對(duì)于不隨時(shí)間而變化的直流磁場(chǎng)的測(cè)量。常用的測(cè)量?jī)x器有以下7種。
①力矩磁強(qiáng)計(jì):簡(jiǎn)稱(chēng)磁強(qiáng)計(jì)。利用磁場(chǎng)的力效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度或材料的磁化強(qiáng)度。
②磁通計(jì)和沖擊檢流計(jì)(見(jiàn)檢流計(jì)):用于沖擊法(見(jiàn)軟磁材料測(cè)量)中測(cè)量磁通及磁通密度。測(cè)量時(shí),須人為地使檢測(cè)線(xiàn)圈中的磁通發(fā)生變化。
③旋轉(zhuǎn)線(xiàn)圈磁強(qiáng)計(jì):在被測(cè)的恒定磁場(chǎng)中,放置一個(gè)小檢測(cè)線(xiàn)圈,并令其作勻速旋轉(zhuǎn)。通過(guò)測(cè)量線(xiàn)圈的電動(dòng)勢(shì),可計(jì)算出磁通密度或磁場(chǎng)強(qiáng)度。測(cè)量范圍為0.1毫特到10特。誤差為0.1~1%。也可將檢測(cè)線(xiàn)圈突然翻轉(zhuǎn)或快速移到無(wú)場(chǎng)區(qū),按沖擊法原理測(cè)量磁通密度。
④磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì):由高磁導(dǎo)率軟磁材料制成的鐵心同時(shí)受交變及恒定兩種磁場(chǎng)作用,由于磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性,以及鐵心工作在曲線(xiàn)的非對(duì)稱(chēng)區(qū),使得纏繞在鐵心上的檢測(cè)線(xiàn)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(chǎng)強(qiáng)度成比例。通過(guò)測(cè)量檢測(cè)線(xiàn)圈的諧波電壓,計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。探頭中的兩個(gè)鐵心用高磁導(dǎo)率軟磁合金制成。每一鐵心上各繞有交流勵(lì)磁線(xiàn)圈,而檢測(cè)線(xiàn)圈繞在兩鐵心上。兩交流勵(lì)磁線(xiàn)圈串聯(lián)后由振蕩器供電,在兩鐵心中產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H~,但方向相反。這樣,檢測(cè)線(xiàn)圈中感生的基波及奇次諧波電壓相互抵消。當(dāng)探頭處在強(qiáng)度為H0的被測(cè)恒定磁場(chǎng)中時(shí),兩鐵心分別受到H0+H~和H0-H~即交變與恒定磁場(chǎng)的疊加作用,從而在檢測(cè)線(xiàn)圈中產(chǎn)生偶次諧波電壓,經(jīng)選頻放大和同步檢波環(huán)節(jié),取其二次諧波電壓,其讀數(shù)與被測(cè)的恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度H0成比例。磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度很高,分辨力達(dá)100皮特。主要用于測(cè)量弱磁場(chǎng)。廣泛用于地質(zhì)、海洋和空間技術(shù)中。20世紀(jì)60~70年代研制成的光泵磁強(qiáng)計(jì)和利用超導(dǎo)量子干涉器件 (squid)制成的超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì),靈敏度更高,分辨力分別達(dá)到10-7和10-9安/米。
⑤霍耳效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì):半導(dǎo)體矩形薄片放置在與薄片平面垂直的磁場(chǎng)(磁通密度為B)中,若在薄片的相對(duì)兩端面間通以直流電流I,則在另兩端面的相應(yīng)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E(即霍耳效應(yīng))。當(dāng)I 為常數(shù)時(shí),E與B 有比例關(guān)系,比例系數(shù)與薄片的寬度b,長(zhǎng)度l和厚度d 以及所用材料有關(guān)。材料的這種特性又稱(chēng)為磁敏特性。利用霍耳效應(yīng)制成的磁強(qiáng)計(jì),可測(cè)量1微特到10特范圍內(nèi)的磁通密度值。誤差為0.1~5%?;舳茏龅帽《?,可伸入狹窄間隙中進(jìn)行測(cè)量,也可用以測(cè)量非均勻磁場(chǎng)。有磁敏特性的器件,除霍耳片外還有鉍螺線(xiàn)、磁敏二極管等。
⑥核磁共振磁強(qiáng)計(jì):原子核的磁矩在磁通密度B 的作用下,將圍繞磁場(chǎng)方向旋進(jìn),其旋進(jìn)頻率ƒ0=γB(γ為旋磁比,對(duì)于一定的物質(zhì),它是一個(gè)常數(shù)),若在垂直于B的方向施加一小交變磁場(chǎng),當(dāng)其頻率與ƒ0相等時(shí),將產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象,即核磁共振。由共振頻率可準(zhǔn)確地計(jì)算出磁通密度或磁場(chǎng)強(qiáng)度。這種磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量范圍為 0.1毫特到10特。準(zhǔn)確度很高,誤差低于10-4~10-5,常用以提供標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)及作為校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
⑦磁位計(jì):用于測(cè)量空間a、b兩點(diǎn)間的磁位差,如系均勻磁場(chǎng),可折算出該處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁位計(jì)也可用來(lái)測(cè)量材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。由于磁性材料界面處的磁場(chǎng)強(qiáng)度切線(xiàn)分量相等,因此在沿材料表面空間處用磁位計(jì)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度,就是材料該處內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度切線(xiàn)分量。磁位計(jì)的結(jié)構(gòu)是將細(xì)絕緣導(dǎo)線(xiàn)均勻繞在非磁性軟帶或硬片上,前者稱(chēng)軟磁位計(jì);后者稱(chēng)硬磁位計(jì)。測(cè)量?jī)x表采用沖擊檢流計(jì)或磁通計(jì)。對(duì)于恒定磁場(chǎng),測(cè)量過(guò)程中須使磁位計(jì)所鏈合的磁通發(fā)生變化。如所測(cè)為均勻磁場(chǎng),則由磁位差折算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁位計(jì)可在標(biāo)準(zhǔn)均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行標(biāo)定,按磁場(chǎng)強(qiáng)度值刻度。
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