Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do pomiaru pola magnetycznego przy uzyciu czuj¬ ników hallotranowych, przeznaczone do pomiarów z wysoka dokladnoscia pola magnetycznego w ma¬ lych szczelinach i o duzym gradiencie.Dotychczas stosowane uklady hallotronowe przys¬ tosowane sa zwykle alternatywnie do pomiaru stalych lub zmiennych pól magnetycznych. Wypo¬ sazone sa w kilka wymiennych czujników hallo- tronowych, pracujacych w róznych zakresach pomiarowych, przy czym kazdy z hallotronów wspólpracuje z dostosowanym do odpowiednich warunków pracy wzmacniaczem pomiarowym i miernikiem.Znany jest przyrzad do pomiaru stalych i zmien¬ nych indukcji magnetycznych, (wyposazony w ha- Uotron, którego elektrody pradu sterujacego pola¬ czone sa przy pomiarze zmiennych pól magnetycz¬ nych poprzez jeden dwupozycyjny przelacznik w jednym jego polozeniu z zasilaczem stabilizo¬ wanym pradu stalego. W drugim polozeniu tego przelacznika odbywa sie pomiar stalych pól mag¬ netycznych i elektrody te sa polaczone wówczas z generatorem pradu przemiennego. Elektrody na¬ pieciowe hallotronu sa polaczone poprzez drugi przelacznik w jednym jego polozeniu ze znanym torem pomiarowym. Torem pomiarowym jest uklad polaczen przedwzmacniacza pomiarowego, detekto¬ ra, elementu regulacyjnego i miernika.Te znane uklady pomiarowe z hallotronami maja 2 dokladnosc rzedu 2,5% — O,l°/o. Dodatkowa ich wada jest koniecznosc dokonywania legalizacji okresowej, poniewaz mimo stosowania róznego ro¬ dzaju zabiegów kompensacyjnych i stabilizujacych parametry czujników hallotronowych, zmieniaja one swoje wlasciwosci w miare uplywu czasu. Stoso¬ wane wzorcowe magnesy sluzace do zerowania ukladu przed rozpoczeciem pomiaru takze ulegaja starzeniu, co wplywa na zmiane natezenia pola cechowania. Utrzymanie odpowiednio wysokiej do- kladnosici mierników hallotronowych w dluzszym czasie nie jest mozliwe ze wzgledu na fakt, iz dzia¬ laja one na zasadzie zmian wlasnosci materialo¬ wych w funkcji wielkosci mierzonej.Celem wynalazku jest umozliwienie dokonywania pomiaru za pomoca czujnika hallotronowego wy¬ korzystanego w ukladzie pomiarowym, w którym dokladnosc pomiaru bylaby okreslana w trakcie pomiaru, nie za posrednictwem obserwacji zmian wlasnosci materialowych.Cel ten osiagnieto przez opracowanie sposobu i urzadzenia do pomiaru pola magnetycznego me¬ toda róznicowa przy uzyciu czujników hallotro¬ nowych.W zakresie sposobu istota wynalazku polega na tym, ze indukcje magnetyczna mierzonego pola magnetycznego, korzystnie dwukrotnie, porównuje sie z indukcja magnetyczna wzorcowego pola mag¬ netycznego porównujac wielkosci napiec Halla, be- dacych funkcjami obu pól i wykrywanych czujni- 88 84288 3 kami hallotronowymi, a jako moment pomiaru pola magnetycznego obiera sie stan, gdy napiecia Halla równowaza sie do zera. Wielkosc indukcji magne¬ tycznej -wzorcowego pola magnetycznego zmieniane¬ go w sposób ciagly okresla sie w chwili pomiaru za pomoca zjawiska magnetycznego rezonansu ja¬ drowego. Powtórnego porównania indukcji magne¬ tycznej mierzonego pola z indukcja pola wzorco¬ wego, dokonuje sie przy zamienionych polozeniami czujnikach hallotronowych w stosunku do pierw¬ szego pomiaru.Inna wersja sposobu pomiaru pola magnetycz¬ nego, jako istote ima to, ze indukcje magnetyczna mierzonego pola magnetycznego porównuje sie z indukcja magnetyczna wzorcowego pola magne¬ tycznego porównujac wielkosci napiec Halla, beda¬ cych funkcjami obu pól i wykrywanych czujnika¬ mi 'halloitronowymi. Jako element pomiaru pola magnetycznego odbiera sie stan, gdy oba napiecia Halla równowaza sie poprzez dzialanie na czujni¬ ki hallotronowe wzorcowy i pomiarowy polami magnetycznymi o stalej znanej róznicy. Wielkosc indukcji magnetycznej wzorcowego pola magne¬ tycznego zmienianego w sposób ciagly okresla sie w chwdfli pomiaru za pomoca zjawiska magnetycz¬ nego rezonansu jadrowego. Stala znana róznica indukcji obu pól, mierzonego i wzorcowego wynika z istniejacej róznicy charakterystyk czujników lub wywoluje sie ja w celu rozszerzenia zakresu po¬ miarowego.Istota urzadzenia do stosowania obu wersji spo¬ sobu polega na tym, ze wzorcowy czujnik hallotro- nowy dolaczony do zasilacza, wraz z dodatkowym czujnikiem hallotronowym, znajduje sie w obsza¬ rze wzorcowego pola magnetycznego, wywolywa¬ nego korzystnie przez wzorcowy elektromagnes i jest polaczony poprzez wskaznik równowagi z po¬ miarowym czujnikiem hallotronowym, umieszczo¬ nym w obszarze mierzonego pola magnetycznego wywolywanego przez elektromagnes i dolaczonym do drugiego zasilacza. Dodatkowy czujnik hallotro- nowy polaczony, jest z miernikiem magnetycznego rezonansu jadrowego.Korzyscia techniczna, wynikajaca z zastosowania wynalazku jest to, ze powstaje mozliwosc doklad¬ nego wykonania pomiaru indukcji w malych szcze¬ linach magnesów lub elektromagnesów i o duzym gradiencie. Dokladnosc pomiaru jest wyzsza niz w typowych ukladach hallotronowych wysokiej ja¬ kosci. Korzysci te wynikaja z wysokiej dokladnosci miernika magnetycznego rezonansu jadrowego, co pozwala uznac go za absolutny wzorzec odniesienia, oraz wysoka czulosc i mala objetosc czujników hallotronowych, wykazujacych w polaczeniu rózni¬ cowym znaczna stabilnosc krótkoczasowa. Dodat¬ kowymi zaletami jest to, ze pomiar odbywa sie ze stala czuloscia i nie jest wrazliwy na zmiany tem¬ peratury i na wplyw indukcji mierzonej.Przedmiot wynalazku jest szczególowo opisany ponizej z wykorzystaniem rysunku przedstawiaja¬ cego schemat urzadzenia wedlug wynalazku.Urzadzenie wedlug wynalazku ma wzorcowe zródlo pola magnetycznego Mi o znanej wielkosci indukcji magnetycznej Bi oraz zródlo pola magne¬ tycznego M2, którego indukcje magnetyczna Bm 842 4 mierzy sie. We wzorcowym polu magnetycznym o indukcji Bi umieszczony jest wzorcowy czujnik hallotronowy hi oraz dodatkowy czujnik hallotronowy ha polaczony z miernikiem magne- tycznego rezonansu jadrowego MRJ. Czujnik wzor¬ cowy hi zasilany jest z zasilacza Zi poprzez rezys¬ tor Ri i jego wyjscie napiecia dolaczone jest do wskaznika równowagi ukladu Gt przykladowo gal- wanometru i poprzez rezystor R jest polaczone z wyjsciem napieciowym pomiarowego czujnika hallotronowego I12.Pomiarowy czujnik hallotronowy I12 umieszczony jest w polu magnetycznym M2, którego indukcje Bm mierzy sie. Czujnik h2 zasilany jest z drugiego zasilacza Z2 poprzez rezystor R2. Zródlami pola magnetycznego Mi i M2 sa magnesy, a w przypad¬ ku zródla wzorcowego pola Mi jest to elektroma¬ gnes. Czujniki hallotronowe hi i h2 sa umieszczone w szczelinach odpowiednich magnesów. Jak juz ^ wspomniano, wyjscia napieciowe czujników sa po¬ laczone róznicowo w obwodzie z rezystorem R i wskaznikiem stanu równowagi G ukladu. Zasila¬ cze Zi i Z2 sa zródlem pradów Ihi i Ih2 zasilajacych obwody pradowe czujników.Pole magnetyczne mierzone za pomoca miernika magnetycznego rezonansu jadrowego MRJ mozna uznac za wzorcowe, poniewaz uklad pomiarowy jest tak skonstruowany, ze podstawa jego dzialania jest obserwacja zjawiska fizycznego niezaleznego od czasu, temperatury i innych czynników zew¬ netrznych.O ile charakterystyki hallotronów róznia sie niez¬ nacznie, to polaczenie róznicowe eliminuje w znacz¬ nym stopniu wszysitkie zródla bledów.Dokonujac pomiaru indukcji magnetycznej Bm w szczelinie magnesu M2, dobiera sie taka wartosc indukcji wzorcowej Bi, aby napiecia Halla Ui i Um obu czujników byly równe. Wskazówka równowagi G wskazuje wówczas zerowe wychylenie, a induk- 40 cja mierzona Bm winna ibyc równa indukcji wzor¬ cowej Bi, kontrolowanej magnetometrem jadrowym, to znaczy miernikiem magnetycznego rezonansu ja¬ drowego MRJ. Jednakze ze wzgledu na róznice charaterystyk U=f(B) obu czujników hallotrono- 45 wych, równym napieciom odpowiadaja rózne war¬ tosci indukcji.W róznicowym ukladzie hallotronów pomiary w odniesieniu do indukcji wzorcowej Bi wedlug wynalazku dokonuje sie dwoma sposobami, a mia- 50 nowicie: gdy uwzgledni sie, ze róznica indukcji magnetycznej jest funkcja tej wartosci indukcji oraz przy przemiennym stosowaniu czujników ha¬ llotronowych hi i h2.W przypadku najprostszym, gdy znany jest prze-. 55 bieg funkcji AB=f(B), mozna dokonac pomiarów wartosci bezwzglednych indukcji mierzonej Bm biorac pod uwage ustalona uprzednio wartosc róz¬ nicy indukcji magnetycznej AB dla kazdej war¬ tosci indukcji wzorcowej Bi. Ze wzgledu jednak 80 na niestabilnosc parametrów hallotronów w funk¬ cji czasu i czynników zewnetrznych nie zapewnia to odpowiednio wysokiej dokladnosci pomiaru.Mozna ja znacznie zwiekszyc przez kazdorazowe umieszczenie pomiarowego czujnika hallotronowe- 65 go lu w polu wzorcowym Mi i regulowanie opo-88 842 6 rem Rz pradu Ihz tak, aby dla -danej wartosci in¬ dukcji wzorcowej Bi róznica napiec Halla byla równa zeru.Sposób ten nie pozwala uniknac bledów zwiaza¬ nych z niedokladnoscia ustalenia róznicy napiec Halla Uh—O, z krótkotrwala niestaloscia stanu kompensacji ukladu oraz róznica ksztaltu hallotro- nów. Zaleta przedstawionego sposobu pomiaru jest natomiast mozliwosc wykonania pomiaru w sposób stosunkowo prosty i szybki.Dokonujac sposobu pomiaru indukcji magnetycz¬ nej przy przemiennym stosowaniu czujników ha¬ llotronowych, kierowac sie nalezy zalozeniem, ze w czasie trwaniapomiairu niestabilnosc parametrów czujników hallotronowych i calego ukladu jest bardzo mala; przez umieszczenie na przemian np.: pomia¬ rowego czujnika hallotronowego h2 w polu wzor¬ cowym Mi o indukcji wzorcowej Bi, a czujnika wzorcowego hi w polu mierzonym M2 i nastepnie na odwrót, to jest pomiarowego czujnika hallotro¬ nowego h2, w polu którego indukcje mierzy sie Bm, a czujnika hi w polu wzorcowym Mi znacznie zwieksza sie dokladnosc pomiaru, az do bliskiej w metodzie 'magnetycznego rezonansu jadrowego.Mierzonej wartosci indukcji magnetycznej Bm w pierwszym przypadku przy skompensowaniu napiec, odpowiada wartosc wzorcowej indukcji magnetycznej Bi.Po zamianie czujników hallotronowych poloze¬ niami, to znaczy, gdy czujnik pomiarowy h2 jest w polu wzorcowym, a wzorcowy czujnik hallotro- nowy hi w polu pomiarowym, indukcji mierzonego pola magnetycznego Bm odpowiada wzorcowe pole magnetyczne indukcji Bi. Pomiar indukcji Bm po¬ la mierzonego M2 nie jest obarczony bledami wy¬ nikajacymi ze zmian materialu, z jakiego wytworzo¬ ny jest hallotron, niedokladnoscia odczytu napiecia i innymi. Mozliwe to jest w praktyce przy zacho¬ waniu warunku, ze zaleznosci termiczne czujni¬ ków hallotronowych winny miec ten sam znak.Stwierdzono, ze zasilacze obwodów pradowych ha- llotronów winny byc stabilne i nie nalezy laczyc ich ze soba galwanicznie. PL