eng
В век электроники и всеобщей компьютеризации не обойтись без средств измерения магнитного состояния различных материалов и сред. Приборы для измерения магнитных параметров нужны при производстве любой техники — от космической и вычислительной до бытовой. Отечественная промышленность выпускает разнообразные устройства, обеспечивающие высокоточные измерения магнитных полей и свойств материалов.
Развитие и совершенствование запоминающих устройств на магнитных дисках, лентах, структурах на цилиндрических магнитных доменах и магнитооптических пленках требует постоянного исследования и непрерывного улучшения состава и структуры рабочих магнитных слоев. Достоверная информация о параметрах этих слоев — одна из важнейших задач таких исследований. Для ее решения при изучении новых тонкопленочных магнитных и магнитооптических носителей информации по заказу Института химической физики РАН разработана и изготовлена высокочувствительная компьютерная система, работающая на принципе магнитометра с колеблющимся образцом, типа МКО. Устройство отличается высокой универсальностью, надежностью и относительно малой погрешностью измерения (менее 0,5%).
Сложные проблемы измерения магнитных свойств слоев чрезвычайно малой толщины (около 0,01 мкм) с содержанием вещества массой менее 0,01 мг успешно решены в системе МКО благодаря применению оригинальной конструкции управляемого высокостабильного электромагнитного вибратора для возбуждения прецизионных колебаний исследуемых образцов, компьютерных методов компенсации магнитного фона, усовершенствованной техники фильтрации и усреднения сигнала, а также оптимального алгоритма управления магнитным полем прецизионного электромагнита. В системе на базе персонального компьютера обеспечен автоматический выбор режимов работы и управления, а также цифровая обработка результатов измерений. Все это позволяет получать и регистрировать такие характеристики испытуемых образцов, как магнитные моменты, восприимчивость, кривые намагничивания и параметры петли гистерезиса (коэрцитивная сила, момент насыщения, остаточный момент и т.п.).
Наиболее высокие точностные характеристики достигнуты в разработанном для решения космических навигационных задач трехкомпонентном цифровом феррозондовом магнитометре (ЦФМ). Погрешность этого прибора в диапазоне магнитных полей 0—640 мЭ (что соизмеримо с магнитным полем Земли) составляет 0,03%.
Для контроля остаточной намагниченности деталей, узлов и приборов, уровня магнитной индукции на рабочих местах, магнитных экранов и других ферромагнитных изделий большой интерес представляет микротесламетр постоянного магнитного поля типа Г74. Микротесламетр измеряет три взаимно перпендикулярные составляющие вектора магнитной индукции в диапазоне 0,1—10000 мкТл с погрешностью 1,0%. Контроль магнитной совместимости с помощью этого прибора способствует уменьшению габаритов электро- и радиотехнического оборудования и увеличению плотности его компоновки. Используемые в нем малогабаритные датчики ферромодуляционного типа (13х8х8 мм) позволяют контролировать магнитную обстановку и пространственную ориентацию нефтяных и газовых скважин, трубопроводов и т.п.
Для измерения более сильных постоянных и пульсирующих магнитных полей в диапазоне 0,00005—1,5Тл разработан тесламетр типа ЭМ-7000. Прибор оснащен набором датчиков разнообразной конструкции на основе датчиков Холла, позволяющих вести измерения в узких зазорах электротехнического оборудования, исследовать параметры ферромагнитных изделий, намагничивающих устройств, радио- и электроаппаратуры.
Введение обязательных международных и российских стандартов на электротехническое и радиоэлектронное промышленное и бытовое оборудование с требованиями обеспечения электромагнитной совместимости повысило потребность в приборах для надежного контроля уровней электромагнитных полей и помех. К таким устройствам относится прибор типа Г74 с датчиками ферромодуляционного типа, который одновременно измеряет постоянную и переменную составляющие магнитного поля, генерируемого работающим силовым и радиотехническим оборудованием. Диапазон измерений прибора по постоянному полю равен 0,005—50 Э, по переменному — 0,00005—20 Э в частотном диапазоне 20—20000 Гц. Миниатюрный магниточувствительный датчик с сердечником из пермаллоя размером 1,5х1,0х1,0 мм позволяет проводить практически точечные измерения магнитных полей.
Сейчас ведется разработка микротесламетра Г703 для измерения среднеквадратичных значений магнитной индукции в пределах 0,05—1000 мкТл магнитных полей, наводимых сигналом на частоте 20 — 20000 Гц в малом объеме.
Измерение и регулирование параметров магнитных полей, создаваемых сильными электрическими токами, имеют важное значение в энергосберегающих технологиях, используемых такими энергоемкими объектами, как электроплавильные печи и алюминиевые электролизеры. Искажение зеркала расплавленного металла в межэлектродном пространстве электролизной ванны, вызываемое неоднородным магнитным полем, снижает выход металла, повышает расход электроэнергии, а в ряде случаев приводит к коротким замыканиям и аварийному выбросу высокотемпературного расплава из ванны. Чтобы избежать подобных осложнений, а также оптимизировать конструкцию и режимы работы электролизеров, необходимо получать информацию о распределении магнитного поля в межэлектродном пространстве и в электролизном цехе. Особую трудность при этом представляет измерение характеристик магнитного поля в активной зоне расплава, температура которой превышает 1000оС. Для решения этой задачи был создан магнитометр типа Г71, испытания которого в электролизных цехах Волховского, Волгоградского и Новокузнецкого алюминиевых заводов показали его надежную работу в особо тяжелых условиях эксплуатации. Благодаря предложенной оригинальной защите от перегрузок и перегревов электромагнитные датчики позволяют проводить долговременные измерения в активной зоне высокотемпературного расплава. Диапазон измерения трех компонент вектора напряженности магнитного поля прибора составляет 0—25000 А/м, относительная погрешность измерений — 1,5%, угловая погрешность — менее 0,5о. На основе результатов, полученных при измерении магнитных полей с помощью магнитометра Г71, была усовершенствована конструкция мощных электролизных ванн, оптимизирована схема ошиновки, что в свою очередь позволило повысить их коэффициент полезного действия, улучшить экологичность и безопасность эксплуатации.
Существенный вклад в разработку этих измерительных приборов и используемых в них высокочувствительных преобразователей внесли Н.И. Яковлев и С.Х.Карпенков – авторы многих авторских свидетельств, патентов и монографий в этой области.
Литература
Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. – М.: Радио и связь, 1998.
Яковлев Н.И. Бесконтактные электроизмерительные приборы. –М.: Энергоатомиздат, 1990.
Карпенков С.Х. Тонкопленочные накопители информации. – М.: Радио и связь, 1993.
Карпенков С.Х. Тонкопленочные материалы для высокочувствительных преобразователей.– ПСУ, 1996, N3.
Яковлев Н.И., Карпенков С.Х., Абрамзон Г.В. Возможности и перспективы создания высокочувствительных преобразователей в интегральном исполнении. – Тезисы доклада на 2-й Международной конференции ФИЗМЕТ—96, июль 1996 г.
Сложные проблемы измерения магнитных свойств слоев чрезвычайно малой толщины (около 0,01 мкм) с содержанием вещества массой менее 0,01 мг успешно решены в системе МКО благодаря применению оригинальной конструкции управляемого высокостабильного электромагнитного вибратора для возбуждения прецизионных колебаний исследуемых образцов, компьютерных методов компенсации магнитного фона, усовершенствованной техники фильтрации и усреднения сигнала, а также оптимального алгоритма управления магнитным полем прецизионного электромагнита. В системе на базе персонального компьютера обеспечен автоматический выбор режимов работы и управления, а также цифровая обработка результатов измерений. Все это позволяет получать и регистрировать такие характеристики испытуемых образцов, как магнитные моменты, восприимчивость, кривые намагничивания и параметры петли гистерезиса (коэрцитивная сила, момент насыщения, остаточный момент и т.п.).
Наиболее высокие точностные характеристики достигнуты в разработанном для решения космических навигационных задач трехкомпонентном цифровом феррозондовом магнитометре (ЦФМ). Погрешность этого прибора в диапазоне магнитных полей 0—640 мЭ (что соизмеримо с магнитным полем Земли) составляет 0,03%.
Для контроля остаточной намагниченности деталей, узлов и приборов, уровня магнитной индукции на рабочих местах, магнитных экранов и других ферромагнитных изделий большой интерес представляет микротесламетр постоянного магнитного поля типа Г74. Микротесламетр измеряет три взаимно перпендикулярные составляющие вектора магнитной индукции в диапазоне 0,1—10000 мкТл с погрешностью 1,0%. Контроль магнитной совместимости с помощью этого прибора способствует уменьшению габаритов электро- и радиотехнического оборудования и увеличению плотности его компоновки. Используемые в нем малогабаритные датчики ферромодуляционного типа (13х8х8 мм) позволяют контролировать магнитную обстановку и пространственную ориентацию нефтяных и газовых скважин, трубопроводов и т.п.
Для измерения более сильных постоянных и пульсирующих магнитных полей в диапазоне 0,00005—1,5Тл разработан тесламетр типа ЭМ-7000. Прибор оснащен набором датчиков разнообразной конструкции на основе датчиков Холла, позволяющих вести измерения в узких зазорах электротехнического оборудования, исследовать параметры ферромагнитных изделий, намагничивающих устройств, радио- и электроаппаратуры.
Введение обязательных международных и российских стандартов на электротехническое и радиоэлектронное промышленное и бытовое оборудование с требованиями обеспечения электромагнитной совместимости повысило потребность в приборах для надежного контроля уровней электромагнитных полей и помех. К таким устройствам относится прибор типа Г74 с датчиками ферромодуляционного типа, который одновременно измеряет постоянную и переменную составляющие магнитного поля, генерируемого работающим силовым и радиотехническим оборудованием. Диапазон измерений прибора по постоянному полю равен 0,005—50 Э, по переменному — 0,00005—20 Э в частотном диапазоне 20—20000 Гц. Миниатюрный магниточувствительный датчик с сердечником из пермаллоя размером 1,5х1,0х1,0 мм позволяет проводить практически точечные измерения магнитных полей.
Сейчас ведется разработка микротесламетра Г703 для измерения среднеквадратичных значений магнитной индукции в пределах 0,05—1000 мкТл магнитных полей, наводимых сигналом на частоте 20 — 20000 Гц в малом объеме.
Измерение и регулирование параметров магнитных полей, создаваемых сильными электрическими токами, имеют важное значение в энергосберегающих технологиях, используемых такими энергоемкими объектами, как электроплавильные печи и алюминиевые электролизеры. Искажение зеркала расплавленного металла в межэлектродном пространстве электролизной ванны, вызываемое неоднородным магнитным полем, снижает выход металла, повышает расход электроэнергии, а в ряде случаев приводит к коротким замыканиям и аварийному выбросу высокотемпературного расплава из ванны. Чтобы избежать подобных осложнений, а также оптимизировать конструкцию и режимы работы электролизеров, необходимо получать информацию о распределении магнитного поля в межэлектродном пространстве и в электролизном цехе. Особую трудность при этом представляет измерение характеристик магнитного поля в активной зоне расплава, температура которой превышает 1000оС. Для решения этой задачи был создан магнитометр типа Г71, испытания которого в электролизных цехах Волховского, Волгоградского и Новокузнецкого алюминиевых заводов показали его надежную работу в особо тяжелых условиях эксплуатации. Благодаря предложенной оригинальной защите от перегрузок и перегревов электромагнитные датчики позволяют проводить долговременные измерения в активной зоне высокотемпературного расплава. Диапазон измерения трех компонент вектора напряженности магнитного поля прибора составляет 0—25000 А/м, относительная погрешность измерений — 1,5%, угловая погрешность — менее 0,5о. На основе результатов, полученных при измерении магнитных полей с помощью магнитометра Г71, была усовершенствована конструкция мощных электролизных ванн, оптимизирована схема ошиновки, что в свою очередь позволило повысить их коэффициент полезного действия, улучшить экологичность и безопасность эксплуатации.
Существенный вклад в разработку этих измерительных приборов и используемых в них высокочувствительных преобразователей внесли Н.И. Яковлев и С.Х.Карпенков – авторы многих авторских свидетельств, патентов и монографий в этой области.
Литература
Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. – М.: Радио и связь, 1998.
Яковлев Н.И. Бесконтактные электроизмерительные приборы. –М.: Энергоатомиздат, 1990.
Карпенков С.Х. Тонкопленочные накопители информации. – М.: Радио и связь, 1993.
Карпенков С.Х. Тонкопленочные материалы для высокочувствительных преобразователей.– ПСУ, 1996, N3.
Яковлев Н.И., Карпенков С.Х., Абрамзон Г.В. Возможности и перспективы создания высокочувствительных преобразователей в интегральном исполнении. – Тезисы доклада на 2-й Международной конференции ФИЗМЕТ—96, июль 1996 г.
Отзывы читателей
