Все о тесламетрах

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тесламетры с преобразователем Холла просты в эксплуатации, позволяют измерять магнитную индукцию или напряженность постоянных, переменных ( в широком диапазоне частот) и импульсных магнитных полей. Преобразователи Холла имеют малые размеры, что позволяет проводить измерение индукции в малых зазорах. [1]

Тесламетры , основанные на явлении сверхпроводимости, позволяют измерить параметры магнитного поля биотоков сердца и мозга человека. [2]

Тесламетры , основанные на изменении электрического сопротивления материалов, известны давно. В практике магнитных измерений получила распространение так называемая висмутовая спираль — преобразователь из висмутовой проволоки, который обычно включают в одно из плеч моста Витстона. Изменение сопротивления преобразователя при помещении его в магнитное поле достаточно точно измеряют этим мостом. [3]

Магниторезистивные тесламетры применяются в области сильных полей ( св. [4]

Тесламетрами с преобразователем Холла измеряют параметры средних и сильных магнитных полей. Преобразователи в этих приборах имеют малые габариты; приборы просты и удобны в эксплуатации. Тесламетры с квантовыми преобразователями ( различных видов), обладающие высокой чувствительностью и точностью, используют для измерения параметров слабых и средних, постоянных и переменных ( до 20 кГц) магнитных полей. Ферромодуляционные тесламетры обладают высокой чувствительностью и средней точностью, имеют малые габариты преобразователя, просты и надежны. Они широко используются для измерения параметров слабых и средних, постоянных и переменных ( до 1 кГц) магнитных полей. Сверхпроводниковые тесламетры обладают уникальной чувствительностью ( теоретический порог чувствительности 10 — 15 Тл), высокой точностью, стабильностью, но они сложны и дороги. Их используют для измерения параметров слабых постоянных и переменных ( до 1 кГц) магнитных полей. [5]

Кроме тесламетров с вращающимися катушками, иногда применяют приборы с катушками, совершающими крутильные колебания. [6]

В ядерно-резонансных тесламетрах в качестве преобразователя применяется разновидность квантового магнитоизмерительного преобразователя, действие которого основано на взаимодействии микрочастиц ( атомов, ядер атомов) с магнитным полем. В качестве квантового преобразователя может быть использован ядерно-резонансный преобразователь, позволяющий измерить магнитную индукцию с высокой точностью. [7]

В наиболее точных тесламетрах в качестве первичных преобразователей используют ЯМР-преобразователи. Схема такого тесламетра, основанного на методе резонансного поглощения, приведена на рис. 17.5, а. На ампулу намотана катушка индуктивности, входящая в контур высокочастотного генератора ( ГВЧ) с регулируемой частотой. [9]

В наиболее точных тесламетрах в качестве первичных преобразователей используют ЯМР-преобразователи. Схема такого тесламетра, основанного на методе резонансного поглощения, приведена на рис. 17.5, а. На ампулу намотана катушка индуктивности, входящая в контур высокочастотного генератора ( ГВЧ) с регулируемой частотой. [11]

Выпускаемые промышленностью тесламетры с преобразователем Холла имеют более сложные схемы. [12]

Принцип действия тесламетра с преобразователем Холла поясняется рис. 10 — 3, где ПХ — преобразователь Холла; У — усилитель. [13]

В этих тесламетрах используется разновидность квантового магнитоизмерительного преобразователя. Квантовыми называют магнитоизмерителыше преобразователи, действие которых основано на взаимодействии микрочастиц ( атомов, ядер атомов, электронов) с магнитным полем. [14]

Для того чтобы использовать тесламетры с преобразователями Холла для измерения слабых полей менее 10 — тл, часто применяют концентраторы — стержни из магнитномягкого материала типа пермаллоя или феррита. Между двумя такими стержнями укрепляется пластинка преобразователя. При этом электрическая схема прибора может быть любой из описанных в настоящем параграфе. В лриборе фирмы Siemens Halske чувствительность таким способом увеличена в 50 раз. По данным некоторых авторов, используя концентраторы, можно получить увеличение чувствительности тесламет-ров в несколько сотен раз. [15]

Все о тесламетрах

Тесламетр (или гауссметр) – это прибор, предназначенный для измерения величины магнитной индукции. Такое устройство является одной из разновидностей магнитометра. О нем и пойдет речь в этой статье.

Особенности

Тесламетры используются для измерения различных параметров:

  • величины намагниченности материалов, в том числе и после обработки в различных агрегатах;
  • характера распространения магнитного поля;
  • наличия или отсутствия намагниченных частиц после процедуры размагничивания;
  • магнетических свойств моторов;
  • мест пробоя поля электромагнитной индукции;
  • определяет степень остаточной намагниченности приборов учета: счетчиков горячей и холодной воды, природного газа и электрической энергии;
  • для контролирования процесса гальванизации материалов, обладающих магнитными свойствами.

Также следует отметить, что тесламетры (большинство моделей) способны измерять как постоянное магнитное поле, так и поле переменного характера.

Приборы подразделяются на аналоговые и цифровые варианты.

По способу измерения различаются индукционные, феррозондовые и приборы с датчиками Холла. Индукционные тесламетры состоят из электромагнитной катушки, измерителя, элемента питания и экрана, на который выводятся показания зондов. В основном используются для измерения характеристик постоянных электромагнитных полей.

В феррозондовых устройствах реализованы другие принципы: сверхпроводимость, ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс. Обычно используются в геологии для составления магнитных карт. Эти устройства в некоторых случаях могут применяться вместо компаса.

Основой прибора третьего типа является датчик Холла – именно он служит главным измерительным элементом, показания которого выводятся на дисплей. Схема такого устройства очень проста – она состоит из самого датчика, элемента питания (чаще всего батарейки 9В) и экрана. Такой тип устройств наиболее распространен на сегодняшнем рынке. Они удобны еще и тем, что в случае необходимости можно легко заменить зонды. Также можно отметить, что такие приборы часто используются для измерения среды труднодоступных мест.

По размерам все устройства можно разделить на портативные и стационарные. Стационарные варианты обычно используются для лабораторных исследований и на крупных производствах, где необходим постоянный контроль над характеристиками магнитного поля. Первый тип – для любых кратковременных измерений.

Модельный ряд

На рынке довольно много портативных моделей от различных производителей. Ниже представлены наиболее популярные устройства. Для удобства их технические характеристики приведены в таблице.

Магнитометры: что это такое, виды, советы по выбору и эксплуатации

Магнитометры: что это такое, виды, советы по выбору и эксплуатации

Существует большое количество измерительных приборов. Некоторые из них измеряют то, что невозможно увидеть или потрогать руками. Ярким примером таких устройств как раз и является магнитометр.

Что это такое?

Как следует уже из самого названия, магнитометр – это прибор, предназначенный для измерения параметров магнитного поля и магнитных свойств отдельных материалов. В зависимости от того изменения показателей какого рода фиксирует устройство, его могут называть следующими терминами:

  • эрстедметр (меряет напряженность поля);
  • градиентометр (определяет полевой градиент);
  • тесламетр (показывает индукцию);
  • веберметр (определяет магнитный поток);
  • инклинатор или деклинатор (устанавливает направление поля);
  • коэрцитиметр (показывает коэрцитивную силу).

Когда работают мю-метры и каппа-метры, можно выяснить соответственно магнитную проницаемость и магнитную восприимчивость. А также существуют приборы для фиксации магнитного момента. Но есть и более узкое определение магнитометров – это аппараты, замеряющие напряженность, градиент и направление поля. Определение необходимых параметров производится различными способами.

Необходимо учитывать, что одни приборы фиксируют абсолютные значения полевых характеристик, а другие отражают изменение поля с течением времени или в разных точках пространства.

Принцип работы

Схема магнитометра может сильно отличаться, но в любом случае он работает по одной и той же методике. Магнитное поле может быть охарактеризовано следующим:

  • вектор напряженности;
  • горизонтальная составляющая напряженности;
  • магнитное склонение;
  • магнитное наклонение.

Но есть еще одна важная характеристика магнитного поля – магнитная индукция. По направлению ее вектора определяется направление силы, воздействующей на северный полюс магнита. Чтобы понять, как все это работает, полезно рассмотреть устройство магнитометрического датчика HMC5883L от Honeywell. Меняющийся коэффициент усиления влияет на восприимчивость датчика. Для считывания данных предусмотрено 12 регистров с разрядностью 8.

Регистр режима задает основной сценарий действия: непрерывное измерение либо разовый замер и переход в режим ожидания. Если запрос идет не программно, а аппаратно, используется дублирование данных через вывод DRDY. Но не все так просто – требуется учитывать не только показания датчиков, но и воздействия на них различных помех.

Если проигнорировать этот момент, может оказаться так, что модуль сбился и измеряет совсем не то, что нужно.

Предположим, требуется произвести измерения удельной намагниченности насыщения. Образец, который нужно исследовать, и постоянный магнит крепятся на тонком стержне, соединенном с вибрационным узлом. Колебания стержня могут происходить с различной частотой, но в любом случае под углом 90 градусов к полю, создаваемому электромагнитом. Радиотехнические компоненты системы призваны усиливать, очищать и эффективно обрабатывать сигнал. Когда постоянный магнит и образец колеблются, появляется электродвижущая сила в особых катушках. Сами катушки позиционируют по отношению к постоянному магниту так, чтобы на их положение не влияли вибрационные колебания.

Но описанное устройство, как нетрудно понять по некоторым моментам, может применяться преимущественно в лабораторных условиях. Возможности его использования «в поле» существенно ограничены. Для полевых измерений предназначены уже совершенно другие магнитометры, которые не требуют изготовления и выделения образцов. Как именно работает такая техника – коммерческая тайна производителей. В любом случае, нужно ли производить измерения остаточной намагниченности или делать что-то еще, важно знать алгоритм калибровки методом наименьших квадратов.

Максимально упрощенно излагая суть этого метода (основанного на высшей математике), можно указать, что он подразумевает подбор функции, дающей значения, максимально близкие к полученным по итогам эксперимента. Сумма квадратов отклонений во всех критических важных точках должна быть как можно меньшей, в идеале – сведенной к нулю. Обязательным условием для применения такого алгоритма является знание вектора магнитного поля земли. Если же вернуться к математической стороне дела, то можно сказать, что тут нужны линейные преобразования матриц в трехмерном пространстве. А отсюда следует, что придется использовать показания по трем осям сразу.

Немного отстранившись от всей этой зауми, можно разобраться, как действует магнитометр на основе тонкопленочных магниторезисторов. Такая техника выпускается ведущими иностранными фирмами. Магниторезисторы обычно размещают на одной кремниевой подложке и соединяют мостовым способом.

Поскольку сопротивление резисторов сложно подогнать при производстве, нельзя игнорировать напряжение смещения. Параметры датчиков очень сильно зависят от фактической температуры.

Разновидности

Если отталкиваться от организации работы, нетрудно заметить различие съемочных и поисковых магнитометров. Для съемки применяют приборы, строящие геофизическую карту магнитного поля. Так как величина объекта, который интересует геологов, может составлять от 100 м до нескольких сотен км, шаг измерения тоже сильно отличается. Но в археологии (даже «черной») и в кладоискательстве такие параметры неприемлемы. Сканирование пространства по точкам не дает никакой информации о том, что находится между ними.

Сближение точек (с шагом 0,5 м, к примеру), делает работу излишне утомительной – и все равно остается риск «просмотреть» самые интересные объекты. Съемочные протонные магнитометры не предназначаются для работы на ходу. Между нажатием кнопки и прорисовкой на экране обнаруживающейся картины проходит 2–10 секунд, в зависимости от модификации и условий съемки. Можно, конечно, возвращаться и много раз проходить одни и те же места, но это сильно усложняет работу. Наконец, точность съемки на ходу обязательно упадет, по сравнению со штатным режимом.

Стоит учесть и еще один нюанс: магнитометр протонного типа неспособен указать, в какую сторону рыть яму и нужно ли ее углублять, чтобы вырыть нужный объект. Полноценный прибор для археологических и кладоискательских работ должен действовать так же непрерывно, как миноискатель или металлоискатель. Поэтому подходящим выбором становятся градиентные магнитометры иностранного производства. Их датчики невелики и не подвержены воздействию слишком сильных «сбивающих» полей.

Возвращаясь к протонным устройствам, нужно указать, что они работают за счет измерения частоты прецессии ядер протонов (зависящей исключительно от внешнего магнетизма). Квантовые приспособления действуют иначе – они основаны на эффекте Зеемана. Этот эффект состоит в том, что атомы испаренных частиц металла, оказавшись в магнитном поле, особым образом реагируют на поляризованный монохроматический луч света. При таком освещении атомы переходят на более высокий энергетический уровень. Феррозондовый магнитометр имеет в качестве основного узла электрическую катушку, сердечник которой изготовлен из магнитомягкого материала. Катушка, получающая электрический ток, и есть искомый феррозонд.

Индукционный магнитометр, как нетрудно понять, работает за счет электромагнитной индукции. Пассивный индукционный прибор отличается тем, что ЭДС в катушке появляется под действием внешнего магнетизма. Активное же устройство работает иначе: на возбуждающую обмотку подается импульс переменного тока. Переменная катушка насыщается наведенной ЭДС. Четные гармоники образующегося поля пропорциональны продольной составляющей внешнего поля.

Кварцевый тип магнитометров появился еще в 1940-е годы. Основной особенностью устройства является то, что магнитный блок подвешивается на кварцевой нити. Это надежная и совершенная техника, которую продолжают применять даже при геомагнитных исследованиях и в наши дни. Иначе устроен вибрационный цифровой магнитометр, который способен учесть влияние на магнитные свойства исследуемых объектов не только изменений внешнего магнетизма, но и колебаний температуры.

Сегодня усовершенствование вибрационных магнетометров направлено на упрощение смены образца и снижение риска поломки прибора при этой операции.

Кирилл Мантуров
Меня зовут Кирилл! А это мой блог про строительство и ремонт!Я простой работяга, больше 10 лет работаю на стройках. Люблю свою жену Людмилу и сына Олега! Всем мир! :)
Оцените автора
Блог РемСтрой-Про
Добавить комментарий