Феррозондовые преобразователи

Феррозондовые преобразователи компонентные преобразователи активного типа, предназначенные для измерения либо напряженности магнитного поля, либо ее изменения в пространстве. Действие феррозондового преобразователя (феррозонда) основано на нелинейности кривых намагничивания сердечников из магнитных материалов.

Феррозонд конструктивно состоит из двух идентичных полузондов, каждый из которых содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с размещенными на нем двумя катушками. Одна катушка – возбуждающая – подключается к источнику переменного тока, другая – измерительная. В зависимости от способа соединения обмоток друг с другом различают феррозонды-полемеры и феррозонды-градиентометры. Первые измеряют абсолютное значение напряженности поля, вторые – приращение (градиент) напряженности поля от одной точки к другой.

Схема подключения обмоток в феррозонде-полемере показана на рис. 24. здесь обмотки возбуждения соединены встречно, измерительные – согласно. Синусоидальный ток возбуждения I_в = I_msinwt, вектор его напряженности параллелен оси сердечника. временные зависимости напряженности и индукции в каждом сердечнике показаны на рис. 1.25. Видно, что характер изменения индукции в каждом сердечнике одинаков и значения индукция отличаются только знаком; следовательно, выходной сигнал, равный сумме ЭДС в измерительных катушках, равен нулю.

При воздействии постоянного магнитного поля Н₀ напряженность в первом сердечнике Н₁(t) = Н_вsinwt + Н₀, а во втором – Н₂(t) = H_вsinwt – Н₀. В этом случае вследствие нелинейности кривой намагничивания значения индукции в стрежнях становятся различными, что видно из рис. 1.26. Там же показан и выходной сигнал несинусоидальной формы, главная особенность которого состоит в том, что его период Т_и вдвое меньше периода Т_в возбуждающего тока. Это означает, что постоянное внешнее подмагничивающее поле Н₀ обусловливает появление второй гармоники в выходном сигнале феррозонда-полемера. Эта вторая гармоника и является информативной, по ней судят о напряженности постоянного магнитного поля.

а б Рис. 1.25. Напряженность (а) и магнитная индукция (б) в стержнях феррозонда

Рис. 1.26. Выходной сигнал феррозонда при изменении напряженности

характеристика этого преобразователя показана на рис. 1.27. При Н₀ = 0 выходной сигнал феррозонда равен нулю. Рабочим является близкий линейному начальный участок, где действующее значение второй гармоники U₂ пропорционально напряженности Н₀. при значительном увеличении Н₀ (больше Н_0max) происходит насыщение материала сердечника.

При оценке неоднородности постоянного во времени магнитного поля используется феррозонд-градиентометр, который по устройству аналогичен феррозонду-полемеру и отличается от него соединением обмоток (рис. 1.28). Обмотки возбуждения соединены последовательно-согласно. Тогда при напряженность, а следовательно, и индукция в каждом сердечнике одинаковы в любой момент времени. Измерительные катушки и включены последовательно-встречно, поэтому выходное напряжение катушки этого феррозонда, равное разности ЭДС е₁ и е₂ в измерительных катушках, равно нулю. Если же напряженность поля изменяется в направлении, ортогональном направлению вектора Н₀ (рис. 1.28), то напряженность магнитного поля не равна . Это приводит к тому, что индукция в каждом сердечнике не будет одинаковой и появится выходной сигнал
U_вых = е₁(t) – е₂(t) (рис. 1.29). Выходное напряжение, как и в предыдущем случае, несинусоидально, но главной его особенностью также является наличие второй гармоники. Амплитуда выходного сигнала пропорциональна степени неоднородности внешнего поля, т. е. величине .

	Рис. 1.29. Выходной сигнал феррозонда-градиентометра
Рис. 1.27. Характеристика феррозонда-полемера
Рис. 1.28. Схема соединения обмоток феррозонда-градиентометра

Во всех случаях применения феррозондов необходимо выделять вторую гармонику выходного сигнала, так как именно она несет информацию о напряженности измеряемого поля. При этом первая гармоника должна подавляться.