прибор, так и внешний выход (порядка нескольких вольт), на осциллограф или на схему регулирования.

На рис. 13-14 иредставлепа модель 240 прибора фирмы Белл с 12 поддиапазонами от 0,1 до 30 000 Э и точностью 1%.

Интересны.м с точки зрения схемы измерений и температурной компенсации является прибор ИМИ-3 (Е11-3), описанный Воейковым [Л. 568] и имеющий следующие технические данные: измерительный диапазон 100-16 000 э, точность ±1,57о ±1 э; диапазон

Рис. 13-14. Измеритель магнитной индукции фирмы Белл.

рабочих температур - 30-ь-(-50°С; температурная погрешность ±0,3%/10°С. В нем использован датчик Холла из германия с удельным сопротивлением 2-3 ом-см и размерами 2,7X2,7X0,4 мм. Такие высокие параметры получены благодаря применению:

1) переменного упра-вляющего тока;

2) компенсационного метода измерения напряжения Холла;

3) термостатирования датчика Холла. Блок-схема прибора представлена на рис, 13-15.

На рис. 13-16 дана схема компенсационной системы. Датчик Холла питается от усилителя мощности через трансформаторы переменным током 1х с частотой 1 кгц. Напряжение Холла и компенсирующее его напряжение Ub с потенциометра D уравниваются в сеточной цепи первой лампы указателя равновесия на резисторе Яз. В целях устранения взаимного влияния датчика Холла и потенциометра в цепь включены дополнительные сопротивления ii и Ri. Опорное наиряжение Uo и напряжение с делителя Ud на резисторе Ra пропорционально IНапряжение Холла Uh и напряжение ин, созданное датчиком Холла на резисторе Rs, пропорциональны току 1х, а следовательно, и току /j. Ввиду этого

UH = mHh, а Uh=npIi,

где т и « - коэффициенты пропорциональности, /7-отсчет с потенциометра.

Рис. 13-15. Блок-схема компенсационного измерителя напряженности магнитного поля типа ИМИ-3 (Е11-3) [Л. 568].

Г -генератор; У], Уг - усилители: К - компенсационная схема; О -указатель равновесия; X - датчик Холла; Я - регулятор температуры.

В момент равновесия Uh=Vd, и в это время отСЧет с ttoteil-циометра р=(т1п)Н не зависит от тока Д. Благодаря этой особеи-чости схемы изменение напряженпя питания, а также замена ламп усилителя мощности ие вызывают дополн]!тельных погрешностей.

Разность напряжений Uц и ип после усиления в четы-рехкаскадиом избирательном усилителе подается на иидика-tojt" равновесия. Чувствительность усилителя датчика равновесия при частоте 1 кгц со-став,)яет 5-7 мк.а, что соответствует измеряемой иапряженности поля примерно 0,7 э.

Как уже отмечено, прибор, благодаря термостатироваиию датчика Холла, работает в очень широком интервале температур. С этой целью датчик Холла помещен в небольшой пл-туниый корпус, на который навита обмотка нагревателя, внутри корпуса также помещен терм.и-стор К.НТ-М. Датчик .Холла имеет тепловую изоляцию от стенок корпуса, зато термистору обеспечен непосредственный и хороший контакт как с обмоткой нагревателя, так и с корпусом. При такой конструкции изменения температуры корпуса быстро передаются термистору и .относительно мало воздействуют на датчик Холла.

Упрощенная схема регулятора температуры дана на рис. 13-17. Термистор КМТ-,11 включен в ветвь моста, составленного из сопротивлений R, R2, Rj. Мост уравновешен при температуре 55° С. Если температура дойдет до 56,5° С, неуравновешенность моста приводит к срабатыванию реле Р, включенного между лампами Л\ и Лг. При этом последовательно с нагревателем включается сопротивление Rs, мощность нагревателя уменьшается и температура корпуса начинает снижаться. Если температура корпуса достигнет 53,5° С, изменение активного сопротивления термистора приводит к срабатыванию реле в противоположном направлении. Периодическое колебание температуры корпуса, составляющее ±1,5° С, не передаются датчику Холла, так как полный цикл смены

Рис. 13-16. Принципиальная схема компенсационной цепи измерителя ИМИ-3 (Е11-3) [Л. 568].

температуры составляет iS-30 сек. Изменения температуры датчика Холла составляют только ± (0,1 ±0,25)° С.

Прибор Е11-3 оснащен зондами двух типов:

1) тип «М» с размерами 6X10X60 мм служит для измерения полей постоянных магнитов;

2) тип «С» с размерами 0 10x120 мм -аля измерения полей в соленоидах.

Тепловой режим датчиков устанавливается по истечении 5- 10 мин. Продолжительность измерения 0,5-1 мин.

На рис. 13-18 изображена принципиальная схема прибора для диапазона 0,05-17 000 э с точностью ±1%±0,05 э при окружающей температуре (20±5)°С и абсолютной влажности до 80%. Она позволяет также проводить абсолютные измерения топографии поля с точностью 1-3%, а также флюктуации поля в одной точке. Датчик Холла с размерами I-Т-1 2,0X1,7X0,6 мм, выполнен-

ный из л-Qe с удельным сопротивлением 5 ом см, питается синусоидальным током с частотой 2 500 гц.

Область применения датчиков Холла распространяется также на измерение очень слабых магнитных полей - порядка изменений напряженности земного поля, т. е. 10~5 э. Практическое решение этой проблемы ограничено порогом чувствительности измерителя напряжения Холла, а также отношением полезного напряжения к напряжению шумов и различных помех.

Порог чувствительности усилителя постоянного и переменного токов определен стабильностью нуля и составляет около 0,1 мкв. Главным источником помех напряжения Холла является нестабильность остаточного напряжения. В датчиках Холла, выполненных из InAs, изменения остаточного напряжения при номинальной нагрузке не превышают 0,1 мкв [Л. 194] (для германиевых датчиков Холла это значение в несколько десятков раз выше). Максимальная чувствительность датчика Холла из InAs составляет 0,05 мкв/мэ. Увеличить чувствительность можно одним из способов, указанных о § 13-1. Чаще всего используют концентраторы. Подробные исследования этого вопроса содержатся в работе Хиронимуса и Вайса [Л. 194]. Применяя концентраторы из мюметалла, а также специально подобранные датчики Холла из InAs, оии получили чувствительность 2,3- 10= э/дел (в совокупности с усилителем) и 2,6- 10- э/дел для переносного прибора без усилителя.

Рис 13-17. Система термостатирования датчика Холла в измерителе ИМИ-3 (Е11-3) [Л. 568].

На рис. 13-19 дана упрощенная принципиальная схема магнитометра на основе датчика Холла с концентраторами [Л. 519].

Напряжение с датчика Холла / через потенциометр 2 подается на транзисторный усилитель 3 и измеряется прибором 4. Датчик Холла (FA23 фирмы «Сименс») питается переменным током частотой 1 ООО гц от генератора 5. Источником питания усилителя является сухая батарея 2X4,5 в (б), а генератора - железно-никелевый аккумулятор 12 в (7).

От аккумулятора питаются обмотки: * -компенсирующая остаточное напряжение датчика Холла и 9 - компенсирующая напряженность земного поля. Обе эти обмотки помещены на концентраторах 10. Остаточное напряжение зависит от величины управляющего

Рис. 13-19. Упрощенная схема измерителя напряженности магнитного поля с концентраторами [Л. 519].

тока. Следовательно, ток в компенсирующей обмотке 8 должен быть всегда пропорционален управляющему току. Оба тока уравниваются перед началом измерения по показаниям прибора 4, причем ток в обмотке 8 корректируется по значениям управляющего тока. Одновременное измерение исключает влияние температуры иа точность измерения.

После переключения прибора на измерение тока в обмотке 9 последний устанавливается по черте, обозначенной на шкале прибо-

>а. Тогда напряженность возбуждающего поля составляет I э.

i поддиапазоне 1 э стрелка прибора (после подключения его к выходу усилителя) устанавливается на конец шкалы при помощи соответствующей регулировки усиления усилителя 3. До регулирования датчик необходимо установить в перпендикулярном к линии земного ноля положении или в таком направлении, чтобы при выключенном токе в обмотке 9 стрелка прибора стояла на пуле.

Применяемые концентраторы из сплава 1040 с начальной проницаемостью 40 000 гс/э имеют размеры 0 10X300 мм (общая дли-216

на 600 мм) и дают усиление индукции в 350 раз. ФазочувсТВиТеЛЬ-ный усилитель на транзисторах имеет выходную чувствительность около 1 мкв/дел. Измерительные диапазоны 0-3, 10, 100, 300 и 1000 мэ. В диапазоне 3 мэ чувствительность составляет Юу/дел. Точность ±1,5%. Здесь необходимо обратить внимание на трудности, появляющиеся при градуировке прибора и связанные с флюк-туацнями напряженности земного поля.

Миллигэп и Берджес [Л. 334] добились огромной чувствительности датчиков Холла благодаря примеиеиию низких температур. Известно, что подвижность носителей тока и коэффициент Холла, а значит и напряжение Холла, сильно увеличиваются при понижении температуры.

Датчик Холла из InSb (при управляющем токе 350 ма), помещенный между концентраторами, при температуре 78° К в поле с напряженностью 1 э дает напряжение, равное il в, что соответствует чувствительности почти 3 000 в/а-кгс, а без концентраторов 30 в/а-кгс. Для сравнения отметим, что чувствительность датчика Холла фирмы «Сименс» FC33 при 300° К составляет 0,145 в/а кгс.

Видер [Л. 504] изготовил магнитометр на датчике Холла для измерения напряженности переменного поля в диапазоне 100 гц - 5 Мгц. С целью получения большой вольтовой чувствительности датчик Холла, изготовленный методом вакуумного напыления антимонида индия (размеры 1,6 • 10-X2,4X4,8 жл, коэффициент Холла 155,3 cM-k-), вставляется в зазор между ферритовыми концентраторами, а для питания используется импульсный ток прямоугольной формы. Минимальное значение измеряемого поля при 1 кгц составляет 1,8 мэ, а при 5 Мгц - 1 э. Линейность выходного напряжения была не ниже ±2% в диапазоне 10~-10 э. Чувствительность маг-, питометра, по мнению автора, можно значительно увеличить соответствующим подбором параметров импульса управляющего тока и улучшением конструкции концентраторов.

13-3. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Измерение напряженности переменного поля с помощью датчиков Холла производится гораздо реже, чем измерение постоянного поля, поскольку в большинстве случаев достаточно точными являются измерения индукционным методом - измерение э. д. с, индуктированной в неподвижной катушке, которая может иметь достаточно малые размеры.

Однако э. д. с, возникающая в катушке, пропорциональна ие только напряженности (индукции) магнитного поля, но и частоте этого поля. Следовательно, в случае полей переменной частоты целесообразнее применять в качестве измерителя датчик Холла.

Из промышленных образцов только фирма Bell предлагает приборы для измерений переменных полей, а именно прибор модели 350 с диапазоном измерений от 0-100 э до 0-3 кэ (при использовании специального высокочувствительного зонда можно проводить изме-