ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК РАДИАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКСИЛЬНО-СИММЕТРИЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
INDUCTION SENSOR OF RADIAL DISTRIBUTION OF AXIAL-SYMMETRIC MAGNETIC FIELD

Изобретение относится к области лабораторных электрических измерений и может быть применено для измерения напряженности неоднородных аксиально-симметричных магнитных полей.
Аналогом изобретения является типичная измерительная катушка. Она изготовляется из тонкого медного провода диаметром 0,05-0,1 мм в количестве 10-100 витков на круглой оправке диаметром порядка 10 мм. При измерениях измерительная катушка помещается в исследуемое магнитное поле. Если исследуемое магнитное поле достаточно однородно в пределах измерительной катушки, то измерения получаются достаточно достоверными. Когда исследуемое магнитное поле существенно меняется в пределах диаметра измерительной катушки, стараются уменьшать диаметр катушки и увеличивать количество ее витков. В итоге снижается достоверность измерений. Поэтому аналог непригоден для измерения структуры неоднородных магнитных полей (Иверонова В.И. Физический практикум. - M.: Наука, 1968, с.121).
Прототипом изобретения является устройство по заявке №2009136787 "Измерительная кольцевая катушка", по которой принято экспертизой решение о выдаче патента на изобретение.
Прототип состоит из двух концентрических обмоток с малым зазором между ними и бифилярным отводом на регистрирующий прибор. Обмотки соединены электрически последовательно, а по магнитным потокам встречно.
Действует прототип следующим образом. Он вставляется в исследуемое магнитное поле соосно, т.е. предполагаемая ось прототипа совмещается с предполагаемой осью исследуемого магнитного поля. Если исследуемое магнитное поле меняется синусоидально, то на бифилярном отводе регистрирующий прибор покажет уровень магнитного поля, приходящегося на радиальный зазор упомянутых концентрических обмоток. Перемещая такой датчик по оси исследуемого магнитного поля, можно получить аксиальную зависимость магнитного поля на радиусе радиального зазора датчика. Это особенно важно, если размеры исследуемого магнитного поля ограничены, а чувствительность типовой кольцевой катушки недостаточна для проведения измерений.
Недостаток прототипа состоит в том, что он пригоден для регистрации магнитного поля только на радиусе, заданном при изготовлении датчика, а для радиальных измерении нужно изготовлять серию таких датчиков.
Отмеченный недостаток устраняется с помощью предлагаемого устройства. Конструктивно оно состоит из серии концентрических измерительных катушек с одинаковым количеством витков и малым радиальным зазором между ними, с электрически последовательным соединением между ними и бифилярными отводами от каждого соединения, и вся серия концентрических обмоток смонтирована в одной плоскости.
Действует предлагаемое устройство следующим образом. Оно вводится в исследуемое магнитное поле соосно, как и прототип, и фиксируется на протяжении всего времени пока регистрируются сигналы с каждого отвода с помощью измерительного прибора.
i+1
ri+1
ri
Значение магнитного поля на радиусе зазора r между измерительными секциями определяется разностью сигналов со смежных секций e-e.
ЭДС индукции, возникающей в секции определяется известной формулой
e=4,44fnBS,
где f - частота синусоидального изменения магнитного поля,
n - число витков в секции,
B - амплитуда синусоидально изменяющегося магнитного поля,
S - площадь контура измерительной секции.
Для секции с номером i+1 сигнал будет
i+1
2
e=4,44fnBπ(ri+Δ)
где Δ - радиальный зазор между смежными секциями,
i+1
i+1
B - амплитуда синусоидально изменяющегося магнитного поля в зазоре с радиусом r.
Итоговая формула для определения магнитного поля в заданном зазоре будет иметь вид
<mrow><msub><mi>B</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>e</mi><mrow><mi>r</mi><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>e</mi><mrow><mi>r</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mn>8,88</mn><mi>π</mi><mi>f</mi><mi>n</mi><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>Δ</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi><mfrac><mrow><msub><mi>e</mi><mrow><mi>r</mi><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>e</mi><mrow><mi>r</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>r</mi><mi>i</mi></mrow></mfrac></mrow>
Для получения пространственной структуры исследуемого магнитного поля достаточно будет соответственно аксиально переместить предлагаемое устройство известным способом и зафиксировать соответствующие сигналы с бифилярных отводов при фиксированных аксиальных координатах предлагаемого устройства.
Рационально иметь количество секции в количестве 2, 6, 13…, как это делается в канатно-кабельной промышленности, для получения плотной бифилярнии скрутки.
В качестве примера на фиг.1 представлена конструкция датчика, на фиг.2 показана схема электрических соединений в датчике.