состояния происходит по несимметричному циклу (рис. 5-23). В этом случае переменная составляюшая индукции содержит и четные гармоники. Экспериментально показано, что амплитуда второй гармоники Вгтах на некотором интервале изменения постоянного поля линейно связана с Не-Таким образом, уравнение преобразования измеряемого магнитного поля в электрический сигнал имеет вид:

где Е2тах - амплитуда второй гармоники ЭДС, наводимой в измерительной катушке.

Рис. 5-24. Принцип дей- ствия механических пре- образователей, основанных на взаимодействии магнитного поля и витка с током.

Рис. 5-25. Принцип действия механических преобразователей, основанных на взаимодействии магнитного поля с постоянным магнитом.

Для измерения индукции и напряженности поля широко используются методы взаимодействия измеряемого поля с полем вспомогательного тока и полем постоянного магнита. Если в контуре, расположенном в магнитном поле (рис. 5-24), протекает ток /, создается вращающий момент

Л/вр = /5Bsina,

где S - площадь, охватываемая контуром; а -угол, образуемый плоскостью контура и вектором индукции В.

При создании противодействующего момента Ра, равного Мер (Р ~ удельный противодействующий момент) в состоянии равновесия, справедливо соотношение

Pa = ISB&ma,

откуда и вытекает уравнение пребразова-ния

= f 5 = /(В). sma Р

На этом методе основаны магнитные весы, позволяющие с большой точностью измерять магнитную индукцию. Применяется этот метод также в устройствах отбраковки постоянных магинтов.

Метод взаимодействия измеряемого поля с полем постоянного магнита (рис. 5-25) нашел практическую реализацию в магнит-

ных компасах, буссолях, теодолитах, астатических магнитометрах и других приборах, предназначенных для работы в полевых условиях.

Для измерения слабых магнитных полей иногда используют явление магнитост-рикцин, заключающееся в относительном изменении размеров тела под действием магнитного поля или, что то же самое, с изменением его намагниченности. Большим ограничением использования явления магии-тострикции в практике измерений является влияние на коэффициент преобразования внешних механических воздействий.

Кроме рассмотренных явлений для измерения магнитных величии могут быть использованы и другие эффекты, ие получившие пока широкого распространения в практике. К иим относ-1тся эффекты Фара-дея, Зеемана, Керра, Коттона-Мутона; Джозефсона и др. [5-13, Б-14].

Методы измерения магнитных величин лежат в основе испытаний магнитных материалов. Все ферромагнитные материалы делятся иа магнитио-твердые (МТМ) и магнитно-мягкие (МММ). Первые используются в качестве источников постоянных магнитных полей (постоянные магниты ПМ). Для них к настоящему времени сложились три направления испытаний: исследование свойств МТМ, производственный контроль образцов МТМ, производственный контроль постоянных магнитов. При исследовании свойств МТМ необходимо получать достаточно полную информацию о свойствах материала: начальная кривая намагничивания, предельная петля магнитного гистерезиса, кривые возврата для различных точек размагничивающего участка и др. Измерение индукции производится, как правило, индукционными и гальваномагнитиыми преобразователями. Измерение напряженности поля обычно сводится к измерению тока в намагничивающих устройствах или получению информации о тангенциальной составляющей напряженнности поля от индукционных или гальваномагнитных преобразователей. Перемагничиваиие МТМ может быть осуществлено постоянным и переменным полем [5-15, 5-21, 5-22]. При намагничивании материала постоянным полем получаются статические характеристики. При иепре- рывном циклическом изменении поля получаются динамические характеристики, которые в инфранизком диапазоне частот перемагничивания могут быть приближены к статическим с необходимой точностью.

Для обеспечения правильности процесса производства МТМ и соответствующей коррекции технологического режима контролируются наиболее важные отдельные параметры материала, в частности, коэрцитивная сила Не. Алгоритм получения . сводится к фиксации нулевых значений магиитной индукции или намагниченности и отсчету напряженности поля.

В основе классификационных признаков контроля постоянных магнитов лежат вид

контролируемых параметров, способ получения информации. Различают контроль по магнитному потоку в системе, близкой к рабочей; контроль по размагничивающему участку. По способу, получения выходной информации различают устройства с непосредственным отсчетом и дифференциальным способом измерения - получением информации в виде разности характеристик образцового и испытуемого ПМ.

Магнитно-мягкие материалы характеризуются магнитными параметрами, измеряемыми в постоянном и переменном полях. Согласно [5-16] основными измеряемыми характеристиками в постоянных полях для МММ являются: оснозиая кривая иамагии-чивания, предельная петля гистерезиса и ее параметры (Вг, Не), начальная и максимальная магнитные проницаемости. ГОСТ 15058-69 устанавливает в качестве основного балластический метод исследования свойств материала. В настоящее время в связи с разработкой промышленностью унифицированных электронных устройств широкого применения получил распространение метод непрерывного медленно изменяющегося поля [5-17].

В переменных полях основными характеристиками МММ являются основная динамическая кривая намагничивания, динамическая петля гистерезиса, комплексная магнитная проницаемость и удельные потери. Кроме того, в зависимости от частотного диапазона испытания существует еще целый ряд определяемых характеристик и параметров. Наиболее часты испытания МММ в частотном диапазоне 50 Гц-10 кГц. Основными методами испытания в этом диапазоне частот согласно ГОСТ 18334-73 являются: индукционный с использованием амперметра, вольтметра, ваттметра; индукционный с использованием фазочувствитель-ных приборов (феррометрический); индукционный с использованием потенциометра переменного тока; индукционный с использованием феррографа (осциллографический); индукционный с использованием стробоскопических преобразователей; параметрический (мостовой).

Индукционные методы характеризуются измерением ЭДС, индуктированных в измерительных катушках. Использование амперметра и вольтметра дает возможность определения динамической относительной проницаемости. Являясь наиболее простым, этот способ измерения обладает большой погрешностью (до 10%) и не обеспечивает возможиости определения потерь в образцах. Использование ваттметра стандартизировано для определения потерь в образцах из МММ. Преимуществами ваттметрового способа являются простота и высокая производительность, сравнительно небольшая для промышленных испытаний погрешность измерения (5-8%), широкий частотный диапазон испытания (до 10 кГц) [5-18-5-20]. К недостаткам следует отнести малый объем информации и увеличение погрешностп при перемагничивании до индукции свыше

1,2 Тл из-за отклонения формы кривой от синусоидальной.

В основу феррометрического способа измерения положено определение мгновенных значений периодических иесинусо-идальных величин с помощью фазочувстви-тельиых приборов. Связь среднего значения производной функции и мгновенного значения самой фун1щии является здесь основой использования инерционных приборов для регистрации динамических характеристик МММ:

t+T/2

fSwB,

где £ср -среднее значение ЭДС измерительной Катушки.

К преимуществам феррометрического способа измерения относятся: малая погрешность (2-5%); возможность определения большого .числа магнитных характеристик, в том числе и расчета потерь. Недостатками способа являются ограниченность размеров образцов и частотного диапазона; длительность процесса измерений и обработки результатов; относительно высокая стоимость устройств.

Осциллографический способом пользуются для измерения и визуального наблюдения основной динамической кривой намагничивания, семейства симметричных петель гистерезиса, потерь в образцах на частотах от 50 до 500 Гц. К недостаткам способа следует отнести необходимость замеров на экране осциллографа, что связано с увеличением объективных и субъективных погрешностей отсчета.

Наиболее точным из индукционных методов испытания МММ является потенцио-метрический, основанный на измерении сигналов, пропорциональных В и Я, с помощью потенциометров переменного тока. Этим способом определяются зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля, составляющие комплексной магнитной проницаемости, полные потери. Достоинствами способа являются вы--сокая точность измерения и широкий диапазон измеряемых величин. К недостаткам относятся: длительность процесса измерения, высокая стоимость используемой аппаратуры и ее сложность.

Сущность стробоскопического способа измерения заключается в том, что исследуемые периодически изменяющиеся сигналы произвольной формы умножаются на так называемый строб-импульс. При этом перемножение в каждом последующем периоде происходит со сдвигом во времени на некоторый интервал (шаг считывания) по отношению к предыдущему. В результате можно произвести и затем воспроизвести считывание всего периода исследуемого сигнала по точкам. Это дает возможность подобно феррометрическому способу использования для регистрации быстроизме-

ияющихся процессов инерционных самопишущих и цифропечатаюших приборов. Основным достоинством стробоскопического способа измерения является возможность получения документальной информации о характеристиках ФММ в процессе перемагничивания последних.

Параметрический метод испытания магнитных материалов заключается в определении индуктивности и сопротивления катушки с испытуемым магнитопроводом путем уравновешивания мостовой схемы. В основном этот метод предназначен для определения характеристик в области слабых полей. Преимуществами его являются: высокая точность измерения, широкий частотный диапазон испытания. К недостаткам относятся: зависимость результатов измерения от индуктивных и емкостных помех, создаваемых элементами схемы измерения; увеличение погрешности на низких частотах испытания; сложность и длительность процесса испытания.

Существуют и другие методы испытания МММ в динамическом режиме перемагничивания, однако технико-эксплуатационные характеристики устройств на их основе не эффективны в условиях массовых испытаний, поэтому оии не рассматриваются.

5-17. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН

Основными классами средств магнитных измерения являются: магнитные меры; магнитоизмерительные преобразователи; магнитоизмерительные приборы, установки и системы.

Магнитные меры разделяются на меры магнитного потока, магнитной индукции, магнитного момента. К магнитным мерам относятся также образцы магнитных материалов.

Магнитоизмерительные преобразователи, являясь основными элементами средств

измерений, определяют рассмотренные выше методы измерения магнитных величин. Различают индукционные, феррозондовые, механические, гальваномагнитные, квантовые и другие преобразователи.

Наиболее распространенным для систематизации магнитоизмерительных приборов является принцип использования физического явления в первичных преобразователях магнитных величин. Существует классификация, позволяющая объединять различного типа приборы в группы для осуществления конкретной цели: измерение параметров переменного магнитного поля; измерение параметров постоянного магнитного поля; измерение параметров неоднородного магнитного поля и т. д. Разбиение приборов по такому признаку позволяет выработать единые критерии для оценки их метрологических и технико-эксплуатационных характеристик. Различают и другие признаки деления приборов, для ознакомления с которыми можно рекомендовать [5-13, 5-14]. Наименование прибора, установки или системы должно отражать название единицы измеряемой величины и функциональное назначение. Так как в приборах могут быть испо.пьзованы различные магнитоизмерительные преобразователи, к наименованию прибора целесообразно добавлять наименование преобразователя. В связи с этим различают: веберметры, тесламетры (индукционный, феррозондо-вый, гальваномагнитный, магиитометричес; кий, ядерный), коэрцитиметры, установки для испытания ФММ, устройства для контроля ПМ и т. д.

Веберметры. Веберметры представляют собой приборы для измерения магнитного потока. Широко применяются они для исследования магнитных свойств различных материалов и при измерении характеристик магнитных полей. Принцип действия их основан на явлении электромагнитной индукции. Элементы теории, особенности применения, эксплуатации и ремонта достаточно подробно рассмотрены в [5-23].

Таблица 5-18

Технические характеристики веберметров