«Магнитные измерения»

измерения характеристик магнитного поля или магнитных свойств веществ (материалов). К измеряемым характеристикам магнитного поля относятся: вектор магнитной индукции (См. Магнитная индукция)В, напряжённость поля Н, поток вектора индукции (Магнитный поток), градиент магнитного поля и другие. Магнитное состояние вещества определяется: НамагниченностьюJ—величиной результирующего магнитного момента, отнесённого к единице объёма (или массы) вещества; магнитной восприимчивостью (См. Магнитная восприимчивость) χ, магнитной проницаемостью (См. Магнитная проницаемость)μ, магнитной структурой (См. Магнитная структура). К важнейшим характеристикам наиболее распространённых магнитных материалов — ферромагнетиков (См. Ферромагнетики)—относятся: кривые индукцииВ(Н) и намагничивания J(Н),то есть зависимости В и J от напряжённости поля Н,Коэрцитивная сила, потери энергии на перемагничивание (см. Гистерезис), максимальная магнитная энергия единицы объёма (или массы), Размагничивающий фактор (коэффициент размагничивания) ферромагнитного образца.

Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы: баллистический, магнитометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометрический, ваттметровый, калориметрический, нейтронографический и резонансный.

Баллистический метод основан на измерении баллистическим гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока (см. Баллистический метод электроизмерений). Кроме баллистических гальванометров, для измерения магнитного потока применяют веберметры (Флюксметры)—магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистическим методом определяют основную кривую индукции В(Н), кривую намагничиванияJ(H), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.

Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J, В и Н. Таким образом, метод даёт возможность найти зависимостиВ(Н) и J(H), петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрического метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологических задач.

Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в промышленных условиях, применяют электродинамический метод, при котором измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины (В или Н).

Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В(Н), J(H), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости диа- и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.

Пондеромоторный метод состоит в измерении механической силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы для М. и.: маятниковые, крутильные и рычажные Магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и другие. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии (см. Анизометр магнитный).

Мостовой и потенциометрический методы определения магнитных характеристик в большинстве случаев применяются для измерений в переменных магнитных полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении параметров (индуктивности L и активного сопротивления r)электрической цепи с испытуемыми ферромагнитными образцами. Эти методы позволяют определять зависимости В(Н), J(H), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магнитного сопротивления в переменных полях, потери на перемагничивание.

Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание является ваттметровый метод, им пользуются при синусоидальном характере изменения во времени магнитной индукции. При этом методе с помощью Ваттметра определяется полная мощность в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца. Ваттметровый метод стандартизован для испытания электротехнических сталей.

Абсолютным методом измерения потерь в ферромагнитных материалах является калориметрический метод, который используется в широком частотном диапазоне. Он позволяет измерять потери при любых законах изменения напряжённости магнитного поля и магнитной индукции и в сложных условиях намагничивания. Сущность этого метода состоит в том, что мерой потерь энергии в образце при его намагничивании переменным магнитным полем является повышение температуры образца и окружающей его среды. Калориметрические М. и. осуществляются методами смешения, ввода тепла и протока (см. Калориметр).

Магнитную структуру (См. Магнитная структура) ферромагнитных и антиферромагнитных веществ исследуют с помощью нейтронографического метода, основанного на явлении магнитного рассеяния нейтронов, возникающего в результате взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитными моментами частиц вещества (см. Нейтронография).

Резонансные методы исследования включают все виды магнитного резонанса (См. Магнитный резонанс)—резонансного поглощения энергии переменного электромагнитного поля электронной или ядерной подсистемой вещества. Эти подсистемы, кроме электромагнитной энергии, могут резонансно поглощать энергию звуковых колебаний — так называемый магнетоакустический парамагнитный резонанс, который также применяют в М. и.

Важную область М. и. составляют измерения характеристик магнитных материалов (ферритов (См. Ферриты), магнитодиэлектриков (См. Магнитодиэлектрики) и др.) в переменных магнитных полях повышенной и высокой частоты (от 10 кгц до 200 Мгц). Для этой цели применяют в основном ваттметровый, мостовой и резонансный методы. Измеряют обычно потери на перемагничивание, коэффициент потерь на гистерезис и вихревые токи, компоненты комплексной магнитной проницаемости. Измерения осуществляют при помощи Пермеаметра, аппарата Эпштейна, Феррометра и других устройств, позволяющих определять частотные характеристики материалов.

Существуют и другие методы определения магнитных характеристик (магнитооптический, в импульсном режиме перемагничивания, осциллографический, метод вольтметра и амперметра и другие), позволяющие исследовать ряд важных свойств магнитных материалов.

Приборы для М. и. классифицируют по их назначению, условиям применения, по принципу действия чувствительного элемента (датчика, или преобразователя). Приборы для измерения напряжённости поля, индукции и магнитного момента обычно называют Магнитометрами, для измерения магнитного потока — флюксметрами или веберметрами; потенциала поля — магнитными потенциалометрами (См. Магнитный потенциалометр), градиента — градиентометрами; коэрцитивной силы — Коэрцитиметрами и так далее. В соответствии с классификацией методов М. и. различают приборы, основанные на явлении электромагнитной индукции, гальваномагнитных явлениях (См. Гальваномагнитные явления), на силовом (пондеромоторном) действии поля, на изменении оптических, механических, магнитных и других свойств материалов под действием магнитного поля (см., например, Феррозонд), на специфических квантовых явлениях (см. Квантовый магнитометр).Единая классификация приборов для М. и. не разработана.

Лит.: Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс), под редакцией Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Кифер И. И., Пантюшин В. С., Испытания ферромагнитных материалов, М. — Л., 1955; Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969; ГОСТ 12635-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 10 кгц до 1 Мгц, ГОСТ 12636-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 1 до 200 Мгц.

В. И. Чечерников.

magnetic metering

magnetic metering

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

измерения хар-к магнитного поля или магн. свойств в-в (материалов). К измеряемым хар-кам магн. поля относятся: вектор магнитной индукции В, напряжённость магнитного поля Н, поток вектора индукции (магнитный поток), градиент магн. поля и др. Магн. состояние в-ва определяется: намагниченностью J, магнитной восприимчивостью c, магнитной проницаемостью m, магнитной структурой атомной.

К важнейшим хар-кам наиб. распространённых магн. материалов — ферромагнетиков относятся: кривые индукции В(Н) и намагничивания кривые J(H), коэрцитивная сила, потери энергии на перемагничивание (см. ГИСТЕРЕЗИС), макс. магн. энергия ед. объёма (или массы), размагничивающий фактор (коэфф. размагничивания) ферромагн. образца.

Для измерения магн. хар-к применяют след. методы: баллистический, магнетометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометрический, ваттметрический, калориметрический, нейтронографический и резонансный.

Баллистический метод основан на измерении баллистическим гальванометром кол-ва электричества Q, переносимого током индукции через надетую на образец измерит. катушку с числом витков w при быстром изменении сцепленного с ней магн. потока Ф. Изменение магн. потока DФ=QRlw, где R — сопротивление цепи. Баллистич. методом определяют осн. кривую индукции В(Н), кривую намагничивания J(H), петлю гистерезиса, разл. виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагн. образцов.

Магнетометрический метод основан на воздействии исследуемого намагнич. образца на расположенный вблизи него пост. магнит. Распространён действующий по этому принципу астатич. магнитометр. Он состоит из двух одинаковых последовательно включённых в цепь катушек — намагничивающей и компенсационной, между к-рыми на подвесе укреплён магн. датчик: система из двух линейных магнитов одинаковых размеров с равными магнитными моментами (астатич. система). Магниты расположены параллельно друг другу полюсами в разные стороны. Действие магн. полей катушек на астатич. систему взаимно скомпенсировано. Образец, помещаемый в намагничивающую катушку, нарушает скомпенсированность полей и вызывает поворот системы магнитов. По углу поворота системы определяют магн. момент образца. Далее можно вычислить J, В и H. Т. о., метод даёт возможность найти зависимость В (Н) и J(H), петлю гистерезиса и магн. восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрич. метода его применяют для измерений геомагн. поля и для решения ряда метрологич. задач (см. ЭТАЛОНЫ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН).

Иногда для измерения хар-к магн. поля, в частности в пром. условиях, применяется электродинамический метод, при к-ром измеряется угол поворота рамки с током, находящейся в магн. поле намагниченного образца. Преимущество метода — возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в ед. измеряемой величины — в теслах (для В) или в А/м (для Н).

Для исследования ферромагн. в-в в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет измерять кривые В(Н), J(H), петлю гистерезиса и разл. виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, к-рая возбуждается во вторичной обмотке, намотанной на образец, при пропускании намагничивающего перем. тока через первичную обмотку. Этот метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магн. полях и магн. восприимчивости дна- и парамагн. в-в в радиочастотном диапазоне. Этот метод используется, в частности, у индукц. магнитометре, в к-ром исследуемый образец колеблется в магн. поле и при этом возбуждает эдс в измерит. катушках.

Пондеромоторный метод состоит в измерении механич. силы, действующей на исследуемый образец в магн. поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магн. свойств слабомагн. в-в. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы для М. и.: маятниковые, крутильные и рычажные магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и др. Метод применяется также для измерения магн. восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магн. анизотропии (см. АНИЗОМЕТР МАГНИТНЫЙ).

Мостовой и потенциометрический методы в большинстве случаев применяются для измерения в перем. магн. полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении индуктивности L и активного сопротивления R электрич. цепи, в к-рую включают катушку с сердечником — исследуемым ферромагн. образцом. Эти методы позволяют определять зависимости В(Н), J(H), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магн. сопротивления в перем. полях, потери на перемагничивание.

Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание явл. ваттметрический метод; им пользуются при синусоидальном хар-ре изменения во времени магн. индукции. В этом методе ваттметром определяют мощность, поглощаемую в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца.

Абс. методом измерения потерь магнитных в ферромагн. материалах (в широком частотном диапазоне) явл. калориметрический метод. Он позволяет измерять потери при любых законах изменения напряжённости магн. поля и магн. индукции и в сложных условиях намагничивания. О потерях энергии в образце при его намагничивании перем. магн. полем судят по повышению темп-ры образца и окружающей его среды.

Магн. структуру ферромагн. и антиферромагн. в-в исследуют методами нейтронографи.

Резонансные методы измерений включают все виды магнитного резонанса — резонансного поглощения эл.-магн. энергии эл-нами или ядрами в-ва, находящегося в пост. магн. поле. В-во может также резонансно поглощать звук. колебания, что позволяет определить природу носителей магнетизма и магн. структуру в-ва (см. АКУСТИЧЕСКИЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС).

Важную область М. и. составляют измерения хар-к магн. материалов (ферритов, магнитодизлектрикое и др.) в перем. магн. полях частотой от 10 до 200 кГц. Для этой цели применяют в осн. ваттметрический, мостовой и резонансный методы. Измеряют обычно потери на перемагничивание, коэфф. потерь на гистерезис и вихревые токи, компоненты комплексной магн. проницаемости. Измерения осуществляют при помощи пермеаметра, феррометра и др. устройств, позволяющих определять частотные хар-ки магн. материалов. Существуют и др. методы определения магн. хар-к (магнитооптический, в импульсном режиме перемагничивания, осциллографический, метод вольтметра и амперметра и др.).

Приборы для М. и. классифицируют по их назначению, условиям применения, по принципу действия чувствительного элемента (датчика, или преобразователя). Приборы для измерения напряжённости магн. поля Н, его индукции В, магн. момента и ряда др. магн. характеристик в-ва обычно наз. магнитометрами; из них нек-рые имеют своё наименование: для измерения магн. потока — флюксметры или веберметры; потенциала поля — магнитные потенциалометры; градиента — градиентометры; коэрцитивной силы — коэрцитиметры и т. д. В соответствии с классификацией методов М. и. различают приборы, основанные на явлении эл.-магн. индукции, гальваномагн. явлениях, на силовом (пондеромоторном) действии поля, на изменении оптич., механич., магн. и др. св-в материалов под действием магн. поля ((см. ФЕРРОЗОНД)), на специфич. квант. явлениях (напр., квантовый магнитометр). Единой классификации приборов для М. и. пока не разработано.

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ — измерения (см.) характеристик магнитного поля (см.) или магнитных свойств веществ либо материалов с помощью различных методов и приборов. К измеряемым характеристикам магнитного поля относятся: вектор магнитной индукции В, напряженность магнитного поля H, поток вектора индукции (магнитный поток) и др.