Измерение магнитных и неэлектрических величин

Измерение магнитных величин

К основным магнитным величинам относятся:

1. Магнитная индукция, которая определяет силу, действующую на заряженную движущуюся частицу со стороны магнитного поля.
2. Напряженность магнитного поля, которая равна геометрической разности вектора магнитной индукции, разделенного на магнитную постоянную и вектор намагниченности.
3. Абсолютная магнитная проницаемость, которая характеризует магнитные свойства вещества.
4. Относительная магнитная проницаемость, которая равняется отношению абсолютной магнитной проницаемости к магнитной проницаемости.
5. Магнитодвижущая сила.

Измерение магнитных величин основано на действии магнитного поля на электрический ток или проводник. Сила, причиной возникновения которой является магнитное поле, сначала связывается с электрическим процессом и потом при помощи электроизмерительного прибора получают значение измеряемой величины в удобном виде. Существуют два основных метода измерения магнитных величин: гальваномагнитный и индукционный. Индукционный основан на наведении электродвижущей силы при изменении магнитного потока, а гальваномагнитный на действии магнитного поля на ток.

При пересечении витков катушки магнитным полем в проводе индуцируется электродвижущая сила, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, то есть его величине. Вышеописанное явление можно выразить следующим образом:

$Е = -w*(Ф’/t’)$

где: w - число витков; Ф’ - изменение магнитного потока.

В случае однородного магнитного поля магнитный поток прямо пропорционален магнитной индукции, а коэффициентом пропорциональности будет являться площадь контура, который пронизывается линиями магнитной индукции. После этого магнитная индукция будет прямо пропорциональна напряженности магнитного поля.

$В = Ф/S$

$H = B/u_0 = Ф/(u_0*S)$

где: B - магнитная индукция; Н - напряженности магнитного поля; u0 - магнитная постоянная; S - площадь контура, пронизывающийся линиями магнитной индукции.

Таким образом индукционный способ позволяет определить значения магнитного потока, напряженности магнитного поля и магнитной индукции. Для измерения используется флюксметр или веберметр.

На проводник с электрическим током, который находится во внешнем магнитном поле, действует сила Ампера, на частицы, которые двигаются внутри проводника сила Лоренца. Если проводник в виде пластины поместить в магнитное поле и пустить через него переменный или постоянный электрический ток, то на его краях появится переменная или постоянная разность потенциалов, которая называется электродвижущей силой Холла. Если известны параметры проводника и значение электродвижущей силы Холла, то можно определить магнитную индукцию, в этом случае используются тесламетр. Если датчик Холла запитать от одного источника и потом подать компенсирующую разность потенциалов от другого источника, то посредством компенсационного метода можно определить электродвижущую силу Холла, что делается при помощи сравнивающего устройства.

Электрические измерения неэлектрических величин

Измерение неэлектрических величин электрическими методами осуществляется при помощи приборов и устройств, которые преобразовывают неэлектрические величины в зависимые от них электрические. Преобразователи неэлектрических величин в электрические делятся на параметрические, которые основаны на изменении какого-либо магнитного или электрического параметра под действием измеряемой величины и генераторные, где измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее электродвижущую силу. Параметрическим преобразователям необходим посторонний источник электроэнергии, а генераторные сами являются источниками. Помимо электроизмерительных приборов и преобразователей в состав установки для измерения неэлектрических величин входят усилители, измерительные мосты, стабилизаторы, выпрямители и т. п. Чтобы измерить линейные перемещения используются индуктивные преобразователи, представляющие собой электромагнитные устройства, у которых параметры магнитных и электрических цепей изменяются в случае перемещения якоря или ферромагнитного магнитопровода, соединенного с деталей.

Чтобы измерить механические усилия, упругие деформации и напряжения, которые могут возникать в узлах и деталях различных конструкций применяются проволочные преобразователи или тензорезисторы. Деформируясь вместе с исследуемыми деталями тензорезисторы изменяют свое электрическое сопротивление. Для измерения температуры различных сред используются термоэлектрические и термочувствительные преобразователи. К термочувствительным относятся полупроводниковые и металлические терморезисторы, у которых сопротивление значительно зависит от температуры.