рения и в диапазоне 0-1 мэ); частотный диапазон измеряемого поля 10 гц-ЗО кгц *.

Видер [Л. 504] описал лабораторный измеритель переменных магнитных полей, работающий на частотах от 100. гц до 5 Мгц.

13-4. измерение напряженности импульсных

магнитных полей

Необходимость в измерении импульсных магнитных полей появляется при исследовании ферромагнитных материалов, работающих в импульсных режимах (исследование сердечников импульсных трансформаторов, измерение полей рассеяния электромагнитных импульсных схем и т. д.). Существующие индукционные методы не позволяют непосредственно определить значения мгновенной напря-

Рис. 13-20. Блок-схема измерителя напряженности импульсного магнитного поля.

Гй -генератор импульсов; У - усилитель; О - осциллограф; ГОЧ - генератор опорной частоты.

женности поля по причине большой инерции измерительной цепи. Свойства датчика Холла делают возможным точное воспроизведение как амплитуды, так и формы измеряемого импульса.

На рис. 13-20 дана блок-схема прибора для исследования динамики импульсных магнитных полей.

Динамические характеристики поля определяют измерением распределения поля в определенном направлении в разные моменты цикла нарастания магнитного поля. Датчик Холла помещается в зазоре исследуемого электромагнита. Напряжение Холла через усилитель подведено к вертикально отклоняющим пластинам осциллографа. К усилителю горизонтального отклонения осциллографа подводится пилообразное напряжение с генератора развертки, который возбуждается от синхронизированных импульсов па выходе импульсного генератора, создающего импульсное магнитное пол.;. В этом способе запуск развертки времени синхронизируется с началом исследуемого магнитного импульса.

* Измерители магнитной индукции для переменных полей выпускаются также промышленностью СССР (например тип ИМИ-Г-70), ФРГ (тип 1074 Forster), США (тип 750 Radio Frequency Labs) {прим. ред.).

Кузьмин и Камашев [Л. 617] исследовали с помощью вышеупомянутой схемы поля в импульсных ускорителях с точностью порядка 5%.

В работе [Л. 618] описан прибор для измерения импульсных магнитных полей с диапазоном измерений 1-1 ООО э и точностью ±(2-=-3)%. Измерения проводятся с помощью стрелочного прибора и осциллографа. Длительность в пределах 20 мксек-20 мсек (выход с осциллографа) и 0,1-20 мсек (стрелочный прибор). Для компенсации влияния изменений окружающей температуры на параметры датчика Холла пспользован полупроводниковый диод. Он находится в непосредственном тепловом контакте с датчиком Холла, а электрически включен в цепь управляющего тока и соответственно его корректирует.

13-5. измерение градиента и распределения напряженности поля

Если взять два датчика Холла с одинаковыми вольтовой чувствительностью и характеристикой Uy = f(H), установить их параллельно друг другу на небольшом расстоянии, соединить встречно их холловские цепи (рис. 13-21) и поместить в однородное магнитное поле, то на приборе (mV) получим нулевое показание. Если же блок датчиков Холла находится в поле с устойчивым градиентом, то каждый из датчиков Холла будет находиться в поле с другой напряженностью и прибор покажет разность двух напряжений Холла Uyi и Uy2, являющихся мерой градиента напряженности магнитного поля. Датчики Холла могут также питаться переменным током [Л. 396].

В упомянутом уже Французском Центре ядерных исследований создана установка для определения топографии магнитного поля на плоскости (х, (/-автоматически) и в пространстве (г -вручную). Эта установка [Л. 106] создана в виде каретки на колесах, перемещающей датчик Холла в трех направлениях. Рабочий объем составляет 0,9 мЗ (2X1X0,45 м) и является достаточным для лабораторных исследований электромагнитных полей. Точность ограничена скоростью записи и составляет 30 э при поле в 15000 э, т. е. 0,2/о. Эта установка позволяет в течение 3 ч проводить исследование

Рис 13-21. Упрощенная принципиальная схема измерителя градиента напряженности магнитного поля.

поля магнита площадью 1X2

измерением через каждый

миллиметр. Применявшиеся ранее методы требовали для таких измерений до двух недель. В этом же Центре датчики Холла применяются также для многоточечной дистанционной регистрации магнитного поля магнитов синхротрона, паходящн.хся в зоне с большой радиацией. В работе [Л. 106] даны блок-схема установки, а также ее приблизительное описание.

Кроме того, необходимо упомянуть о стабилизаторах поля элек-громагнитов на основе датчиков Холла (стабильность поля порядка 0,01%). о приборе для измерения магнитного отклонения поля Земли [Л. 106], а также о компасе на датчике Холла [Л. 255 и 408].

Глава четьрнадцатдя

исследование магнитных свойств магнитных материалов

Весьма существенной проблемой при исследовании магнитных материалов является необходимость статического и непосредственного измерения магнитной индукции в магнитной цепи. Существующие методы позволяют определять только значение средней магнитной индукции, так как измеряется суммарный магнитный поток во всем сечении образца. Это сечение должно быть при этом достаточно больщим, чтобы обеспечить соответствующую чувствительность измерения. Определение индукции опирается, таким образом, на предположение об однородности распределения индукции в поперечном сечении образца. Понятно, что это предположение является причиной погрещностей, вызываемых неоднородностью магнитных материалов и т. п. Существующие до сего времени методы измерения индукции требовали или применения импульсного питания (что приводило к погрещностям от вихревых токов магнитного гистерезиса), или же перемещения измерительной катущки (что удлиняло время измерения, затрудняло измерение, а также требовало изготовления особой измерительной катущки для каждого вида образца).

Датчики Холла, наряду с известными возможностями статического измерения полей в зазорах, позволяют в некоторых случаях измерять магнитную индукцию в условиях практически замкнутой магнитной цепи; длина зазора, необходимого для помещения датчика Холла, может составлять 60 мкм в случае пленочного датчика Холла и менее 1 мм в случае датчика Холла, изготовленного из кристаллических материалов.

На рис. 14-1,а, б {Л. 763] показаны два способа помещения датчика Холла X в цепь пермеаметра для исследования постоянных магнитов.

Размещение датчика Холла в соответствии с рис. 14-1,а позволяет непосредственно измерять индукцию в магните М. Этот способ подходит для очень тонких датчиков Холла, так как больщой зазор приводит к изменению распределения индукции вдоль образца и к значительному увеличению потока рассеяния Фу, что сильно ухудщает точность измерения (тем больще, чем короче образец и длиннее зазор). 220

Если толщина датчика Холла превыщает 100 мкм, его надо разместить так, как показано на рис. 14-1,6. В случае размагничивания образца на датчик Холла действует поток магнита Фм и поток размагничивающих катущек Фс. С целью устранения влияния потока катущек на датчик Холла в цепь катущек включен магнитный щунт, которым определяется величина компенсационно-

Рис. 14-1. Способы размещения датчика Холла в магнитной цепи пермеаметра.

ГО напряжения в зависимости от длины образца и независимо от его сечения и материала. Размещение катущек вблизи середины ярма также значительно уменьщает влияние потока рассеяния катущек на датчик Холла.

Сравнение результатов, полученных при помощи датчика Холла и индукционно-импульсным методом, показало их совпадение с точностью 3-6%.

Другим свойством датчиков Холла, существенным для исследования магнитных материалов, является возможность статического и непосредственного измерения напряженности магнитного поля в исследуемой цепи. Используемые до настоящего времени для этой цели катущки Рогов-ского имеют значительно ббльщие размеры, не дают непосредственно результата измерения и требуют смены положения катущки.

Как известно, тангенциальные составляющие напряженности магнитного поля на границе ферромагнитного тела и воздуха равны. Кроме того, если к исследуемому телу, которым является, например, пластина Я из ферромагнитного материала, перпендикулярно приложить

Рис. 14-2 Измерение тангепциаль-иой составляющей напряженности магнитного поля На с .помощью одного датчика Холла X.

датчик Холла X с возможно малыми размерами (рис. 14-2), то, измеряя тангенциальную составляющую напря-женносТИ магнитного поля в воздухе рядом с поверхностью исследуемого тела, мы измеряем тем самым тангенциальную составляющую напряженности поля внутри этого тела.

Диапазон измерений тангенциальной составляющей напряженности, требующийся на практике, например при измерении коэрцитивной силы постоянных магнитов,

простирается от долей эрстеда до 1 ООО э. Измерения напряженности поля порядка 10 э и больще могут быть осуществлены с помощью одного датчика Холла с точностью 1-2%. Измерение меньших значений поля требует применения системы двух датчиков Холла с целью компенсации погрещно-стей от собственного поля датчика Холла, возникающего при протекании управляющего тока.

На рис. 14-3 показана система из двух датчиков Холла Х и Х<1, управляющие токи которых и /2 имеют взаимно противоположное направление, а выводы соединяются так, что дают сумму холловских напряжений Uv = Uyj+iUy2. Такое рещение позволяет измерять тангенциальную составляющую величиной 10 мэ с точностью ±1%. Всесторонний анализ этого устройства дали Курт и Хартель{Л. 279].

Фирма «Сименс» производит датчики Холла двух типов для измерения тангенциальной составляющей напряженности поля!; ТС21-единичный датчик Холла с чувствительностью 8,4 мв/кгс и размерами а = 4 мм и Ь = 2 мм, а также TC21d - система из двух датчиков Холла с чувствительностью 10 мв/кгс и площадью поверхности 0,05 см". Расстояние края полупроводникового элемента от поверхности основного корпуса, а значит и от поверхности исследуемого тела еоставляет 0,1 мм.

Рис. 14-3. Измерение тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля с помощью системы из двух датчиков Холла Xi и Xj.

См. каталог кристаллических датчиков Холла в конце книги.

Тангенциальный датчик Холла ВН207 фирмы Bell отличается весьма малой площадью, которая составляет 0,002 см\

Описанные выще способы измерения магнитной индукции и напряженности поля, благодаря возможности быстрого, непосредственного и практически точечного измерения полей рассеяния и исследования распределения полей, позволяют также усовершенствовать ряд приборов, предназначенных для исследования свойств магнитномягких материалов и постоянных магнитов.

14-1. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

Датчики Холла можно успешно использовать для исследования петли гистерезиса магнитномягких материалов в разомкнутой цепи [Л. 529]. При этом к усилителю горизонтального отклонения осциллографа О (рис. 14-4) подается напряжение с сопротивления R, пропорциональное току намагничивания /„, а следовательно.

Рис. 14-4. Упрощенная принципиальная схема для исследования магнитной петли гистерезиса.

И напряженности поля в образце Е. Здесь можно использовать также и тангенциальный датчик Холла, выходное напряжение которого было бы прямо пропорционально напряженности магнитного поля в образце Е.

С датчика Холла, на.ходящегося в зазоре образца, снимается «апряжение, пропорциональное магнитной индукции в том же образце, которое подается к электродам вертикального отклонения.