Flux-mittari

Virtausmittari (kutsutaan myös induktiivinen anturi tai haku kela) on anturi , joka mittaa virtausta ja magneettikentän ja induktio . Se voidaan nähdä galvanometrinä ilman paluuvääntömomenttia, jota käytetään magneettikentän mittaamiseen. Silmukka- antenni on tietyntyyppinen vuomittari, jota käytetään erityisesti vastaanotto- tai lähetysantennina taajuusalueella muutamasta kymmenestä kHz: stä useisiin GHz: iin. Ilmastointielektroniikkaan liittyvä virtausmittari on vuorotteleva magnetometri .

Virtausmittarin perusperiaate

Vuo- mittari (tai induktiivinen anturi) perustuu Lenz-Faraday- lakiin tai sähkömagneettisen induktion lakiin . Magneettikentän vuon ajallinen vaihtelu N kierroksesta koostuvan piirin läpi aiheuttaa jännitteen (tai sähkömoottorin), kuten: $\ Phi$ $e$

{\ displaystyle e = -N {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}}}

että ilmaisemme yksinkertaisemmin seuraavasti

{\ displaystyle e = -N \ kertaa S {\ frac {\ mathrm {d} B} {\ mathrm {d} t}}}

olettaen, että magneettikenttä B on homogeeninen sähköpiirin osassa S ( magneettikentän virtaus ilmaistaan yksinkertaisesti ). ${\ displaystyle \ Phi = B \ kertaa S}$

Indusoidun jännitteen ( ) lisäämiseksi voimme: $e$

lisää piirin osaa ( S ),
lisää käännösten määrää ( N ),
käytä ferromagneettista ydintä .

Ferromagneettinen ytimen virtausmittari

Kun virtausmittarin kela asetetaan ferromagneettisen ytimen ympärille, hyötyy jälkimmäisen magneettinen vahvistuminen.

Ilmeinen läpäisevyys

Tämä näennäiseksi (tai tehokkaaksi) läpäisevyydeksi luokiteltu magneettivahvistus on seurausta ferromagneettisen materiaalin magnetoinnista magneettikentän läsnä ollessa, jota magnetointia vastustava demagnetisoiva kenttä pienentää. ${\ displaystyle \ mu _ {app}}$

{\ displaystyle \ mu _ {app} = {\ frac {\ mathrm {\ mu} _ {r}} {\ mathrm {1} + N_ {z} \ kertaa (\ mu _ {r} -1)}} }

tai on suhteellinen magneettinen permeabiliteetti on ferromagneettista materiaalia, se tulisi edullisesti olla korkea ja on demagnetointikenttä kertoimen z- suunnassa (katso kappale "vaikutus muodon ferromagneettisen ytimen"). $\ Wall}$ ${\ displaystyle N_ {z}}$

Sitten virtausmittarin käämityksen liittimissä indusoitu jännite ilmaistaan

{\ displaystyle e = -NS \ mu _ {app} {\ frac {\ mathrm {d} B} {\ mathrm {d} t}}}

Demagnetisoivat kenttäkertoimet voidaan määrittää yksinkertaisissa tapauksissa (pallopallot ja ellipsoidit). Muille geometrioille (esimerkiksi tanko ja sylinteri) voidaan käyttää likimääräisiä kaavoja. Minkä tahansa ferromagneettisen ytimen geometrian suhteen on käytettävä äärellisten elementtien simulointityökalua.

Ferromagneettisen ydinmateriaalin valinta

Ferromagneettisen ytimen suuren magneettisen vahvistuksen hyödyntämiseksi tulisi valita materiaali, jolla on korkea suhteellinen magneettinen läpäisevyys ( ). Ferriitti Mn-Zn tyyppi ovat hyviä ehdokkaita MHz (jonka arvot ovat muutaman 100 lähes 10000). Johtavat magneettiseokset, Mu-metalli tai Permalloy-tyyppiset, sopivat hyvin niiden erittäin korkean magneettisen läpäisevyyden (arvot 10000 - yli 100000) takia, mutta niiden kaistanleveys on pienempi (<qq 10kHz). Ferromagneettisen materiaalin valinnassa on otettava huomioon myös lämpötilarajoitukset (magneettiseosten lämpötilan läpäisevyys on suhteellisen vaihteleva pienempi kuin ferriitit), mekaaniset rajoitukset (ferriitit ovat kovempia, vähemmän magnetostriktiivisiä, mutta hauraampia, kun taas magneettiseoksia on vaikeampaa muotoilla) ja ferromagneettisen ytimen mitat ( yli 10 cm suurempia ferriittejä on vaikeampaa löytää kuin magneettiseoksista). ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$ ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$ ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$

Ferromagneettisen ytimen muodon vaikutus

Virtausmittarin vastaava sähköpiiri

Virtausmittarin anturia edustaa jännitelähde ( e, joka on vuon vaihteluiden aiheuttama jännite) sarjassa käämityksen vastuksen ( R ) ja kelan induktanssin ( L ) kanssa. Kondensaattori kapasitanssin ( C ) on sijoitettu rinnakkain kokoonpano raportoi sähköstaattinen energia varastoidaan kierteiden väliseen käämin. On harmoninen järjestelmä indusoituneen jännitteen tulee:

{\ displaystyle E = -j \ omega NS \ mu _ {sovellus} B}

jossa on tykytys magneettikentän. $\ omega$

Virtausmittarin kuvaus

Magneettikentän siirtotoiminto

Siirtofunktio mitattavan jännitteen ( kuvan 3 mukaisen kondensaattorin liittimissä) ja magneettikentän ( ) välillä johtuu kuvan 3 sähkökaaviosta. Se on kirjoitettu ${\ displaystyle V_ {out}}$ $B$

{\ displaystyle T (j \ omega) = {\ frac {V_ {out}} {B}} = - {\ frac {j \ omega NS \ mu _ {app}} {(1-LC \ omega ^ {2 }) + jRC \ omega}}}

Tällä siirtotoiminnolla on resonanssi, jota useimmissa käyttötavoissa vastustetaan joko anturin vuon takaisinkytkennän avulla tai virtavahvistimen avulla, joka vaimentaa ohjaustoimintoa.

Flux-takaisinkytkentävirtamittari Virtavahvistimeen liittyvä virtausmittari

Ekvivalentti melu magneettikentässä

Ekvivalentti kohina magneettikentässä (kutsutaan NEMI melua vastaavalle magneettiselle induktiolle) on induktiomagnetometrin lähtöäänen tehospektritiheyden (PSD) neliöjuuren ja sen magneettikentän tai herkkyyden välisen suhteen suhde

{\ displaystyle NEMI (\ omega) = {\ frac {| {\ alleviivattu {T}} (j \ omega) |} {\ sqrt {DSP}}}}

Ekvivalentti magneettikentän kohina (NEMI) ilmaistaan teslaina neliöjuurta kohti hertsiä : ${\ displaystyle \ mathrm {T \, Hz} ^ {- {\ frac {1} {2}}} (= \ mathrm {\ frac {T} {\ sqrt {Hz}}})}$

Suunta

Kalibrointi

Virtausmittarin kalibrointiin voidaan käyttää Helmholtz-keloja .

Sovellukset

Rikkoutumaton testaus
Erityisesti avaruudessa olevien luonnollisten plasmojen aaltojen tutkiminen avaruuden sään aikaansaamiseksi
Geofysiikka
Ydinmagneettisen resonanssin signaalin mittaus

Katso myös

Ulkoiset linkit

(en) Plasmafysiikan laboratorio - magneettikentän mittaus
(en) LPC2E - hakukela
(en) Java-sovelma, joka kuvaa virtausmittarin toimintaa
(en) Silmukkaantennien teoria

Bibliografia

Pavel Ripka, magneettiset anturit ja magnetometrit , Artech House Publishers
Osborn, General Ellipsoidin demagnetisoivat tekijät

C. Coillot & P. Leroy, Induktiomagnetometrit: periaate, mallinnus ja parantamistavat , Intech Open Access Publisher