Sistem magnetic de calibrare a doi magneți permanenți inelari dispuși coaxial cu o zonă

Sistem magnetic de calibrare din doi magneți permanenți inelați coaxial cu zonă de omogenitate în centru

În unele cazuri (de exemplu, pentru calibrarea senzorilor de inducție magnetică), sunt necesare sisteme care creează un câmp magnetic uniform într-o anumită zonă extinsă (zonă de omogenitate), de exemplu, un electromagnet [7, 14] sau inele Helmholtz [12]. Ele necesită însă o sursă de curent cu o valoare dată și, eventual, un dispozitiv de măsurare a inducției câmpului magnetic [10], ceea ce nu este întotdeauna convenabil. Utilizarea magneților permanenți face posibilă crearea unor sisteme de calibrare care nu necesită o sursă de energie, iar câmpul magnetic al acestor sisteme poate rămâne stabil mulți ani [9]. Este cunoscută împărțirea senzorilor cu inducție magnetică în direcția liniilor de câmp ale câmpului măsurat în raport cu axa sondei, în care este montat senzorul: de tip C și M (locația liniilor de câmp ale câmpului măsurat câmp de-a lungul și, respectiv, peste axa sondei). Este de dorit să existe un sistem magnetic care să permită accesul la zona de omogenitate pentru ambele tipuri de senzori (inelele Helmholtz satisfac această cerință).

Una dintre versiunile de probă ale sistemului magnetic care îndeplinește cerințele de mai sus este asamblată conform schemei axisimetrice [5] (Fig. 1 și 2). Sistemul este format din doi magneți permanenți inelari identici din ferită de bariu 28BA190 [8], dimensiune K60 x 24 x 9 (diametru exterior 60 mm, diametru interior 24 mm, înălțime 9 mm), amplasați coaxial la o distanță de 8 mm de fiecare. alte. Direcția de magnetizare este axială (indicată în figură prin săgeți), aceeași pentru ambii magneți. Trei distanțiere nemagnetice de 8 mm grosime (piulițe nemagnetice M10) sunt plasate între inelele magnetice. Inelele sunt lipite cu garnituri din rasina epoxidica.În centrul sistemului există o zonă cu un câmp magnetic uniform, care este accesibilă atât de-a lungul axei sistemului (prin găurile din magneți), cât și pe direcția perpendiculară (prin decalajul dintre magneți). Direcția vectorului de inducție magnetică în această zonă este opusă direcției de magnetizare a magneților permanenți.

Orez. 1. Desen în secțiune a sistemului magnetic.

Orez. 2. Aspectul versiunii de probă a sistemului magnetic.

Metoda elementelor finite [11] a fost utilizată pentru a calcula distribuția câmpului magnetic în sistem. Rezultatele sunt prezentate în fig. 3.

Orez. 3. Distribuția liniilor de câmp magnetic și a densității fluxului magnetic în sistemul magnetic.

Calculele și sinteza sistemului magnetic au fost efectuate folosind programul A_Magnet [1] și metoda elementelor finite [11]. Programul A_Magnet vă permite să calculați inducerea câmpului magnetic al unui magnet permanent inelar folosind metoda solenoidului echivalent. Câmpul magnetic al unui sistem de magneți inelari, în conformitate cu principiul suprapunerii [6], este egal cu suma vectorială a câmpurilor magnetice generate de fiecare magnet separat. Pentru a reduce complexitatea calculelor, puteți utiliza programul AM_System [2], care vă permite să calculați imediat inducerea câmpului magnetic al sistemului considerat de doi magneți permanenți inel într-un punct arbitrar din spațiu. Rezultatele calculelor componentei axiale a inducției magnetice folosind programul A_Magnet și metoda elementelor finite sunt prezentate în fig. 4 și 5. În calcule, valoarea inducției reziduale a feritei de bariu marca 28BA190 este luată egală cu 0,39 T, forța coercitivă în ceea ce privește magnetizarea este de 190 kA/m [9] .

Orez. 4. Componenta axială a inducției magnetice de-a lungul axei de simetrie a sistemului și de-a lungul axei,situat la o distanţă de 2 mm de axa de simetrie. Calcule folosind programul A_Magnet [1] .

Orez. 5. Componentă axială a inducției magnetice de-a lungul axei de simetrie a sistemului și de-a lungul axei situate la o distanță de 2 mm de axa de simetrie. Calcule cu elemente finite [ 10 ] .

Din graficele din Fig. 4 și 5, se poate observa că în centrul sistemului ar trebui să existe o zonă cu un câmp magnetic uniform (sub formă de cilindru cu un diametru de 4 mm și o înălțime de 4 mm), în care neomogenitatea nu depășește 6%. Dacă luăm în considerare o zonă de dimensiuni mai mici, atunci și magnitudinea neomogenității va scădea.

Măsurătorile inducției câmpului magnetic al unui sistem real au fost efectuate folosind un teslametru [3] cu sonde de tip C și M bazate pe senzori Hall. Rezultatele măsurătorilor, care confirmă în general datele de calcul, sunt prezentate în Fig. 6. Mai mult, mărimea neomogenității câmpului magnetic într-o zonă cu diametrul de 4 mm și înălțimea de 4 mm, situată în centrul sistemului, nu depășește cu adevărat 2%.

Orez. 6. Componentă axială a inducției magnetice de-a lungul axei de simetrie a sistemului și de-a lungul axei situate la o distanță de 2 mm de axa de simetrie. Rezultatele măsurătorilor folosind un teslametru [3].

Deci, sistemul magnetic din designul de mai sus are în centru o zonă de câmp magnetic uniform cu acces în două coordonate și poate, în unele cazuri, de exemplu, la verificarea și calibrarea teslametrelor cu senzori Hall [9] , înlocui inelele Helmholtz [9]. 12] . Mai mult, pentru a crea același câmp în sistemul de bobine Helmholtz, este necesar un curent suficient de mare, la care timpul de funcționare al sistemului este limitat. Prin schimbarea mărcii și dimensiunii magneților permanenți [8], este posibil să se construiască sisteme de calibrare similare cu diferite dimensiuni ale zonei de omogenitate și mărimea câmpului magnetic în acestzona. Calculul unor astfel de sisteme poate fi efectuat cu un grad bun de precizie folosind programul A_Magnet [1] sau AM_System [2] . Pe fig. Figura 7 prezintă o versiune de lucru a sistemului magnetic de calibrare calculată folosind programele de mai sus.

Orez. Fig. 7. Vedere exterioară a versiunii de lucru a sistemului magnetic de calibrare a doi magneți coaxiali inelari permanenți ferită-bariu de dimensiunea K60 x 24 x 9. Diametrul orificiului de trecere este de 21 mm, distanța dintre magneți este de 5 mm . Inducția magnetică în centru pentru diferite sisteme de calibrare este de aproximativ 60 mT.

Un electromagnet de dimensiuni mici [7, 14] cu o sursă de alimentare [4], precum și unități de magnetizare în impulsuri [13], au fost folosite pentru a magnetiza magneții de ferită de bariu permanenți până la saturație.

Linkuri:

Senzor Hall (transductor Hall) - un dispozitiv pentru obținerea unui semnal electric dependent de inducția magnetică, al cărui principiu de funcționare se bazează pe efectul Hall.
Inele Helmholtz- un sistem de două bobine inelare identice purtătoare de curent situate coaxial la o distanță de rază a bobinei una de cealaltă și conectate în serie. Există o zonă de câmp magnetic uniform în centrul sistemului.
Inducția magnetică - un vector egal numeric cu limita raportului dintre forța care acționează din câmpul magnetic asupra elementului conductor cu curent electric, la produsul dintre curent și lungimea elementului conductor, dacă lungimea acestui element tinde spre zero, iar elementul este astfel situat în câmp încât această limită să aibă cea mai mare valoare și direcționat perpendicular pe direcția elementului conductorului și pe direcția forței care acționează asupra acestui element dinspre partea câmpului magnetic, iar de la capătul acestuia rotația pe cea mai scurtă distanță de ladirecția forței față de direcția curentului în elementul conductor ar trebui să se vadă că apar în sens invers acelor de ceasornic.
Flux magnetic - flux de inducție magnetică printr-o suprafață dată.
Magnetizare – moment magnetic pe unitate de volum.
Magnetizare - expunerea probei la un câmp magnetic, în urma căruia proba are o magnetizare reziduală diferită de zero.
Câmp magnetic uniform - un câmp magnetic, în fiecare punct al cărui vector de inducție magnetică are aceeași direcție și mărime.
Magnet permanent - un obiect care creează un câmp magnetic datorită propriilor curenți electrici elementari interni care circulă fără utilizarea unei surse externe de energie în materialul care constituie obiectul.
Principiul suprapunerii câmpurilor magnetice - câmpul magnetic creat de mai multe sarcini sau curenți în mișcare este egal cu suma vectorială a câmpurilor magnetice create de fiecare sarcină sau curent separat.
Ferita de bariu este un material magnetic dur pe bază de oxizi de fier și bariu cu compoziție BaO·6Fe2O3. În denumirea mărcii (de exemplu, 19BA190), primul număr (19) indică produsul energetic (în kA Tl / m), prima literă este compoziția feritei (B - bariu), a doua literă este proprietățile (A - anizotrop, I - izotrop), al doilea număr (190) este forța coercitivă față de magnetizare (în kA/m).
Electromagnet - un dispozitiv care conține un inductor și un circuit magnetic (circuit).