жание заліза, свинцю, ртуті та інших металів в монометалевих рудах.

Для оцінки змісту рудного елемента в пробах прилад попередньо градуируют по зразковим препаратів, що мають ту чи іншу концентрацію даного елемента. Для кожного елемента і кожної серії проб одного родовища будують градуйований графік в координатах: зміст визначається елемента (у відсотках) - показання приладу (в розподілах його шкали).

Розділ другий

Прилади для вимірювання магнітних полів

Існує багато методів вимірювання магнітних полів і багато приладів, сконструйованих стосовно особливостей тих чи інших вимірів. Так, спеціальні прилади створені для вимірювання поля в зазорах магнітоелектричних приладів і в повітряних зазорах електричних машин, для вимірювання залишкового магнетизму деталей машин, для виявлення феромагнітних включень в немагнітних матеріалах і т. Д. Чимало спеціальних приладів розроблено також для різних областей науки і техніки, пов'язаних з вимірюванням магнітних полів і магнітних властивостей всіляких речовин.

Конструкцію приладу визначають: а) умови доступу до місця вимірювання; б) вимоги до точності вимірювання і в) економічність. Наприклад, повітряний зазор в залізному муздрамтеатрі доступний тільки в напрямку, розташованому під прямим кутом до силових ліній, а отвір магнітної електронної лінзи є тільки в напрямку, паралельному силовим лініям. Для вимірювання поля землі потрібен високоточний, чутливий, малогабаритний прилад. Вимірювання неоднорідних полів також має свої особливості, оскільки вимірювальний елемент визначає тільки середнє значення магнітної індукції в просторі, зайнятому самим вимірювальним приладом.

Зазвичай вимірювального елементу намагаються надати найменші розміри, не погіршуючи при цьому якості вимірювань.

Метод вимірювання магнітного поля, заснований на ядерному резонансі, справедливо вважається абсолютним і найбільш точним з існуючих в даний час, проте він не розглядається тут з-за його складності. Виклад обмежується розглядом двох методів вимірювання магнітного поля за допомогою: а) феррозондов і б) датчиків Холла. Якщо ферозондові датчики магнітного поля призначені в основному для вимірювання магнітних полів менше одного Ерстеда, то датчиками Холла вимірюють поля від одного до декількох тисяч Ерстед.

Розгляд тільки цих двох типів датчиків магнітного поля виправдано тим, що серед всіх датчиків даного призначення вони найбільш сучасні, мають найменшими габаритами і найбільшою чутливістю і до того ж не вимагають складних вимірювальних схем. Феррозон-довий датчик можна виготовити і не в спеціальних умовах, а датчики Холла можна замовити.

Найпростіший ферозондовий датчик магнітного поля складається з пермаллоєвого стрижня, по всій довжині якого розміщена котушка. Фізична сутність вимірювання магнітного поля за допомогою феррозонда полягає в тому, що сердечник доводиться до стану магнітного насичення струмом генератора певної частоти (рис. 11, а). Якщо на сердечник накладено слабке постійне магнітне поле, то на котушці з'являється напруга парних гармонік, величина якого служить мірою напруженості постійного магнітного поля. Ця напруга фільтрується і вимірюється. Інакше кажучи, дія феррозонда засноване на тому, що магнітний потік в сердечнику датчика, обумовлений вимірюваним магнітним полем, модулюється допоміжним змінним полем збудження сердечника [Л. 3].

Розглянута схема погана тим, що в ній утруднено позбавлення від напруги основної частоти і непарних гармонік; тому на практиці ширше застосовують схему з двома сердечниками (рис. 11, б). Наявність двох сердечників зменшує амплітуду напруги непарних гармонік на виході ферозондового датчика. Первинні обмотки, що утворюють ланцюг збудження феррозонда, з'єднані послідовно і зустрічно. Поверх обмоток збудження розташована загальна (вторинна) вимірювальна обмотка. В обмотки збудження подається від генератора змінний струм такої величини, щоб матеріал сердеч-

ників періодично доводився до стану магнітного насичення. При наявності зовнішнього магнітного поля в вимірювальної обмотці з'являється напруга парних гармонік, пропорційне величині поля. Фаза вихідної напруги парних гармонік змінюється зі зміною знака зовнішнього магнітного поля на 180 °. чутливість

ai f 6} г

Мал. 11. Феррозонди з одним сердечником (а), з двома сердечниками (б), тороїдального типу (в) і способи вимірювання: прямий (г) і компенсаційний (д).

1 - генератор частоти; 2 феррозонд; 3 - виборчий вольтметр 4 - мікроамперметр; 5-підсилювач парних гармонік.

феррозонда пропорційна перетину сердечника, числу витків вимірювальної обмотки і частоти струму збудження.

І цей феррозонд не позбавлений недоліку: дуже важко підібрати два однакових сердечника, між тим скільки-небудь значна різниця в їх властивості призводить до появи напруги основної частоти і непарних гармонік.

Цей недолік усунуто в схемі, показаної на рис. 11, ст. Тут феррозондом служить тороидальний (кільцевий) сердечник з пермаллоєвого стрічки, на якому розташовані дві обмотки збудження Lt і L2, включені

послідовно, і дві вимірювальні обмотки Ls і L4, включені послідовно, але зустрічно. Феррозонд тороїдального типу відрізняється від звичайних тороїдальних трансформаторів способом розташування обмоток. У феррозонде тороїдального типу обмотки розподілені рівномірно по обох половинах сердечника, котушки рівні по довжині, відстані між ними однакові [Л. 41.

За принципом роботи такої феррозонд нічим не відрізняється від феррозонда стрижневого типу. Напруга від генератора надходить в обмотки збудження і сердечник періодично доводиться до стану магнітного насичення. При наявності зовнішнього магнітного поля по осі О-О 'в вимірювальних обмотках Ls і Z.4 з'являється напруга парних гармонік, і мікроамперметр за допомогою фазочувствительного випрямляча на діодах показує знак і величину поля. За допомогою опорів Rx і R2 можна зменшувати напругу непарних гармонік на виході.

Тороїдальний феррозонд володіє двома перевагами: по-перше, дещицею намагнічує струму, обумовленою тим, що магнітна ланцюг замкнута, і, по-друге, дещицею напруги непарних гармонік на виході схеми, обумовленої тим, що магнітні властивості кільцевого сердечника однаково впливають на весь феррозонд, а не на окремі його половини, як в феррозонде на двох сердечниках.

Вимірювати магнітні поля за допомогою феррозондов * можна двома способами: прямим і компенсаційним.

При прямому способі феррозонд, підсилювач та від-лічильний прилад працюють як покажчик інтенсивності поля (рис. 11, г). Цей спосіб простий, але вимагає високої стабільності джерел живлення. Його застосовують для вирішення простих вимірювальних завдань.

При компенсаційному способі феррозонд і підсилювач діють тільки в якості індикаторів нуля, величину же поля відраховують по приладу, що вимірює струм компенсації (рис. 11, д). Цей спосіб, при якому стабільність показань залежить тільки від сталості джерела струму компенсації, задовольняє більш високим метричних вимогам. Струм компенсації зазвичай подається в компенсаційну котушку, намотану по всій довжині феррозонда поверх вимірювальної. Можна подавати струм компенсації і в вимірювальну

котушку, але для цього необхідний розв'язують фільтр. Струм компенсації створює магнітне поле, протилежне за знаком зовнішньому полю. Вимірюючи струм компенсації, визначають зовнішнє магнітне поле.

Розглянуті феррозондопие датчики магнітного поля застосовують в металошукача, магнітометри, магнітних дефектоскопах, дистанційних компасах, апаратах магнітного запису і в багатьох інших приладах.

Чутливий магнітометр на напівпровідниках

На рис. 12 приведена схема простого чутливого приладу для вимірювання постійних магнітних полів в діапазоні від 0,001 до 0,5 е. Прилад виконаний на напів-

провідниках і харчується від батарей. Магніточутливий-ним елементом служить ферозондовий датчик магнітного поля. Обмотки збудження датчика Lx і Ls включені послідовно і зустрічно. Вимірювальна обмотка L2 намотана поверх обмоток збудження [Л. 5].

Для харчування обмоток збудження струмом частоти 2 кГц служить двотактний генератор з індуктивним зворотним зв'язком. Режим генератора стабілізовано за постійним струмом прн допомоги подільника Ra, R9. для вирівнювання

амплітуди напруги збудження служить потенціометр R2. Напруга збудження - близько 1,5-1,8 в.

Напруга парних гармонік, пропорційне зовнішньому полю, з вимірювальною обмотки L2 надходить на вхідний трансформатор Трг. За допомогою конденсатора С2 вхідний ланцюг налаштовують в резонанс для поліпшення вибірковості. Підсилювач на транзисторах Tlt Г2, Ts, Тв є виборчим фазочувствительного мікровольтметром. Зв'язок між двотактними каскадами - трансформаторна, причому первинні обмотки трансформаторів ТР2 і Гр3 налаштовані в резонанс конденсаторами С4 і Св. Резонансний підсилювач дозволяє чітко виділити другу гармоніку частоти 4000 Гц і придушити непарні гармоніки на 30-40 дб.

Для температурної стабілізації підсилювача служать опору зворотного зв'язку Re, R7, Rl2, Ri3. Режим транзисторів по постійному струму підбирають за допомогою дільників Rt, R5 і Rw, Rn. Вихід підсилювача навантажений на фазочувствительного синхронний детектор, виконаний на двох германієвих діодах ДГ і Д2, включених диференційно по схемі однополупериодного випрямлення. Особливістю детектора є залежність полярг ності випрямленої напруги на виході детектора від фази другої гармоніки, що надходить з підсилювача та залежної, в свою чергу, від знака вимірюваного магнітного поля.

Це досягається подачею опорного коммутирующего напруги від генератора на діоди, що викликає синхронне з сигналом зміна провідності діодів і забезпечує фазочувствительного випрямлення. Спрощено роботу синхронного детектора можна уявити сліду; ющим чином.

При проходженні позитивного опорного напруги обидва діода одночасно відмикаються. Струм, що проходить через опору і конденсатори, створює падіння напруги, необхідне для відсічення діодів. Кут відсічення діодів, який визначається величинами цих елементів, вибирають рівним я / 3, що забезпечує придушення третьої гармоніки сигналу. При негативному напівперіоді напруги генератора сигнал другої гармоніки НЕ детектується, так як діоди замкнені. Для отримання максимального випрямленого струму необхідно, щоб напруга сигналу було зрушено по фазі щодо опорного

вартість електрогенератора на сайті залежить від потужності і сторінки-виробника.