ЛАБОРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ ФЕРРОЗОНДОВОГО ДАТЧИКА

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлено описание макета для учебных лабораторий вузов и специализированных образовательных учреждений. Данный макет позволяет осуществить лабораторные работы по диагностике и рассмотрению свойств магнитных полей. Рассматривается принципиальная схема установки на примере дифференциального феррозонда. Описываются основные свойства феррозондового датчика.

Ключевые слова: магнетизм, феррозонд, дифференциальный феррозонд.

В наше время учение о магнетизме является одним из главных разделов современной физики. Магнитные свойства вещества применяются довольно широко. Без магнитных материалов и без знания магнитных явлений люди не имели бы таких значимых отраслей науки и техники, как производство и передача на расстояние электроэнергии, приборостроение, автоматика, телефония, радио и др. Во многих отраслях современной промышленности в той или иной степени используются магнитные материалы и магнитные явления.

Необходимость регистрации этих явлений и производства соответствующих измерений возникла еще в древние времена, почти сразу же с открытием самих магнитных свойств некоторых материалов. Одной из первых наук, занимавшейся изучением магнитных явлений была наука о геомагнетизме. Основы ее были заложены в период между XIII и XVI столетиями. Уже в те времена требовались даже самые простейшие в своем устройстве приборы для проведения измерений и регистрации необходимых явлений, связанных с магнетизмом.

Предполагается разработать макет феррозондового датчика магнитного поля и использовать данную установку для изучения свойств магнитного поля студентами во время лабораторных занятий.

Актуальность исследования объясняется прежде всего потребностями практики в получении достоверных оперативных данных о состоянии магнитных полей в данной области, а также необходимостью наглядного представления процессов, связанных с изучением магнитных полей.

Существует огромное число модификаций феррозондов. Они различаются по режиму работы, способу наложения вспомогательного поля, конструктивному исполнению и др. [1] Безусловно, феррозондам характерны общие свойства. Их мы рассмотрим на самом простом в своем устройстве – дифференциальном феррозонде.

Рисунок 1. Схема (а) и конструкция (б) дифференциального феррозонда: 1 – сердечники (пермаллоевые), 2 – первичные обмотки, 3 – вторичные обмотки, 4 – внутренние каркасы, 5 – пазы для сердечников, 6 – внешний каркас, 7 – чехол, 8 – выводные контакты.

В дифференциальном феррозонде первичные обмотки соединены так, что протекающий по ним ток создает в объеме сердечников поля, равные по величине, но противоположные по направлению. При наличии внешнего поля, которое направлено вдоль сердечников, в объеме одного из них будет действовать разность напряжений, а в объеме другого, соответственно, сумма напряжений [2]. В рассматриваемой картине сердечники идентичны.

Появление э.д.с. во вторичной обмотке дифференциального феррозонда с идентичными, как ранее упоминалось, сердечниками возможно только при наличии постоянного поля и оказывается пропорциональной этому полу, в отличии, например, от пассивных индукционных датчиков. Кроме этого, выходная э.д.с. имеет удвоенную частоту. Она характерна для работы феррозонда. Стоит отметить, что принципиально дифференциальный феррозонд может работать также и на основной частоте [3].

Возможность работы на той или иной гармонике позволяет судить и о соответствующих порогах чувствительности феррозонда. Под порогом чувствительности понимают наименьшее значение измеряемой величины, способное вызывать заметное изменение выходного параметра прибора или устройства. В феррозонде данное наименьшее значение можно определить через уровень помех. Соответственно, основным свойством, которым обладает феррозонд, является то, что данный прибор – это датчик активного типа, преобразующий действующую на него напряженность внешнего постоянного поля в э.д.с., кратную по частоте питающему его переменному току. Кроме этого, феррозонд является относительным индикатором поля. Измеренные с его помощью значения параметров представляют собой результат сравнения напряженностей внешнего поля с величинами того же наименования.

Таким образом, феррозонд является наиболее надежным и помехоустойчивым датчиком магнитного поля. При малой потребляемой мощности он отличается высоким КПД. Магнитный усилитель имеет незначительные размеры и вес, а также прост в изготовлении. В силу отмеченных свойств и эксплуатационных характеристик феррозонды становятся актуальными и находят все более широкое применение в различных устройствах измерительной техники и автоматики.

Список литературы:

1. Баранова В. Е. Измерение слабого магнитного поля на основе феррозондового датчика: Автореф. дис. канд. техн. наук. – Томск, 2015. – 7 с.
2. Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т.2. Изд. 2-е, доп. – М: ДМК Пресс, 2014. – 887с.
3. Афанасьев Ю. В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 188 с.