Рис. 14-5. Устройство для исследования магнитных свойств образца Е в сердечнике /.

Таким образом, На экране осциллографа получается петля гистерезиса исследуемого образца, которым в этом случае является вся магнитная цепь. Такую схему можно использовать также для исследования образцов, являющихся частью цепи, как, например, образец Е на рис. 14-5. Тогда ярмо должно быть выполнено из магнитного материала с большой проницаемостью и большой индукцией насыщения, чтобы его магнитное сопротивление было пренебрежимо мало по сравнению с магнитным сопротивлением образца и чтобы образец можно было намагнитить до насыщения, не доводя до насыщения ярмо.

Достоинством схемы является, между прочим, возможность исследования материала в очень широком диапазоне частоты.

Хилсум и Роуз-Инс {Л. 198, 199] изготовили датчик Холла, измеряющий магнитную восприимчивость в схеме магнитного моста, анало-- 1 гичной схеме моста Уитстоиа. На рис. 14-6 показан эскиз такого прибора. Роль источника питания выполняет постоянный магнит с полюсами NS, роль сопротивлений в плечах мостика - магнитная восприимчивость зазоров 1, 2, 3 п 4, а роль индикатора равновесия - датчик Холла X. В случае равновесия моста в точках А ц В нет разности магнитных потенциалов, т. е. в цепи с датчиком Холла нет магнитного потока. Изменяя магнитную восприимчивость одного из зазоров путем помещения в него исследуемого материала, нарушают равновесие моста, а в датчике Холла появляется напряжение, являющееся мерой измеряемой восприимчивости. В изготовленном Хилсумом приборе индукция в каждом зазоре составляет 1 500 гс (длина зазора 5 мм, сечение 0,5 см); датчик Холла, изготовленный из антимонида индия, питается от транзисторного генератора; измеряемое напряжение усиливается. В результате улавливаются изменения магнитного поля на -~ 10- э и магнитной восприимчивости порядка 10-* ед.

сгс.

Февралева и Таранов [Л. 679] использовали датчик Холла для измерения коэрцитивной силы магнитномяг-224

КИХ материалов. Принципиальная схема коэрцитиметра показана на рис. 14-7. Исследуемый образец в виде тонкой пластинки / помещен в держатель 2 так, чтобы поток, полученный при намагничивании пластинки, проникал через датчик, помещенный в держателе. Верхняя часть держателя 3 прижата к основанию с помощью пружины, что обеспечивает минимальный зазор между образцом и двумя датчиками Холла. Держатель можно свободно передвигать по направляющим 5 соленоида 6. Выбор длины и диаметра соленоида .вытекает из условий получения заданной однородности магнитного поля. Переключатель Я служит для переключения намагничивающего и (размагничивающего тока. Размагничивающий ток регулируется при помощи сопротивления R].

Рис. 14-6. Эскиз измерителя магнитной восприимчивости.

Рис. 14-7. Устройство коэрцптиметра на датчиках Холла

для измерения коэрцитивной силы магнитномягких материалов.

Значение размагничивающего поля определяется по показанию миллиамперметра в цепи питания соленоида. С целью увеличения чувствительности прибора применены три датчика Холла 4, которые питаются от трех независимых источников тока. Сопротивления R% и R4 служат для установки управляющих токов датчиков Холла. Остаточное напряжение компенсируется напряжением с сопротивления питаемого от независимого источника тока с помощью переменного сопротивления Rq.

При исследовании материалов с малым значением коэрцитивной силы внещние магнитные поля (как, например, поля больщих токов, постоянных магнитов, поле Земли) могут сильно влиять на датчик Холла, а также дополнительно подмагничивать исследуемый образец, что приводит к увеличению полрещностей. Кроме внещ-них магнитных полей на точность измерения влияет также поле, созданное управляющим током датчиков

Холла. Предположим, что во время работы коэрци-тиметр предохранен от действия внещних источников тока. Рассмотрим теперь подробно влияние поля Земли с напряженностью Hg и -поля, вызываемого управляющим током датчика Холла с напряженностью Hj, в схеме трех прямоугольных координат (рис. 14-8).

Вертикальная составляющая напряженности поля Земли направлена перпендикулярно к активной поверхности датчика Холла и оказывает влияние на величину выходного напряжения. Однако это не вызывает помех, так как перед началом измерений при выдлюченном токе в приборе и отсутствии исследуемого образца осуществляется компенсация напряжения на выходе датчика Холла -как остаточного, так и напряжения, вызванного полем Земли. Вертикальная составляющая поля Земли практически не подмагничивает исследуемый образец 226

Рис. 14-8. Ко.мпоненты напряженности магнитного поля Земли Hg и поля Н, управляющего тока в предположении, что Hg = H,

п. так как образец выполнен в виде тонкой пластины. Горизонтальные составляющие магнитных полей (т. е. поля Земли и поля, созданного управляющим током), направленные вдоль датчика Холла, «е влияют на напряжение Холла. Продольная горизонтальная составляющая поля Земли Нх может вызывать дополнительное подмагничивание образца и тем самым увеличивать погрешность измерения. С целью компенсаци этой составляющей можно использовать дополнительные катущки на соленоиде или установить соленоид перпендикулярно горизонтальной составляющей. Поперечная горизонтальная составляющая поля Земли Ну намагничивает образец в направлении оси у, что может влиять на напряжение Холла. Однако при симметричном расположении образца относительно датчика Холла поток, намагничивающий образец, дважды пересекает датчик Холла в двух противоположных направлениях, что уменьшает влияние этой составляющей на напряжение Холла.

Вертикальная составляющая Н напряженности поля от управляющего тока практически не подмагничивает образца и поэтому влиянием этой составляющей можно пренебречь. Наибольшую погрешность в-водит продольная горизонтальная составляющая Нх напряженности магнитного поля, вызванного управляющим током датчика Холла. Эффективная компенсация этой погрешности получается благодаря питанию датчика Холла по схеме, показанной на рпс. 14-9. Управляющий ток датчика Холла /, находящегося в корпусе из меди 2 и изолированного конденсаторной бумагой, протекает по датчику Холла и корпусу в противоположных направлениях. Это вызывает значительное уменьшение влияния напряженности магнитного поля, вызванного управляющим током датчика Холла.

Чувствительность датчика Холла составляет 3\,8мкв1э. Напряжение Холла измеряется при помощи прибора с пределом измерения \00мкв. Порог чувствительности измерительной схемы составляет 15 мэ. При изменении управляющего тока датчика Холла на 50% погрешность не превышает 2%; измерительный диапазон - 0,1-5 э.

15* 227

Рис. 14-9. Конструкция датчика Холла в медном корпусе, служащем для компенсации поля управляющего тока.

/ - датчик Холла: 2 - корпус.

Повысить чувствительность коэрцитиметра от 0,01 э можно:

1) при увеличении числа датчиков Холла, уложенных друг на друга;

2) применяя датчики Холла, изготовленные из материалов с большим коэффициентом Холла и малой величиной остаточного напряжения;

3) применяя переменный управляющий ток и усиление напряжения Холла;

4) уменьшая влияние внешних полей.

Фирман разработал прибор [Л. 481] на датчиках Холла, применяющийся для измерений намагниченности насыщения магнитных материалов. Прибор действует

к усилителю 0 и

/,5(?

Рис. 14-10. Измеритель намагниченности насыщения.

а- измерительная часть схемы; б - расположение датчиков Холла и образца.

следующим образом: два идентичных, специально подобранных датчика Холла и Х (рис. 14-10,а) с дифференциально соединенными выходами помещаются в однородное поле Яо (рис. 14-10,6), например, в зазоре электромагнита.

До приближения образца Р к датчикам Холла суммарное напряжение Холла равно нулю при любом значении напряженности поля Яо. Введение образца в магнитное поле и намагничивание его до намагниченности / вызывает, как видно из рис. 14-10,6, рост напряженности поля, действующего на датчик Холла на вели-228

чину ДЯ, которая для шаровидного или цилиндрического образца составляет

ДЯ = ЙУ,

где - постоянный коэффициент, г-радиус образца, 2 -расстояние образца от датчика Холла Х.

Из сказанного следует, что образец должен всегда помещаться на одинаковом расстоянии от датчика Холла (зависимость от г) и все образцы должны иметь одинаковые размеры (зависимость от г). Применены датчики Холла из InAs с активным сопротивлением около 1,5 ом, размерами 12,5x3,1x0,125 мм. максимальным управляющим током 500 ма (в шриборе- 150 ма) и чувствительностью 50 мкв!а-э. Конструкция прибора обеспечивает возможность нагревания или охлаждения образца. Прибор отградуирован с помощью образца с известной намагниченностью, т. е. никеля (соответствующая намагниченность ONi=54,6 гс-см-г- при комнатной температуре). Чувствительность прибора составляет 10 мкв/гс-см, точность ±1% при 20 гс-см. Такой прибор по сравнению с магнитометрами, в которых применена вращающаяся или вибрирующая катушка, отличается при одинаковой точности и чувствительности простотой и небольшой стоимостью.

Из приборов промышленного исполнения для исследования магнитномягких материалов следует назвать прибор типа 1541 института Forster. С помощью этого прибора можно измерять магнитную проницаемость в интервале 1,001-2.

Асмус и Бол Л. 7] приводят результаты иссле-ледования распределения напряженности магнитно-

:;Го

о 2э

13 12

W1 (8) 9 )tdn

о 2э 2

Рис. 14-11. Распределение напряженности поля в рамке, изготовленной из кремниевой стали е крупнозернистой структурой.

го поля вдоль магнитной цепи й виде рамы с внешними )азмерами 57X43 ММ, шириной 6 мм и толщиной 2,Ъмм. День выполнена йз кремниевой стали скрупнозериистой