МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

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.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.