Феррозонд

Феррозо́нд — прибор для определения мгновенных значений магнитной индукции и напряжённости магнитного поля ферромагнитных материалов.

Физические основы

Файл:Феррозонд дифференциальный.jpg

Конструкция дифференциального феррозонда. Слева — электрическая схема, справа — конструктивное исполнение

Феррозонды чувствительны к медленно изменяющимся во времени и постоянным магнитным полям. Это устройства активного типа, поскольку их принцип действия основан на взаимодействии собственного магнитного поля, возникающего за счёт протекания тока в обмотке, и измеряемого магнитного поля. Используемые сердечники из магнитомягких материалов, таких как пермаллой, способствуют возникновению электродвижущей силы во второй обмотке, величина которой используется для определения мгновенных значений напряжённости внешнего измеряемого магнитного поля после соответствующей градуировки.

Феррозонды бывают разных типов, наиболее распространённым из которых является дифференциальный. Он состоит из двух идентичных пермаллоевых прямоугольных сердечников, расположенных параллельно друг другу. Вокруг стержней намотаны первичные обмотки, подключённые последовательно друг к другу. Общая вторичная обмотка расположена поверх этой конструкции и подключена к измерительному прибору. Ток в первичных обмотках создаёт в сердечниках одинаковые по величине напряжённости противоположно направленных магнитных полей. При помещении феррозонда во внешнее измеряемое магнитное поле происходит взаимодействие его с внутренними магнитными полями в сердечниках, такое, что выполняются соотношения:

${\begin{cases}B_{1}=B(H_{0}-H_{i})\\B_{2}=B(H_{0}+H_{i})\\\end{cases}}$,

где $B_{1}$, $B_{2}$ — индукции магнитных полей в сердечниках феррозонда, $H_{0}$ и $H_{i}$ — напряжённости внешнего магнитного поля и полей внутри сердечников.

В этом случае ЭДС во вторичной обмотке составит:

${\mathcal {E}}=-S_{i}\omega _{2}{\frac {d}{dt}}(B_{1}+B_{2})$,

где $S_{i}$ — площадь поперечного сечения сердечников, $\omega _{2}$ — количество витков вторичной обмотки, $t$ — время.

Видно, что результирующие значения выходной ЭДС определяются разностью значений напряжённостей внешнего и внутреннего поля феррозонда.

Конструкция дифференциального феррозонда определяет наличие диаграммы направленности, ведь внешнее магнитное поле не всегда сонаправлено с полями сердечников феррозонда. При совпадении направлений векторов напряжённости внешнего магнитного поля и поля феррозонда его отклик максимальный, а в случае, когда направления векторов перпендикулярны, отклик будет минимальным. Геометрически диаграмму направленности феррозонда можно представить как пару взаимно перпендикулярных «восьмёрок». Феррозонды обладают высоким КПД при компактной конструкции и дешевизне в изготовлении. Формы сердечников бывают разные: эллипсоиды, прямоугольные сечения, цилиндры, и др.

Феррозонды используются в качестве чувствительных элементов магнитометров и других измерительных приборов.

На рисунке показана схема дифференциального феррозонда. Цифрами обозначены: 1 — сердечники из пермаллоя, 2 — первичные обмотки феррозонда, 3 — вторичная обмотка феррозонда, 4 — внутренние разграничивающие конструкции, 5 — ниши для пермаллоевых сердечников, 6 — корпус феррозонда, 7 — внешний кожух феррозонда, 8 — контакты прибора.

Применение

Феррозонды применяются в геологических изысканиях, разведке полезных ископаемых, структуры геомагнитного поля, космических магнитных полей, в системах навигации, при автоматизации производственных процессов, физических экспериментах, и т. д.

Литература

• Кифер И. И., Пантюшин В. С. Испытания ферромагнитных материалов. (Магнитные измерения). — Москва : Букинист, 1955.
• Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
• Калашников Н. В., Стоцкий Л. Р., Добрынина Н. П., Любимов Н. Г., Смирнов В. И., Тарасов Д. А. Единицы измерения и обозначения физико-технических величин. Справочник. — Москва : Изд-во «Недра», 1966.
• Афанасьев Ю. В. Феррозонды. — Л. : Энергия, 1969.
• Чечерников В. И. Магнитные измерения. — Москва : Издательство московского университета, 1969.
• Чернышев Е. Т., Чернышева Н. Г., Чечурина Е. Н. Магнитные измерения. — Москва : Издательство Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1972.
• Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.
• Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
• Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.

Ссылки

• Измерения слабого магнитного поля

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Феррозонд», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Феррозонд» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».