Masurarea marimilor magnetice

Campul magnetic este una din marimile fundamentale ce caracterizeaza campul electromagnetic. Acesta poate fi considerat ca o stare fizica particulara a spatiului, produsa de existenta corpurilor magnetizate sau a unor coductoare parcurse de curenti electrici

9.1. Marimi caracteristici, unitati de masura si etaloane magnetice

9.1.1. Marimi si unitati magnetice de baza

Marimile si unitatile magnetice de baza (SI) ce vor fi utilizate in cadrul capitolului de fata sunt prezentate in tabelul 9.1.

Observatie:

Unitatile de masura din sistemul CGSem (centimetru, gram, secunda - electromagnetic) nu se mai utilizeaza in prezent, insa s-au mentionat deoarece mai pot fi intalnite si in unele carti si articole.

Definitii:

Unitatile de masura mentionate in tabelul 9.1 au urmatoarele definitii in SI (sistemul international):

1. Intensitatea campului magnetic H, este o marime vectoriala, ce caracterizeaza campul magnetic creat de corpuri magnetizate sau curenti electrici si care nu depinde de proprietatile magnetice ale mediului. Unitatea de masura in SI este A/m (amper-spire/m).

A/m este campul magnetic generat de un conductor liniar cu lungime infinita si sectiune neglijabila, parcurs de un curent electric cu intensitatea egala cu 2 amperi, intr-un punct aflat la o distanta de 1 metru de conductor.

2. Tensiune magnetomotoare (se mai utilizeaza si denumirea de forta magnetomotoare F_m) U_mm = NI, este tensiunea magnetica pe o curba inchisa egala cu tensiunea partii solenoidale a intensitatii campului magnetic. Unitatea de masura este amperul (amper-spira).

Amperul este tensiunea magnetomotoare generata de un solenoid avand o singura spira strabatuta de un curent egal cu 1 amper.

Tensiune magnetica U_m este o marime scalara definita prin integrala intensitatii campului magnetic H, de-a lungul unei curbe inchise sau deschise C, elementul de arc orientat al curbei C fiind dl:

In SI unitatea de masura este amperul (amper-spira).

3. Inductia magnetica (densitatea de flux magnetic) B, este densitatea fluxului masurata pe o suprafata normala la liniile de camp magnetic. Este o marime vectoriala fundamentala ce caracterizeaza campul magnetic intr-un anumit mediu de permeabilitate , (B = H). Unitatea de masura in SI este T (tesla).

Tesla este inductia magnetica a unui camp magnetic omogen care exercita forta de 1 newton asupra unei sarcini de 1 coulomb cand aceasta se deplaseaza in vid cu viteza constanta de 1 metru / secunda, in directie normala la liniile campului magnetic.

4. Fluxul magnetic Φ, este marimea definita prin integrala de suprafata a componentei B_n a inductiei magnetice dupa directia normalei la suprafata considerata:

(9.2)

unde A este aria suprafetei, iar = dA, fiind versorul directiei normale. In SI se masoara in Wb(weber).

Weberul este fluxul magnetic creat de un camp magnetic omogen cu valoarea de 1 tesla printr-o suprafata plana, cu suprafata de 1 metru patrat dispusa normal la liniile campului.

O alta definitie: Wb este fluxul magnetic care traversand o singura spira, induce in acea spira o tensiune electromotoare de 1 V, cand fluxul respectiv descreste uniform la zero in timp de o secunda.

5. Inductivitatea proprie L=Ф/I este o marime magnetica ce caracterizeaza producerea fenomenului de inductie electromagnetica. Este egala cu raportul dintre fluxul magnetic printr-un circuit inchis si intensitatea curentului electric care produce acest flux. In SI se masoara in H (henry).

Henry reprezinta inductivitatea proprie a unui circuit inchis care fiind parcurs de un curent de 1 amper produce prin suprafata marginita de circuit un flux magnetic propriu egal cu 1 weber.

O alta definitie: Henry - ul (H) este inductivitatea unui circuit electric inchis in care, la o variatie a curentului cu viteza de 1 A/s, se produce (in spira) o tensiune electromotoare de 1 V.

In functie de modul in care fluxul Ф apartine curentului electric ce strabate circuitul sau un alt circuit, inductivitatea se numeste inductivitate proprie (L) sau inductivitate mutuala (M).

6. Permeabilitatea magnetica absoluta , este o marime ce caracterizeaza proprietatile magnetice ale unui mediu, a carui produs cu intensitatea campului H este egal cu inductia magnetica B a mediului. Unitatea de masura in SI este H/m (henry/metru).

Henry/metru este permeabilitatea unui mediu omogen si izotrop in care un camp magnetic H cu valoarea de 1 amper/metru, determina un camp magnetic B cu valoarea de 1 tesla.

7. Permeabilitatea vidului , caracterizeaza proprietatile magnetice ale vidului (practic, spatiu de aer). In SI, H/m.

9.1.2. Etaloane magnetice

Etaloanele sunt dispozitive de referinta necesare definirii, conservarii si transmiterii unitatilor de masura. Cu astfel de dispozitive de referinta se asigura unicitatea si reproductibilitatea masurarilor in orice timp si in orice moment.

9.1.2.1. Circuite elementare generatoare de camp magnetic

Campurile magnetice se produc deosebit de simplu. Pentru aceasta este nevoie de un curent electric care sa circule printr-un conductor avand o anumita configuratie relativ simpla: conductor rectiliniu, spira, solenoid etc.

a)      Campul magnetic al unui curent rectiliniu infinit lung

Un curent electric avand intensitatea I si care circula printr-un conductor de lungime infinita, produce la distanta r un camp magnetic de intensitate:

(9.3)

b)      Campul magnetic al unui curent circular

Un curent electric de intensitate I produce in centrul unei spire circulare de raza r un camp magnetic avand intensitatea:

(9.4)

c)      Campul magnetic al unui solenoid infinit lung

Un solenoid infinit lung prin care circula un curent electric de intensitate I, produce in lungul axei sale un camp magnetic de intensitate:

H=a I; (9.5)

unde a este numarul de spire pe unitatea de lungime a solenoidului, iar n este numarul total de spire.

d)      Campul magnetic al unui solenoid scurt

Pentru un solenoid de lungime finita cu un singur strat, intensitatea campului magnetic intr-un punct (P) aflat pe axa centrala (Ox) a acestuia la distanta x este dat de relatia:

H = KI (9.6)

in care:

(9.7)

este o constanta a acestuia, iar a reprezinta numarul de spire pe unitate de lungime. Adesea in practica intereseaza H masurat in centrul bobinei (punctul O), situatie in care x=0, iar (9.7) devine:

(9.7')

iar daca bobina este plata (l<<R), K₀ = n/2R.

Intensitatea campului magnetic intr-un punct P situat la distanta x de centrul bobinei (O) pe axa de simetrie, se calculeaza tot cu relatia (9.6), dar aici K are o expresie mai complicata. Insa pentru centrul bobinei (punctul O) expresia lui K devine:

(9.8)

expresie in care n este numarul total de spire.

 

Fig. 9.2 Solenoidul cu mai multe straturi

Fig. 9.1 Solenoidul scurt cu un strat

.2.2. Cateva etaloane magnetice

In practica masurarilor electrice se folosesc etaloane de inductivitate proprie (L), de inductivitate mutuala (M), de camp magnetic (H).

a)      Etaloane de inductivitate

Etaloane de inductivitate proprie (L). Se construiesc sub forma de bobine plate (fig.9.3, a) sau toroidale (fig.9.3, b) pe carcase electroizolante rigide (ceramica, sticlotextolit) cu buna stabilitate mecanica si termica. Pentru bobina toroidala (fig.9.3, b), daca torul are sectiune dreptunghiulara, L este dat de relatia:

(9.9)

in care n este numarul total de spire, iar h este inaltimea (dimensiunea axiala) torului.

Parametrii de calitate: L = 0,1 mH 1 H, precizie: 0,01 - 0.5 % functie de calitatea tehnologiei.

Fig.9.3 Etaloane de inductivitate proprie: a) tip bobina plata ;

b) tip toroidal; c) de inductivitate mutuala

Etaloane de inductivitate mutuala (M) (fig.9.3, c)

Se construiesc la fel ca si bobinele plate pentru L, cu deosebirea ca pe aceeasi carcasa sunt doua bobine (L₁, L₂) izolate electric intre ele. Daca bobinele L₁ si L₂ sunt realizate uniform pe un tor cu sectiune dreptunghiulara (h, R₁, R₂), M este calculat cu relatia (9.10).

(9.10)

n₁ si n₂ reprezinta numarul de spire ale bobinelor L₁ si respectiv L₂.

b) Etaloane de camp magnetic (H)

Cel mai utilizat etalon de camp magnetic este dispozitivul (bobinele) Helmhotz (1849). Acesta este alcatuit din 2 bobine plate identice, rigide, paralele si asezate una fata de alta la distanta egala cu raza (R) comuna (fig.9.4). In centrul acestei configuratii (O), intensitatea campului magnetic este calculabila cu relatia:

[A/m] (9.11)

in care n este numarul total de spire (la ambele bobine).

In fig.9.4 este prezentata si schema de etalonare a unui teslametru cu sonda Hall (SH). In fig.9.5 se arata forma fizica (foto) a unui dispozitiv Helmholtz pentru campuri slabe realizat de firma Terraflux din lasi.

Observatii:

Dispozitivul Helmholtz se foloseste la generarea de campuri magnetice slabe si medii (sub 100 A/m). Cand sunt necesare campuri etalon de valori mai mari se utilizeaza bobine de tipul celei din fig.9.2.

Dispozitivul Helmholtz cu bobine circulare prezinta avantajul ca se pot realiza etaloane de camp magnetic de intensitate mica si medie, de mare precizie si cu o buna stabilitate, datorita geometriei relativ simple. Ele sunt utilizate pentru producerea campurilor uniforme in spatii relativ mici; datorita dificultatilor constructive, aceste bobine se fac cu diametrul maxim de 1 m.

Fig.9.4 Etalon de camp magnetic Fig.9.5 Bobina Helmholtz etalon pentru

campuri tip Helmholtz slabe 2R= 1 m, precizie 0,5 %, H_max=80 A/m

Cand obiectul de incercat in camp magnetic are dimensiuni mari (m³), dispozitivul Helmholtz se face cu bobine patrate, care (tehnologic) sunt mult mai usor de construit la dimensiuni mari decat bobinele circulare. In acest caz, campul magnetic in centrul configuratiei se poate calcula cu relatia:

(9.12)

daca este satisfacuta conditia A/B = 0,5445. In aceste relatii A este jumatatea laturii patratului (2A), iar B este jumatatea distantei dintre cele doua bobine.

3. Cu mici modificari, dispozitivul Helmholtz cu bobine circulare poate fi utilizat si la generarea unui camp magnetic cu gradient (dH/dl) cunoscut. Un astfel de camp este util in aplicatii moderne ca: tomografie, levitatie (plutire) magnetica etc.

Data fiind relatia constanta dintre H si B in aer:

H/m (9.13)

dispozitivul Helmholtz poate fi utilizat si ca etalon de inductie magnetica.

9.2. Masurarea marimilor de stare ale campului magnetic

Marimile de stare ale campului magnetic in aer (vid) sunt: intensitatea (H), inductia (B) si fluxul (Ф). Dintre acestea importanta maxima o are marimea masurabila B, deoarece H poate fi calculat cu (9.13), iar Ф poate fi masurat prin aceleasi metode ca si B.

9.2.1. Masurarea fluxului magnetic (Ф)

a) Importanta problemei

Cunoasterea fluxului magnetic (Ф) creat de catre o bobina (fig.9.6) consta in aceea ca Ф serveste la calculul tensiunii magnetomotoare (nI) necesara asigurarii unei inductii:

intr-un circuit magnetic de sectiune S (tor, de exemplu) dupa relatia:

(9.15)

(numita legea lui Ohm la circuite magnetice) in care R_m este reluctanta circuitului magnetic respectiv.

Sensul liniilor de flux magnetic (Ф) creat de o bobina se determina usor cu regula mainii drepte. Daca degetul mare este orientat dupa sensul curentului (I) celelalte 4 degete indica sensul lui Ф (fig.9.6, a). De asemenea, sensul liniilor de flux magnetic poate fi determinat si cu regula surubului drept (fig.9.6, b).

b) Fluxmetre

Fluxmetrele se bazeaza pe legea inductiei a lui Faraday, lege care la un senzor de tip bobina cu n spire (fig.9.7, a) capata forma:

(9.16)

Fig.9.6 Determinarea sensului lui <Ф> Fig.9.7 Fluxmetru electronic

Fluxmetrele se utilizeaza la masurarea fluxului magnetic static (produs de un curent continuu sau de un magnet permanent). Variatia de flux ΔФ=dФ se poate face fie prin introducerea sau scoaterea bobinei-senzor din zona fluxului Ф, fie prin cresterea brusca a lui Ф de la zero la valoarea nominala (conectarea lui I) sau prin scaderea brusca a lui Ф (deconectarea lui I, indepartarea magnetului). Astfel de fluxmetre, in prezent, nu se mai produc, locul lor fiind luat de catre fluxmetrul electronic.

Fluxmetru electronic

Elementul ce realizeaza integrarea relatiei (9.16), este un integrator (RC, AO), fig.9.7, b, care da la iesire o tensiune:

Tensiunea U₂ poate fi masurata cu un voltmetru analogic, ce da o deviatie proportionala cu Ф (fig.9.7, b) sau cu unul numeric, ce afiseaza un numar N proportional cu Ф.

Exemplu de fluxmetru electronic

In fig.9.8 se arata schema de principiu a unui fluxmetru electronic modern, produs de catre firma Metrolab (Elvetia).

Integrarea este realizata cu un convertor tensiune-frecventa avand domeniul de intrare de 010V. Tensiunea de intrare este conditionata de un preamplificator cu castig programabil avand iesirea de +/- 5V. Castigul G al preamplificatorului poate fi selectat manual sau prin soft in domeniile: 1, 2, 5, 10, 20 1000.

Fig.9.8 Schema bloc a fluxmetrului Metrolab PDI 5025

Un detector de valoare maxima monitorizeaza iesirea preamplificatorului pentru a asigura limitarea la iesirea acestuia in domeniul +/- 5V. Tensiunea de iesire este afisata de un indicator bargraf. Pentru a asigura o integrare bipolara cu erori minime, se foloseste o tensiune referinta de precizie de +/- 5V. Tensiunea integrata (in domeniul 010V) este aplicata unui convertor tensiune-frecventa de mare precizie. Frecventa acestuia este f. Simultan, un generator de referinta produce impulsuri de o frecventa fixa f_r a carei valoare este de doua ori valoarea frecventei nominale f_n. Cele doua frecvente f si f_r, sunt trimise la doua numaratoare de 32 biti. Intregul sistem este controlat de un microprocesor care calculeaza diferenta de impulsuri (4N - N_r) care este proportionala cu integrala tensiunii induse in bobina. Aparatul poate masura valori ale fluxului cuprinse intre 10^-10 10² T cu o durata de integrare de 10^-3. 10 ² s. Pragul de zgomot este mai mic de 1 μV.

9.2.2. Masurarea inductiei

Dupa cum s-a afirmat mai inainte, inductia (B) este cea mai importanta dintre cele trei marimi de stare (H, Ф, B) ale campului magnetic, deoarece H si Ф sunt legate de B prin relatii de proportionalitate (9.13) si respectiv (9.14). Aparatele de masurare a lui B se numesc teslametre (alte denumiri: gaussmetre, magnetometre). Dintre numeroase tipuri de astfel de aparate, mai frecvent se utilizeaza teslametrele cu sonda Hall, cu bobina si cu ferosonda.

9.2.2.1. Teslametre cu sonda Hall

Teslametrul cu sonda Hall prezinta avantajul ca sonda Hall are dimensiuni foarte mici (cativa mm³), ceea ce permite masurarea inductiei in interstitii inguste cum sunt intrefierul de la mecanismul de masura magnetoelectric sau intrefierul de la masini electrice. In plus poate functiona atat in camp magnetic static cat si in camp magnetic variabil.

a) Senzorul Hall

Schema de principiu a SH este aratata in fig.9.9, iar ecuatia de functionare a acesteia este de forma:

U_h=S_hI_cB=K B; K=S_hI_c (9.18)

in care B este inductia de masurat, I_C curentul de comanda, iar S_h sensibilitatea sondei.

Valori obisnuite pentru S_h:

25 mV/T la I_C = 20 mA, sonda cu stibiura de indiu;

30 mV/T la I_C = 50 mA, sonda cu arseniura de galiu.

Precizia unor astfel de sonde este de 0,2 - 1 % (mai buna la SH cu stibiura). Etalonarea si verificarea sondelor Hall cat si a teslametrelor de precizie, se face cu dispozitivul Helmholtz (fig.9.4).

b) Teslametre cu sonda Hall pentru campuri statice

Teslametrele cu SH pot fi pasive sau, cel mai adesea, active (cu amplificator).

Teslametre pasive

Acestea sunt alcatuite dintr-o sonda Hall si un milivoltmetru (analogic sau numeric) care masoara tensiunea de iesire (U_h) din sonda. Sunt foarte simple, insa au sensibilitate redusa, gama cea mai mica e in jur de 0,2 T, iar precizia de - 2,5%, in functie de precizia instrumentului de iesire (mV).

Teslametre active

Schema de principiu a unui astfel de teslametru este prezentata in fig.9.10. Se observa ca are la baza un amplificator cu modulare - demodulare care utilizeaza drept modulator chiar sonda (SH), exploatand proprietatea de multiplicare (9.18) a acesteia. Aici curentul de comanda (I_c) este dat de catre un generator de comanda (GC) la 400 sau 1000 Hz, care da si tensiunea de referinta (U_r) pentru detectorul sensibil la faza (DSF). Cu blocul DT/A (divizor de tensiune/amplificator) se prescriu gamele de masura (valori nominale) pentru B. Datorita amplificatorului cu modulare - demodulare U_h poate cobori sub 1 mV, ceea ce inseamna ca gama minima poate cobori sub 0,01 T.

Fig.9.9 Sonda Hall Fig.9.10 Teslametru cu modulare-demodulare pentru

campuri statice

Ecuatia de functionare a unui astfel de teslametru este de forma:

a=S₁ B (9.19)

pentru iesire pe instrument analogic, expresie in care S₁, este sensibilitatea teslametrului si care depinde de sensibilitatea sondei, de amplificarea totala si de sensibilitatea instrumentului de iesire. In cazul cand iesirea este pe instrument numeric, ecuatia de functionare devine (N - numarul afisat):

N= S₂ B (9.20)

unde S₂ este sensibilitatea, parametru ce are aceeasi semnificatie ca si S₁.

Exemple de realizare

In Romania, teslametre cu sonda Hall se produc la Institutul National de Metrologie - Bucuresti si Terraflux din Iasi. Teslametrele produse la Terraflux Iasi au gamele: 0,022T si precizia 1,5-3% (functie de gama). Aspectul exterior al aparatului este asemanator cu cel din fig. 9.13, b.

c) Teslametre Hall pentru campuri variabile

Acestea au schema functionala similara cu cea din fig.9.10 cu deosebirea ca nu mai este necesar amplificatorul cu modulare-demodulare deoarece U_h, este o tensiune alternativa. Schema de principiu a unui astfel de teslametru este prezentata in fig.9.

Ecuatia de functionare a acestuia este tot de forma (9.19) sau (9.20) cu deosebirea ca aici marimea masurata este amplitudinea inductiei (B_v).

Fig. 9.11 Teslametru cu sonda Hall    Fig. 9.12 Teslametru cu bobina plata (BP) pentru campuri alternative

9.2.2.2. Teslametre cu bobina

Sunt cele mai vechi si cele mai simple teslametre, insa nu pot fi utilizate decat in curent alternativ. Schema de principiu a unui astfel de teslametru este prezentata in fig.9.12. Se observa ca e alcatuit dintr-o bobina plata (BP), ce constituie senzorul de camp magnetic, si dintr-un voltmetru electronic ce masoara tensiunea (U) indusa in bobina de catre inductia variabila B.

a) Bobina - senzor de camp magnetic (BP)

Aceasta are, de obicei, 50 - 100 spire si e montata pe un suport electroizolant rigid cu maner (M), pentru a putea fi manevrata de catre operator. Diametrul mediu (D) la o astfel de bobina variaza in limite largi: 2-20 cm, ceea ce corespunde la o suprafata S = 3 300 cm², convenabil in functie de spatiul unde se face masurarea lui B precum si de sensibilitatea ceruta.

Ecuatia de functionare

Considerand inductia de masurat sinusoidala (b - valoarea instantanee, B_v - amplitudinea) adica:

b = B_Vsin wt (9.21)

cum B_v = Ф_v/S, din (9.16), transcrisa in forma u = -dФ/dt, se obtine ecuatia de functionare a senzorului - bobina:

U_V = nwSB_V (9.22)

in care U_v reprezinta valoarea de varf a t.e.m. indusa in bobina, expresie ce reprezinta ecuatia de functionare a bobinei.

La f = 50 Hz (ω = 314), n =100 spire, S = 10 cm² (bobina mica) si B_v = 0,001 T, de exemplu, rezulta U_V = 31,4 mV, iar la B_V = 10^-4 T (1 Gauss) se obtine U_V = 3,14 mV, ambele tensiuni fiind suficiente pentru atacarea voltmetrului electronic VEM. Aceste calcule arata ca acest tip de senzor, desi este simplu are sensibilitate foarte buna.

b) Voltmetrul de iesire

Din ecuatia de functionare a sondei rezulta ca voltmetrul electronic (VE) trebuie sa fie de varf. De regula, se utilizeaza un voltmetru electronic de valoare medie (VEM), gradat in valori efective ale regimului sinusoidal, situatie in care relatia (9.22) capata forma cunoscuta (2p/= 4,44):

U = 4,44 n f S B_V = S_SB_V (9.23)

in care S_s = 4,44 n f S reprezinta sensibilitatea sondei.

De regula, sensibilitatea sondei S_S se determina experimental (la etalonare), cu dispozitivul Helmholtz (fig.9.4) la fel ca si la senzorul Hall.

Ecuatia de functionare

Asociind (9.23) cu ecuatia de functionare a VEM-ului: a = S_VU se obtine ecuatia de functionare a teslametrului cu bobina:

a = S_VS_sB_V = mB_V; m = S_VS_s (9.24)

Daca voltmetrul de iesire este numeric, ecuatia de functionare ramane aceeasi, cu deosebirea ca marimea afisabila nu mai este deviatia α, ci un numar N ca in (9.20).

Performante obisnuite

Game: 2 mT - 2 T; precizie de baza: 2 - 3% daca VEM este analogic si 0,5 - 1% daca VEM este numeric.

9.2.2.3. Teslametre cu ferosonda

Prezinta avantajul ca au sensibilitate mult mai mare (gama cea

mai sensibila coboara pana la 10 nT si uneori chiar mai jos) decat teslametrele cu bobina sau cu sonda Hall, insa au neajunsul ca limita superioara a domeniului este foarte coborata: 1 mT (10 Gauss). Sunt intalnite adesea si sub denumirea de sonde Frster sau sonde saturabile. Se utilizeaza la masurarea inductiei in campuri magnetice statice foarte slabe: geofizica, defectoscopie magnetica, magnetocardiografie, in masurarea campurilor magnetice terestre si extraterestre (sunt instalate pe sateliti artificiali si nave cosmice).

a) Ferosonda

In principiu, ferosonda (FS) este alcatuita din doua miezuri magnetice de inalta permeabilitate (tip permalloy), dintr-un material ce ajunge usor la saturatie in campuri magnetice slabe. Miezurile sunt identice (fig.9.13, a) si strans cuplate magnetic. Acestea sunt magnetizate in sensuri opuse, de infasurarile (n₁), care primesc curentul de magnetizare (I₁) de la un generator (GM), de tensiune convenabila (U₁) si o frecventa f de ordinul kHz-lor. In jurul ambelor miezuri este prevazuta o infasurare secundara (n₂) numita infasurare de detectie.

a) b)

Fig.9.13 Teslametru cu ferosonda: a) ferosonda b) schema de principiu

Functionare

In absenta inductiei (statice) de masurat (B), tensiunea (U₂) din infasurarea de detectie (n₂) este zero, deoarece fluxul magnetic rezultant (Ф_r) ce inlantuie spirele n₂, este zero Ф_r=Ф₁+(-Ф₁)=0. In prezenta lui B=Ф/S, si deci in n₂, va aparea o tensiune sinusoidala (U₂) de tipul (9.22). Deoarece miezurile intra in saturatie la valori foarte mici ale lui B (Ф intareste pe un Ф₁ si-l slabeste pe - Ф₁ ), curba lui U₂, rezulta deformata, deformare ce cuprinde, in principal, armonica a 2-a (U₂₂). Se poate arata ca amplitudinea acesteia (U_22V ) este proportionala cu inductia de masurat (B), relatia (9.25):

U_22V=S_SB;    S_S=const. (9.25)

Unde S_S - reprezinta sensibilitatea. Expresia (9.25) reprezinta ecuatia de functionare a FS.

b) Schema electronica a teslametrului

Una din schemele electronice utilizate la teslametrele cu FS este prezentata in fig.9.13, b. Generatorul de magnetizare (GM) alimenteaza FS cu tensiunea (U₁) de frecventa f (kHz), iar armonica a 2-a (U₂₂) de la iesirea lui FS este mai intai filtrata (F) dupa care este trecuta prin blocul de prescriere a gamelor de masura, DT/A (divizor de tensiune / amplificator), iar in final, este detectata sincron (DSF) si aplicata milivoltmetrului de iesire (mV) care da o deviatie proportionala cu inductia de masurat:

α = S_VS_SB    (9.26)

in care S_V este sensibilitatea lui mV.

Tensiunea de referinta (U_r), cu frecventa 2f, este data tot de catre GM. La constructiile mai vechi U_r este obtinuta pe baza lui U₁, cu ajutorul unui dublor de frecventa.

Performante

Game: 10 nT - 1 mT, precizie: 3 - 5 % daca mV este analogic si 1 - 2 % cand mV este numeric.

Exemplu de realizare

Teslametrul cu ferosonda DFM-1 construit de Terraflux lasi.

Domenii de masurare: 200 μT, in 3 game, rezolutie 1 nT.

. Determinarea caracteristicilor materialelor magnetice

In electronica se utilizeaza materiale magnetice moi (tole de transformator, ecrane, etc.), materiale magnetice dure (magneti permanenti la difuzoare, casti, aparate de masura) si ferite (miezuri de inalta frecventa, magneti pentru difuzoare, etc.).

9.3.1. Determinari pe tole de transformator

Dintre caracteristicile materialelor magnetic moi, pentru electronica sunt mai importante: curba fundamentala de magnetizare si ciclul histerezis. De asemenea, prezinta importanta si cunoasterea pierderilor de remagnetizare (pierderile in fier). Aceste masurari se fac pe probe (esantioane) tip, iar precizia lor este conditionata de modul de preparare a acestor probe.

a) Prepararea probelor

Probele din tole feromagnetice se confectioneaza sub forma de inel (circular, dreptunghiular) sau sub forma de bara. Dupa decuparea tolelor trebuie efectuata o recoacere (pentru eliminarea tensiunilor interne cauzate de decupare) urmata de izolarea lor cu un lac. Aceste operatii le face, de regula, furnizorul.

Inainte de inceperea oricaror masurari, proba trebuie demagnetizata, operatie ce se poate face atat in c.c. cat si in c.a. prin diverse metode.

Demagnetizarea probelor in c.a.

Este cea mai simpla si cea mai raspandita metoda. Schema de principiu este prezentata in fig.9.14, a. Se regleaza curentul (I) in infasurarea de pe proba astfel ca aceasta sa produca o inductie ceva mai mare decat cea la care s-au efectuat masurarile anterioare (in cazul in care proba este noua, nivelul inductiei de la care se incepe demagnetizarea se ia 0,5-1T). Se scade curentul (I) treptat (fara salturi) pana la zero, astfel ca ciclurile de histerezis succesive sa scada in suprafata pana la anulare. Daca proba este sub forma de bara, efectul demagnetizarii poate fi controlat usor introducand (sau scotand) brusc esantionul intr-o bobina (200 - 500spire) conectata la un fluxmetru. Demagnetizarea probei se poate face si in c.c., alimentand bobina de demagnetizare prin intermediul unui potentiometru si a unui inversor. Cu acesta din urma se inverseaza curentul (la o cadenta convenabila), iar cu potentiometrul se reduce valoarea acestuia treptat la zero. Procesul de

demagnetizare este schitat in fig.9.14, b.

Fig.9.14 Demagnetizarea probelor din tole: a) instalatie b) procesul de demagnetizare

b) Ridicarea curbei fundamentale de magnetizare

Curba fundamentala de magnetizare (fig.9.15, a) reprezinta locul varfurilor din cadranul 1, a ciclurilor de histerezis crescatoare de la zero pana la o valoare anumita (sau invers). Aceasta curba este importanta deoarece:

permite calculul amperspirelor necesare crearii unei anumite inductii intr-un miez din materialul respectiv;

informeaza asupra nivelului maxim al inductiei ce poate fi atins la materialul respectiv (inductia de saturatie - B_sat) si deci asupra sectiunii miezului.

Trasarea curbei fundamentale, B(H) se poate realiza cu ajutorul schemei din fig.9.15, b. Masurarea campului (H) se face indirect, prin curentul de magnetizare (I) utilizand relatia:

(9.27)

in care l este lungimea medie a circuitului magnetic. Masurarea inductiei (B) se face tot indirect, masurand t.e.m. U₂ indusa in infasurarea n₂ cu ajutorul unui voltmetru electronic de valoare medie (VEM). Aceasta este legata de amplitudinea inductiei necunoscute (B_v) printr-o relatie de forma (9.23), adica:

Fig.9.15 a) Curba fundamentala de magnetizare b) instalatia penlru trasare

(9.28)

in care:    (9.29)

reprezinta sectiunea probei de material, unde M este masa, iar d este densitatea acesteia. Se regleaza diverse valori pentru I, de la zero pana la o valoare de 2-3 ori curentul de saturatie magnetica (inceputul saturatiei, punctul C, fig.9.16, sesizat prin aceea ca U creste mai lent decat I) si se calculeaza valorile H si B cu ajutorul carora se traseaza curba fundamentala de magnetizare B(H), precum ^-si curba permeabilitatii absolute μ=B/H (fig.9.16).

Pe curba B(H) se observa o portiune A-C aproximativ liniara regiune de functionare recomandata pentru transformatoarele de semnal, precum si o portiune neliniara C-D recomandata pentru transformatoarele de alimentare (neliniaritatea curbei B(H) atenueaza influenta variatiei tensiunii retelei asupra tensiunii din secundar).

Curba μ(H) ne informeaza asupra numarului de amperspire necesare pentru ca miezul respectiv sa lucreze in zona de maxim (μ_max ) a permeabilitatii.

Fig.9.16 Curba fundamentala de magnetizare Fig.9.17 Parametrii de baza ai

si cea a permeabilitatii ciclului histerezis

c) Ridicarea ciclului de histerezis

Importanta practica a ciclului de histerezis (fig. 9.17) rezida in aceea ca, pe acesta se pot determina trei parametri importanti pentru utilizarea feromagneticelor: inductia remanenta (B_r), campul coercitiv (H_c) si suprafata ciclului (S_H). Primii doi intereseaza mai mult la exploatarea magnetilor permanenti (energia inmagazinata este proportionala cu produsul B_r H_c ), iar ultimul la exploatarea miezurilor din tole (pierderile prin histerezis sunt proportionale cu S_H ). In plus, dintr-o succesiune de cicluri crescatoare se poate determina curba fundamentala de magnetizare (fig.9.15, a) a carei importanta pentru utilizarea corecta a tolelor de transformator a fost deja mentionata.

Cea mai utilizata metoda de ridicare a ciclului de histerezis dinamic este cea bazata pe osciloscopul catodic (fig.9.18). Pe rezistenta de precizie R₁ (0,1-1 ) se culege o tensiune proportionala cu campul in proba: (9.30)

care se aplica pe placile X ale OC, iar la bornele condensatorului C se culege o tensiune proportionala cu valoarea instantanee a inductiei in proba:

U₂=k₂B; (9.31)

care se aplica pe placile Y. Ca rezultat, pe ecranul OC va aparea ciclul histerezis.

SH

U2

Fig.9.18 Vizualizarea ciclului de histerezis pe osciloscop

Integratorul pasiv RC, functioneaza la fel ca si cel activ (fig.9.7, b), daca este indeplinita conditia: R >>1/ C, si deci ramane valabila relatia (9.17) din care decurge si (9.31).

Observatii:

1. Exista aparate la care curentul de magnetizare este dat de un bloc din interiorul OC, iar infasurarile n₁ si n₂ sunt inglobate intr-o singura geometrie tubulara electroizolanta in care poate fi introdusa o proba de mici dimensiuni 2-3 tole format I sau pachet mic de sarme. Asemenea OC specializate poarta numele de ferotestere. Acestea au marele avantaj ca permit incercarea tolelor chiar in forma finala data de furnizor si deci fara consum de material, insa sunt aparate relativ scumpe.

2. Daca se calibreaza axele ecranului in unitati de camp, respectiv inductie, se poate trasa comod curba fundamentala de magnetizare a probei, prin unirea varfurilor ciclurilor crescatoare din cadranul 1 (fig.9.15, a).

d) Determinarea pierderilor in fier

Pierderile in fier (pierderile prin histerezis si cele prin curenti Foucault) se exprima in W/kg, pentru o inductie si o frecventa specificate; de exemplu: 3 W/kg la 1 T si 50 Hz. Acest parametru de material este important a fi cunoscut la proiectarea transformatoarelor din blocurile de alimentare ale echipamentelor electronice, deoarece pierderile in fier se transforma in caldura, care trebuie evacuata (la transformatoarele si masinile de mare putere P_f prezinta un plus de importanta deoarece conditioneaza randamentul acestora). Cea mai utilizata metoda pentru determinarea pierderilor in fier la 50 Hz ( P_f) este metoda Epstein.

Prepararea probei

Dispozitivul de incercare, aparatul Epstein, este alcatuit din patru bobine de magnetizare totalizand (de regula) n₁ = 500 de spire (4 x 125) si patru bobine secundare totalizand n₂= 500 de spire. Fiecare din cele 4 bobine primare este concentrica cu una secundara, formand impreuna o geometrie tubulara unica avand lungimea de 45 cm si sectiunea interioara de 50 x 30 mm. Aceste patru bobine sunt asamblate pe o placa de textolit astfel incat sa formeze un patrat cu latura (pe axul bobinei) de 500 mm. In interiorul acestor bobine se introduc pachete de tole I cu lungimea de 500 mm si sectiunea aproximativ 30 x 30 mm (fig.9.19, a). Pachetele se preseaza bine unele in altele la locurile de imbinare pentru a reduce la minimum intrefierurile respective. O jumatate din numarul tolelor se taie dupa directia de laminare a tablei, iar cealalta jumatate, dupa o directie perpendiculara primei (in scopul de a obtine o caracteristica medie).

Fig. 9.19 Metoda Epstein de masurare a pierderilor magnetice in tole:

a) schema de principiu; b) diagrama fazoriala

Diagrama fazoriala

Dispozitivul Epstein este, in fond, un transformator de tensiune care functioneaza intr-un regim foarte apropiat de mers in gol, care are pierderile in fier, egale cu pierderile de mers in gol ale aparatului. Acestea pot fi exprimate prin relatia:

P_{Fe =} U_e1I₀ cos

in care U_e1 este t.e.m. indusa in infasurarea primara a aparatului si I₀ este curentul de mers in gol.

Functionarea poate fi descrisa printr-o ecuatie de amperspire (tensiuni magnetomotoare) si una de t.e.m. Din ecuatia de amperspire:

; (n₁=n₂=n) ( 9.33)

rezulta curentul magnetizant (I₀):

(9.33

curent care (prin definitie) are acelasi efect magnetizant ca si (I₁ +I₂). Luand ca origine de faza, fluxul (Ф_V) fazorul lui I₀ din (9.33) are pozitia din fig.9.19, b.

Ecuatia de tensiune electromotoare este de forma (9.23), adica:

E₁ =E₂ =4,44nfФ_V (9.34)

si cum E₂ este in urma lui _v cu /2 rezulta ca fazorul lui - E₂ este in avans cu /2 fata de Ф, asa cum se arata pe diagrama.

Efectuarea masurarilor

Pentru masurarea pierderilor se utilizeaza un wattmetru (W) de mare sensibilitate (10-30 W pe toata scara) cu bobina de curent parcursa de curentul primar (I₁) si bobina de tensiune alimentata la tensiunea secundara U₂. Puterea citita la wattmetru este:

si deci (9.35)

relatii in care P_f reprezinta puterea pierduta in fier, iar U₂² /R₂ puterea consumata pe circuitul bobinei de tensiune unde R₂ este rezistenta acestuia (egala practic, cu rezistenta bobinei de tensiune), iar U₂ tensiunea din secundar masurata cu un voltmetru electronic de valoare medie. Justificarea acestei relatii este urmatoarea: wattmetrul masoara produsul scalar

Din diagrama fazoriala (fig.9.19, b) rezulta: I₁cosφ = I₀cosφ₀+I₂ (I₀ curentul magnetizant) si tinand cont de I₂ = U₂/R₂ se obtine o relatie similara cu (9.35):

in care P_f = U₂ I₀ cosφ₀ reprezinta puterea consumata la remagnetizare si curenti Foucault, adica pierderile in fier. La stabilirea diagramei s-a neglijat caderea de tensiune inductiva (L₂ ωI₂) din secundar, deoarece aceasta infasurare se inchide pe o rezistenta mare (R₂), adica s-a presupus U₂ ~ E₂ si I₂ in faza cu U₂.

Pierderile in fier se masoara pentru o frecventa (f) si o inductie specificate (de exemplu, 50 Hz si 1T), ultima fiind proportionala cu U₂ conform relatiei cunoscute:

U₂ =4,44n₂ f S B_V (9.36)

in care B_v este amplitudinea inductiei, iar S = M/ρl este sectiunea probei si in care M si l sunt masa respectiv lungimea magnetica a probei, iar ρ (~ 7,65) densitatea materialului din proba. Ca parametru de material, pierderile in fier se exprima sub forma:

(W/kg) (9.37)

asa cum s-a aratat la inceput.

Precizia metodei poate atinge 1-2 %, adica este mai precisa decat metoda osciloscopului, insa are un consum de material magnetic mult mai mare. (10 kg in loc de 0,3 - 0,5 kg).

Observatie:

Consumul de 10 kg de tola pe o proba este acceptabil numai in cazul tolelor obisnuite de transformator (laminate la cald). Pentru cazul tolelor cu cristale orientate (laminate la rece) si a celor tip permalloy - materiale mult mai scumpe - s-a elaborat un cadru Epstein de format redus, care necesita numai 1 kg de tole. Acest cadru, este cunoscut si sub numele de cadrul Lloyd-Fischer (in tarile anglo-saxone) sau Epstein-Armagnat (Franta); in alte tari: Epstein de 1 kg. Acest dispozitiv este similar cu Epstein de 10 kg, cu deosebirea ca dispune de o infasurare de corectie pentru a compensa fluxul magnetic de scapari.

e) Parametrii obisnuiti la cateva materiale magnetic moi

In scopul de a permite operatorului sa evite catalogarea gresita a tolelor testate precum si de a depista eventualele indicatii eronate ale aparatelor de masura (teslametru, etc.) in tabelul 9.2 se dau principalii parametri de calitate la cateva tipuri de tole magnetice folosite in electronica.

Observatii:

Permeabilitatea initiala _i reprezinta valoarea lui pentru H = 0. Ca valoare relativa se defineste cu relatia:

Maximul permeabilitatii (μ_max) se afla in dreptul punctului de inflexiune al curbei fundamentale de magnetizare (fig.9.16).

Tabelul 9.2 Parametri la cateva tipuri de tole (valori medii)

9.3.2. Masurari pe ferite magnetic moi

Feritele magnetic moi se utilizeaza sub forma de miezuri in circuit magnetic inchis (E + I, U + U, oala, tor), precum si sub fora de bare (antene magnetice etc.). Incercarea feritelor in electronica se face numai pe asemenea dispozitive si nu pe probe confectionate special.

Principalele caracteristici ale feritelor ce trebuie testate sunt: ciclul de histerezis cu: B_r, H_C, H_m, B_m (fig.9.20, a), permeabilitatea complexa (la ferite B si H nu sunt coliniare):

(9.38)

Permeabilitatea la impuls:

(9.39)

si tangenta unghiului de pierderi magnetice:

(9.40)

unde μ₀ =4 10 ^-7 H/m este permeabilitatea magnetica a vidului.

La feritele cu ciclu magnetic dreptunghiular (utilizate ca dispozitive de comutatie sau de memorare) intereseaza si coeficientul de rectangularitate:

(9.41)

Ciclul de histerezis

Se vizualizeaza pe ecranul unui OC, la frecventa de lucru a miezului testat: schema de masura este similara cu cea din fig.9.18 cu deosebirea ca, bobina de magnetizare (n₁) este alimentata de la un generator de putere de AF sau RF, dupa caz.

Masurarea pierderilor

Pierderile magnetice la ferite se determina prin intermediul rezistentei echivalente de pierderi, R_P, care la randul sǎu se poate determina printr-o metoda in punte (fig.9.20, b) sau cu Q-metrul, prin doua masurari: mai intai se masoara R₀ si L₀ la bobina fara miez; apoi se masoara R si L la aceeasi bobina avand drept miez, ferita de incercat. De regula, se fac doua bobine identice: una pe ferita de incercat si alta pe un miez din material electroizolant de buna calitate (pentru determinarea lui R₀ si L₀).

Fig. 9.20 Testarea feritelor magnetic moi: a) ciclul de histerezis

b) instalatia de masura

In cazul in care miezul de incercat este in forma de tor si lucreaza in zona liniara, pierderile se calculeaza cu relatia:

(9.42)

din care, utilizand si expresia:

(9.43)

se pot determina si componentele μ₁ si μ₂ ale permeabilitatii complexe.

In relatia (9.43), r₁, r₂ si l reprezinta razele si respectiv lungimea axei torului (fig.9.20, b), iar n este numarul de spire pe infasurarea de magnetizare.

9.3.3. Masurari pe materiale magnetic dure

Spre deosebire de materialele magnetic moi, care servesc la conducerea fluxului magnetic (circuite magnetice), materialele magnetic dure servesc la constructia magnetilor permanenti, piese utilizate ca surse statice de flux in diverse dispozitive: aparate de masura, difuzoare, micromotoare de c.c., relee.

9.3.3.1. Despre obiectul de masura

a) Parametrii de material

Materialele magnetic dure (fig.9.21, a) se deosebesc de cele moi (fig.9.21, b) prin aceea ca:

. au campul coercitiv (H_c) mult mai mare si anume: H_c = 5.00050.000 A/m, in timp ce la cele moi, H_c < 100 A/m;

au suprafata ciclului de histerezis (S_H) mult mai mare;

. lucreaza intotdeauna pe portiunea AD (fig.9.21, a) a curbei de histerezis, numita curba de demagnetizare.

Un bun material magnetic dur trebuie sa aiba inductie remanenta (B_r), camp coercitiv (H_c) si cifra de calitate (W_m) cat mai mari. Cifra de calitate, dupa cum se stie, este definita de relatia:

(9.44)

si reprezinta energia specifica maxima a magnetului permanent construit din materialul respectiv. Notand cu H_K si B_K valoarea campului si respectiv a inductiei pentru care produsul B H este maxim, exista relatia evidenta:

(9.45)

Fig.9.21 Ciclul de histerezis la: a) materiale magnetic dure

b) materiale magnetic moi

Valorile H_K si B_K se pot determina grafic de pe curba de demagnetizare, asa cum se arata in fig.9.22. Adica din punctele A si D se traseaza cate o perpendiculara obtinandu-se dreptunghiul AODE.

Diagonala OE intersecteaza curba de demagnetizare in punctul F ale carui coordonate sunt tocmai marimile cautate H_K si B_K. Corelatia dintre energia inmagazinata intr-un magnet: W = BH /2 si marimile B si H din curba de demagnetizare este prezentata in fig.9.23. O evaluare rapida a cifrei de calitate se poate face si cu relatia aproximativa:

W_m = (0,170,23) B_r H_C (9.46)

Cifra de calitate este o marime de material de mare importanta fiindca pentru unul si acelasi scop, magnetul permanent va avea un volum (V) cu atat mai mic cu cat W_m este mai mare, adica:

De asemenea, lungimea magnetului (L) va fi cu atat mai mica cu cat H_C este mai mare, iar sectiunea (S) cu atat mai mica cu cat B, este mai mare, adica:

(9.48)

(9.49)

Relatia (9.48) arata ca magnetul permanent poate avea lungime mica, numai daca H_C este mare, aceasta se explica prin faptul ca, cu cat magnetul este mai scurt cu atat actiunea demagnetizanta a propriilor poli este mai puternica. De aceea, realizarea magnetilor de lungime mica nu a fost posibila decat odata cu aparitia aliajelor cu H_C mare.

Fig.9.22 Determinarea punctului    Fig.9.23 Corelatia dintre energie (W) si
de energie maxima la un magnet parametrii B si H la un magnet permanent

b) Exemple de materiale magnetic dure

In tabelul 9.3 se prezinta parametrii de baza (cifre medii) pentru cateva materiale magnetic dure, utilizate in prezent la fabricarea magnetilor permanenti. Pentru comparatie in prima linie s-a mentionat otelul cu wolfram, material ce nu se mai utilizeaza in prezent la magneti permanenti.

Tabelul 9.3 Parametri de calitate la cateva materiale magnetic dure

Observatie:   

Trecerea de la otelul cu wolfram la alni si alnico a permis importante simplificari in constructia magnetilor permanenti si a circuitelor magnetice de la relee, difuzoare, servomotoare, aparate de masura, etc. Ultimul caz este ilustrat in fig.9.24.

Fig. 9.24 Scaderea gabaritului magnetilor permanenti la cresterea lui H_C

c) Formarea magnetilor permanenti

O piesa din material magnetic dur poate deveni magnet permanent numai dupa ce a fost magnetizata pana la saturatie. In acest scop se aplica piesei un camp magnetizant (H_m) mult mai mare decat H_c al materialului respectiv si anume:

H_m³5H_c (9.50)

Daca materialul nu a fost magnetizat pana la saturatie, el isi pierde treptat magnetismul remanent. Durata de aplicare a campului H_m este scurta, de la cateva milisecunde pana la 2 - 3 secunde.

Pentru crearea lui H_m se pot folosi solenoizi sau electromagneti alimentati in c.c. Astfel de instalatii sunt voluminoase si costisitoare si de aceea, in ultimul timp sunt inlocuite cu instalatii care lucreaza in impuls.

Schema de principiu a instalatiei de magnetizare prin impuls este aratata in fig.9.25.

Fig.9.25 Instalatie pentru formarea si demagnetizarea

magnetilor permanenti

Condensatorul C incarcat de la sursa E este descarcat prin solenoidul SD, producand un camp magnetic foarte puternic de scurta durata (impuls). Pentru ca descarcarea sa fie aperiodica se inseriaza rezistenta R.

Aceeasi instalatie poate servi si la demagnetizare; suntand rezistenta R (prin inchiderea lui K₂), descarcarea condensatorului devine oscilatorie amortizata.

Magnetii proaspat formati trebuie armati (scurtcircuitati) cu piese feromagnetice de mica reluctanta, spre a impiedica actiunea campului demagnetizant propriu, trebuie feriti de socuri mecanice, de pilituri feromagnetice, de atingeri cu obiecte feromagnetice, fiindca toate acestea provoaca o demagnetizare importanta a acestora.

Stabilizarea magnetilor

Pentru asigurarea stabilitatii in timp a lui H_c si B_r, magnetii permanenti se supun stabilizarii. Pentru aceasta se poate folosi un camp magnetic alternativ de o intensitate cunoscuta, concomitent cu aplicarea unei variatii de temperatura sau a unor socuri mecanice. Aceasta operatie este obligatorie in cazul magnetilor pentru aparatele de masura.

9.3.3.2 Determinarea caracteristicilor de baza la un magnet permanent

Dupa cum s-a aratat mai inainte, principalii parametri la un magnet permanent sunt B_r, H_c si W_m la care se adauga curba de demagnetizare si curbele de revenire. Ca metoda de masura, mai accesibile in conditiile unui laborator de electronica se arata a fi metoda feroscopica (fig. 9.18) si metoda teslametrului. Evident exista si instalatii specializate pe aceasta tema dar care prezinta mai putin interes pentru practica electronica.

a)      Metoda feroscopica

Este similara cu cea din fig. 9.18. Deosebirea consta in aceea ca materialul de incercat (magnetul M) este inclus intr-un circuit magnetic (CM) de mare permeabilitate si cu sectiunea mare astfel ca reluctanta acestuia sa fie mica in comparatie cu cea a lui M, asa cum se arata in fig. 9.26.

In cazul cand este necesar un curent de magnetizare prea mare (I₁ > 10 - 20 A) se recurge la magnetizarea prin impulsuri, inlocuind generatorul (G) cu o instalatie de impuls de tipul celei din fig. 9.25.

Marimile H_c si B_r se citesc direct pe ecranul OC; tot de pe ecran se determina si marimile H_k si B_k ce definesc pe W_m, in maniera aratata in fig. 9.23.

Metoda este expeditiva, usor de pus in opera insa precizia de masurare este redusa (5 - 10% la instalatiile improvizate si 2 - 4% la cele specializate) si nu permite testarea punct cu punct a curbei de demagnetizare(AFD). Cu toate acestea se utilizeaza pe scara larga, mai ales daca e vorba de masurari in serie, cand masurarea se poate reduce la compararea cu o proba etalon, prin intermediul ciclului de histerezis afisat pe OC.

Exista firme, ca de exemplu AEG (Berlin), care produc aparate integrate de tip feroscop, pentru testarea magnetilor permanenti. La astfel de aparate, B se masoara cu o sonda Hall normala plasata intr-un mic intrefier practicat in CM, iar H se masoara cu o sonda Hall tangentiala, plasata pe suprafata magnetului de incercat (M).

b) Metoda teslametrului

(SH) este plasata intr-un intrefier ingust practicat in circuitul magnetic (CM) in care este inclus M (fig. 9.27). Campul (H) se masoara indirect prin intermediul curentului de demagnetizare (I), pe baza relatiei de proportionalitate dintre H si I (9.27); sau se masoara direct pe proba M, cu ajutorul unui teslametru cu sonda tangentiala, asa cum s-a mentionat mai inainte.

Fata de metoda ferotesterului, metoda teslametrului prezinta avantajul ca permite si trasarea curbelor de revenire (CR). Acestea sunt niste cicluri de histerezis locale (fig. 9.27, b) ce caracterizeaza stabilitatea magnetului la functionare in regim de flux variabil (microprocesoare, relee, etc.). Informatii asupra trasarii acestor curbe pot fi gasite in [47], de exemplu. Insa metoda are dezavantajul unui consum mare de timp (ore) si de putere (cere si o sursa de alimentare, E, de mare putere). De aceea este mai rar folosita.

Observatii

In trecut inductia (B) in proba era masurata cu ajutorul unui mecanism de masura magnetoelectric, pe baza proportionalitatii dintre B si curentul din bobina acestuia, mecanism care era inclus in CM in locul unde se afla sonda Hall (fig. 9.27, a). Din acest motiv metoda este cunoscuta in literatura sub denumirea de metoda electrodinamica [47].

Cu ambele metode prezentate aici se pot determina caracteristicile magnetilor din ferite dure. Dintre feritele magnetice dure cea mai importanta este ferita de bariu. Magnetii din ferita de bariu sunt mult mai ieftini decat cei din Alni si Alnico, deoarece nu contin Ni si Co (materiale deficitare si scumpe). Din aceasta ferita se fac doua tipuri de magneti: izotropi si anizotropi (la acestia presarea se face intr-un camp magnetic foarte puternic: 5 - 810⁵ A/m). Performantele acestor magneti sunt trecute in tabelul 9.4.

Valorile mari ale H_c-ului au permis ca din astfel de ferite sa se poata face magneti in forma de pastile sau de disc subtire, configuratii la care campul demagnetizant propriu este foarte puternic.

Tabelul 9.4 Parametrii magnetilor permanenti din ferita de bariu