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恒定磁場測量儀器簡介

更新時間:2022-03-02 點擊量:981

對于不隨時間而變化的直流磁場的測量。常用的測量儀器有以下7種。

力矩磁強計:簡稱磁強計。利用磁場的力效應測量磁場強度或材料的磁化強度

磁通計沖擊檢流計(見檢流計):用于沖擊法(見軟磁材料測量)中測量磁通及磁通密度。測量時,須人為地使檢測線圈中的磁通發生變化。

③旋轉線圈磁強計:在被測的恒定磁場中,放置一個小檢測線圈,并令其作勻速旋轉。通過測量線圈的電動勢,可計算出磁通密度或磁場強度。測量范圍為0.1毫特到10特。誤差為0.1~1%。也可將檢測線圈突然翻轉或快速移到無場區,按沖擊法原理測量磁通密度。

磁通門磁強計:由高磁導率軟磁材料制成的鐵心同時受交變及恒定兩種磁場作用,由于磁化曲線的非線性,以及鐵心工作在曲線的非對稱區,使得纏繞在鐵心上的檢測線圈感生的電壓中含有偶次諧波分量,特別是二次諧波。此諧波電壓與恒定磁場強度成比例。通過測量檢測線圈的諧波電壓,計算出磁場強度。磁通門磁強計的原理結構如圖所示。探頭中的兩個鐵心用高磁導率軟磁合金制成。每一鐵心上各繞有交流勵磁線圈,而檢測線圈繞在兩鐵心上。兩交流勵磁線圈串聯后由振蕩器供電,在兩鐵心中產生的磁場強度為H~,但方向相反。這樣,檢測線圈中感生的基波及奇次諧波電壓相互抵消。當探頭處在強度為H0的被測恒定磁場中時,兩鐵心分別受到H0+H~和H0-H~即交變與恒定磁場的疊加作用,從而在檢測線圈中產生偶次諧波電壓,經選頻放大和同步檢波環節,取其二次諧波電壓,其讀數與被測的恒定磁場強度H0成比例。磁通門磁強計的靈敏度很高,分辨力達100皮特。主要用于測量弱磁場。廣泛用于地質、海洋和空間技術中。20世紀60~70年代研制成的光泵磁強計和利用超導量子干涉器件 (squid)制成的超導量子磁強計,靈敏度更高,分辨力分別達到10-7和10-9安/米。

⑤霍耳效應磁強計:半導體矩形薄片放置在與薄片平面垂直的磁場(磁通密度B)中,若在薄片的相對兩端面間通以直流電流I,則在另兩端面的相應點間產生電動勢E(即霍耳效應)。當I 為常數時,E與B 有比例關系,比例系數與薄片的寬度b,長度l和厚度d 以及所用材料有關。材料的這種特性又稱為磁敏特性。利用霍耳效應制成的磁強計,可測量1微特到10特范圍內的磁通密度值。誤差為0.1~5%。霍耳片能做得薄而小,可伸入狹窄間隙中進行測量,也可用以測量非均勻磁場。有磁敏特性的器件,除霍耳片外還有鉍螺線、磁敏二極管等。

⑥核磁共振磁強計:原子核的磁矩磁通密度B 的作用下,將圍繞磁場方向旋進,其旋進頻率ƒ0=γB(γ為旋磁比,對于一定的物質,它是一個常數),若在垂直于B的方向施加一小交變磁場,當其頻率與ƒ0相等時,將產生共振吸收現象,即核磁共振。由共振頻率可準確地計算出磁通密度或磁場強度。這種磁強計的測量范圍為 0.1毫特到10特。準確度很高,誤差低于10-4~10-5,常用以提供標準磁場及作為校驗標準。

⑦磁位計:用于測量空間a、b兩點間的磁位差,如系均勻磁場,可折算出該處的磁場強度。磁位計也可用來測量材料內部的磁場強度。由于磁性材料界面處的磁場強度切線分量相等,因此在沿材料表面空間處用磁位計測得的磁場強度,就是材料該處內部的磁場強度切線分量。磁位計的結構是將細絕緣導線均勻繞在非磁性軟帶或硬片上,前者稱軟磁位計;后者稱硬磁位計。測量儀表采用沖擊檢流計或磁通計。對于恒定磁場,測量過程中須使磁位計所鏈合的磁通發生變化。如所測為均勻磁場,則由磁位差折算出磁場強度。磁位計可在標準均勻磁場中進行標定,按磁場強度值刻度。

 

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