с Помощью применения постоянных магнитов, Дополнительных сердечников с обмоткой, питаемой постоянным током, или дополнительных обмоток на общем магнитном сердечнике.

Сунь предложил новую схему умножающего устройства на основе магниторезистора, которая устраняет нелинейность магниторезистора при слабых полях и позволяет производить умножение трех величин. Он использовал два магниторезистора Ri п R2 с одинаковыми свойствами в схеме моста с сопротивлениями R и Rb значительно большими, чем сопротивление магниторезистора. Каждый магниторезистор помещен в зазоре сердечника с двумя обмотками, навитыми и подсоединенными, как показано на рис. 21-1. В результате маг-

Рис 21-1. Прибор на .магниторезисторах (по Суню [Л. 460]).

ниторезистор Ri находится под действием суммы индукций (Bj-bSa), а /?2 -иод действием их разности {Bi-В2). Тогда соответственно

Ri = Ro + a(Bi + B2y; Rz = Ro + a(Bi~B2)..

(21-3) (21-4)

Предполагая, что сердечники далеки от насыщения, а их магнитные сопротивления пренебрежимо малы относительно магнитных сопротивлений зазоров, можно считать, что Bi и Вг пропорциональны /1 и h. При пропускании тока через оба магниторезистора на зал<имах 296

Рис. 21-2. Способ получения линейной характеристики элемента с магниторезисто-ром [Л, 460].

магииторезисторов возникает разность напряжений

U = h{Ri-R2)=4aBM, (21-5)

U = klil2h, (21-6)

где k - коэффициент пропорциональности, включающий в себя коэффициент 4 а.

Видно, что прибор, показанный на рис. 21-1, позволяет производить перемножение трех величин /ь h, /3; t/ является их произведением.

Рисунок 21-2 показывает,-каким способом получена линейная характеристика системы магииторезисторов.

21-1. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Свойства висмутовой спирали ic точки зрения измерения магнитной индукции были исследованы, как сообщалось, впервые в 1888 г. Ленардом и Говардом [Л. 293].

Они описали способ изготовления спирали, а также результаты исследования измерений активного сопротивления в зависимости от индукции в пределах до 17 000 гс. В это вре.мя фирма «Хартман и Браун» приступила к работам по созданию технического прибора с висмутовой спиралью. Эти приборы повсеместно использовались в течение нескольких десятков лет.

В 1938 г. Бублитц [Л. 60] изложил явление Гаусса в висмуте, рассмотрел его термоэлектрические и гальваномагнитные свойства, а также свойства измерительных приборов с магнитной спиралью. Температурный коэффициент сопротивления (зависящий, впрочем, от значения напряженности магнитного поля) достигает 0А%1град и больше. Поэтому каждая спираль должна была быть проградуирована при нескольких значениях температуры во всем интервале измеряе-. мого поля. Измерительный, диапазон составлял до

20 кгс, точность ±2% (при поддержании соответствующих температурных условий), сопротивление спирали от нескольких единиц до нескольких десятков ом.

К работам над висмутовыми индикаторами вернулись: в 1953 г. Келлер, который уменьшил значение температурного коэффициента сопротивления висмутового датчика, охлаждая его до отрицательных температур, а в 1958-59 гг. Никитин и Юшманова [Л. 641], Любченко Л. 624] и Доле, Скиф и Ватсон [Л. 109].

Из этих разработок следует выделить прежде всего работу [Л. 109]. Авторы создали прибор с висмутовым резистором диаметром около 0,13жж, длиной около 6 мм и активным сопротивлением 32 ом. Резистор помещается в термостат, в котором поддерживается температура с точностью ±0,1°С (при изменении окружающей температуры на 10°С). Имеется возможность уменьшения колебаний температуры висмута до ±0,02° С. Получение таких малых изменений температуры, при которой находится висмутовый резистор, позволило создать измеритель напряженности магнитного поля до 24 кгс с точностью ±0,5% ±2 гс (для диапазона выше 5 кгс; ниже этого значения зависимость активного сопротивления квадратична, что приводит к большей погрешности). Диаметр индикатора составляет около 8 мм.

Хсу и Кунцлер [Л. 207] использовали явление магнитосопротивления в специальном датчике пз медной проволоки для измерения постоянной индукции от нескольких килогаусс до примерно 100 кгс при температуре жидкрго гелия. Чувствительность такого датчика, правда, меньше чувствительности висмутовой спирали, но зато он имеет значительно более простую конструкцию и почти линейную зависимость активного сопротивления от индукции. Магнитная чувствительность -у такого датчика порядка 10 мкв!кгс и может быть значительно увеличена при использовании проволоки из специально обработанной меди.

Новые полупроводниковые материалы, как, например, InSb, несмотря на проявление -по причине большой подвижности носителей тока - очень большого коэффициента изменения сопротивления (в несколько раз или даже в несколько сот раз больше, чем у висмута), до сих пор не нашли, однако, применения для создания приборов, измеряющих индукцию магнитного поля. Причинами этого являются: очень малое сопротивление,

нелинейная градуировка, а также относительно большое влияние температуры ( чем лучше эффект магнитосопротивления, например у InSb, тем, в общем, больше зависимость его от температуры), что приводит к необходимости применения компенсационных схем.

21-2. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Катаока [Л. 226] исследовал ваттметр на основе магниторезистора, схема которого показана на рис. 21-3. В качестве магниторезистора он использовал датчик Холла из InAs тип МС-1 фирмы Ohio Semiconductor Inc. с закороченной холловской цепью. Принцип действия ваттметра на основе магниторезистора заключается

Рис. 21-3. Принципиальная схема ваттметра на магниторезисторах.

В том, ЧТО средняя величина падения напряжения на магниторезисторе пропорциональна произведению тока, протекающего через магниторезистор, и магнитной индукции, воздействующей на магниторезистор. Так как при меньших значениях индукции зависимость активного сопротивления от индукции квадратичная, то применяется цепь поляризации Ор. Дроссель Lc и резистор Ro находятся в цепи поляризации, чтобы не допускать возбуждения переменного поля в этой цепи вследствие влияния тока намагничивания. Ток поляризации /о=24 ма, причем его значение зависит от характеристики магниторезистора. Конденсатор С„, резистор Ru в це-

пи намагничивания подобраны с точки зрения оавеНства фазы индукции В„ и напряжения на нагрузке Vm, а также получения большого импеданса в сравнении с сопротивлением нагрузки Z. Схема моста, в одну из ветвей которого включен магниторезистор с активным соиротивлением Rg, необходима только при измерении мощности постоянного тока. Тогда должно быть RiRg, Ri>R2, а также RgoR2=RiR3, а конденсатор С„ должен быть удален.

При отсутствии сдвига фазы сопротивление магниторезистора при иеременно,м токе будет выражаться следующим образом:

Rg-Rgo + aUsmwt, (21-7)

где Rgo-активное сопротивление магниторезистора при магнитном поле, возбуждаемом цепью поляризации, UmSinoit - напряжение на нагрузке, а - коэффициент пропорциональности. Тогда падение напряжения на маг-ниторезисторе составит

" iso +йт sin "/) aj„ sin И + (21 -8)

где /msin (wZ-f ф)-ток нагрузки, cos ф - коэффициент мощности нагрузки, -коэффициент пропорциональности.

Среднее значение напряжения

(21-9)

/V мешами/ескил полосок

где a2 = aai - новый коэффициент пропорциональности.

Следовательно, из.меряемая активная мощность есть среднее значение падения напряжения на магниторези-

сторе. Приведенные характеристики ваттметра для постоянного и переменного токов дают хорошую линейность. Коэффициент мощности в пределах со,8ф = = ±0,7 не влияет иа линейность характеристики. В работе [Л. 227] Катаока, дополняя свои исследования, утверждает, в частности, что: 1) нанесение на одной стороне магниторезистора m металлических полосок (ширина полосок 0,2 мм), как это показно на рис. 21-4, дает (т+1)-кратное увеличение чувствительности магниторезистора; (m-f 1)-кратное увеличение получается, однако, зго

Рис. 21-4. Способ увеличения эффекта магнитосопротивления.

[Л. 64, 493, 498] только для небольших значений ni (порядка единиц); для больших значений т этот коэффициент меньше; 2) чувствительность ваттметра на основе магниторезистора равна чувствительности ваттметра на основе датчика Холла, когда цеиь напряжения магниторезистора разомкнута, и примерно на 70% больше, когда цепь напряжения закорочена. Самая большая чувствительность получается, однако, для диска Корбино (см. § 5-7).

Катаока подчеркнул преимущества ваттметра на основе магниторезистора над ваттметром на основе датчиков Холла, указывая, что первый:

1) имеет более простую конструкцию (только два электрода;) •

2) не требует компенсации остаточного напряжения (это преимущество, к сожалению, компенсируется неудобствами, связанными с необходимостью применения цепи поляризации с дополнительным источником питания) ;

3) не обнаруживает явления выпрямления, так как контакты имеют большую площадь;

4) имеет большую выходную мощность.

Для измерения мощности многофазных схем можно с успехом использовать схему умножающего прибора.

Рис. 21-5. Схема трехфазного ваттметра (по Суню [Л. 460]).