстве совмещается высокая чувствителъ ность к магнитному полю с низким температурным коэффициентом. (lo

1 К Ят) 2. (4) 30 формула изобретенИя

Ц=", К...р, «нд (5) (4.- 2(2 где К (T ) — удельная чувствительность т датчика 6 измерения магнит ной индукции (величина, сити но зависящая от температуры

К (Г ) — удельная чувствительность

2 датчика 7 термокомпенсации (величина, не зависяптая от температуры )-; — ток протекающий через элект

Э роды 14 и 15 датчика 6, — ток протекаюший через элек- 0

2 троды 16 и 17 датчика 7; т5 — индукция измеряемого маг-нитного поля.

Подставляя выражения (2) и (3) в т5 формулу (1) и учитывая, что .е установившемся состоянии U = Чо, находим

Изменение температуры приводит к изменению удельной чувствительности датчика 6, а следовательно, и к изменению напряжения Ч . Напряжение U2 на выходных электродах 10 и 11 gaw

35 чика 7 от температуры не зввисттт, поэтому изменение температуры приводит к тому, что напряжение на выходе блока 12 измерения отношения напряжений

40 становится отличным от UD, что вызывает изменение тока, протекаютпего через входные электроды 14 и 15, в резулт тате чего изменится напряжение на выходных электродах 8 и 9 датчика 6 из45 меренин магнитной индукции. Птюцесс будет продолжаться до тех пор, пока нв выходе блока 12 не установится первоначальное значение напряжения UO, при этом ток протекающий через входные

50 электроды 14 и 15 датчика 6 будет также определяться по формуле (4), Подставляя формулу (4) в выражение (2), находим, что напряжение И. поступаемое на вход регистрируюшего

55 прибора 19, равно

Магнитометр, содержацтий измерительный зонд с датчиками измерения магнит ной индукции и термокомпенсаиии,, два регулируемых источника постоянного тока, к которым подключены входные электро ды обоих датчиков соответственно, и регистрируютпий прибор, о т л и ч а юпт и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок измерения отношения напряжений, входы которого подключены к выходным электродам датчиков, а выход- к регу лируемому источнику постоянного тока датчика измерения магнитной индукции, при этом датчики выполнены иэ нитевидных кристаллов, а измерительная часть зонда иэ медной фольги, при этом в месте расположения датчиков выполнен продольа ный паэ, глубина которого превышает высоту датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Петрушко И. A. и Шелкин А. П.

Миниатюрные преобразователи Холла для определения топографии магнитного полн."Автометрин",- 1970, с. 55-56.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 631827, Кп. 501R 33/06, 1978.

840773

Фиа 2

Составитель Г. Семенова

Техред Л, Ач

Редактор С. Родикова

Корректор JI. Иван

Под ис ное

Фянннп ППП Патент, г. ужгород, уп. Проектная, 4

Заказ 4 755/66 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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