RU2610932C1 - Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2610932C1
RU2610932C1 RU2015153079A RU2015153079A RU2610932C1 RU 2610932 C1 RU2610932 C1 RU 2610932C1 RU 2015153079 A RU2015153079 A RU 2015153079A RU 2015153079 A RU2015153079 A RU 2015153079A RU 2610932 C1 RU2610932 C1 RU 2610932C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
rotary device
axes
magnetic
heat
Prior art date
Application number
RU2015153079A
Other languages
English (en)
Inventor
Григорий Иванович Соборов
Александр Николаевич Схоменко
Юрий Ромуальдович Линко
Original Assignee
Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" filed Critical Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority to RU2015153079A priority Critical patent/RU2610932C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610932C1 publication Critical patent/RU2610932C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/007—Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
    • G01R33/0082—Compensation, e.g. compensating for temperature changes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0064—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means for performing simulations, e.g. of the magnetic variable to be measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/0206—Three-component magnetometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него воздействие температуры до полного установления ее внутри ТМ для необходимого количества значений диапазона температур и при каждом значении определяют параметры характеристики преобразования ТМ ориентацией его геометрических осей относительно осей опорной системы координат. Затем по результатам определения параметров при соответствующих температурах вычисляют его температурные характеристики. При этом измерение параметров характеристики преобразования ТМ осуществляют ориентацией его геометрических осей в магнитном поле Земли относительно осей базовой плоскости с помощью немагнитного поворотного устройства прямоугольной формы, а тепловое воздействие на ТМ осуществляют теплоемким телом поворотного устройства, которое с внешних сторон теплоизолируют после его нагрева или охлаждения. Также предложено устройство для определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), содержащее немагнитное поворотное устройство, камеру тепла и холода, подключенный к выходу испытуемого ТМ персональный компьютер, датчик температуры и подключенный к его выходу измеритель температуры, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера. Причем поворотное устройство прямоугольной формы выполнено из немагнитного материала, являющегося теплоемким телом, ребра которого коллинеарны соответствующим осям его собственной ортогональной системы координат. Поверхность расположения поворотного устройства в рабочем положении является базовой плоскостью, ориентированной собственными осями относительно вектора индукции магнитного поля Земли, причем на большей части поверхности каждой грани поворотного устройства выполнено равномерное прямоугольное углубление, в которое вставляется теплоизоляционная накладка, а остальная ребристая часть поверхности грани в виде узких полос по всему периметру углубления, прилегающих к ребрам поворотного устройства, покрыта тонким слоем нетеплопроводного покрытия (краской). Внутри теплоемкого тела поворотного устройства установлен температурный датчик, а также предусмотрено место и крепление для установки и фиксации испытуемого ТМ с направлением его собственных осей коллинеарно соответствующим осям системы координат поворотного устройства. Технический результат - упрощение средств определения температурных характеристик ТМ, обеспечивающих точность их температурной калибровки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к измерениям компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ), а также к средствам определения и исследования температурных характеристик и калибровки трехкомпонентных магнитометров (ТМ), используемых, например, в авиационно-космической технике.
Источником дополнительных погрешностей, искажающих статическую характеристику преобразования ТМ, являются температурные воздействия в широком диапазоне их изменения. Известным способом исключения их влияния является коррекция температурных погрешностей, требующая в свою очередь предварительного определения температурных характеристик параметров характеристики преобразования ТМ. Следовательно, важной задачей является выбор простых в реализации эффективного способа и устройства измерения температурных характеристик ТМ. Осуществление этой задачи определяется сложностью одновременного совмещения процессов формирования температурных и эталонных магнитных воздействий при определении температурных характеристик.
Существенное ограничение возможности определения и исследования температурных характеристик, а следовательно, и коррекции температурных погрешностей трехкомпонентного магнитометра, обусловлено разным штатным расположением на объекте его датчика магнитного поля и блока электроники, используемого в качестве вторичного преобразователя. Особенно ситуация усугубляется при сильном отличии их температурных режимов. Исключение этого недостатка обеспечивается построением и применением моноблочной конструкции ТМ, обеспечивающей расположение в одном блоке вышеуказанных устройств, а следовательно, также обеспечивающей идентичность их температурных режимов. В настоящее время малогабаритные моноблочные магнитометры находят все более широкое применение. Следовательно, для обобщенного понимания сущности предложенного технического решения в дальнейшем тексте описания настоящих изобретений предполагаем рассмотрение и использование моноблочной конструкции трехкомпонентного магнитометра, обеспечивающей конструктивное совмещение датчика магнитного поля и электронно-преобразовательной части. Данное обстоятельство позволяет использование одного термостата при исследовании температурных характеристик ТМ.
Частные варианты способов и устройств определения температурных характеристик ТМ находят применение для исследования и измерения отдельно взятых температурных характеристик, например исследования температурных изменений смещения нуля магнитометров, размещаемых после нагрева или охлаждения в термостате, установленном в магнитном экране.
Известны также и более сложные устройства для исследования и определения полного набора температурных характеристик. Таким устройством, например, является мера магнитной индукции [1], содержащая в своем рабочем объеме встроенный немагнитный термостат, внутри которого установлено устройство ориентации, на которое закрепляется испытуемый магнитометр.
Способ определения температурных характеристик ТМ с помощью этого устройства заключается в том, что предварительно с помощью устройства ориентации осуществляется ориентация направления его осей относительно осей меры магнитной индукции, а затем задание эталонных значений магнитной индукции по соответствующим осям меры. При этом задается также температура в термостате, обеспечиваемая нагревом или охлаждением ТМ, путем продува охлажденного или нагретого газа или жидкости. По результатам измерений эталонных значений магнитной индукции, исследуемым магнитометром, и результатам измерений (с помощью термодатчика) задаваемых температур, определяются в вычислительном устройстве температурные характеристики ТМ.
Недостатком подобных устройств является сложность конструкции, обусловленная наличием колечных систем или индуктивных катушек, сложностью проведения котировочных работ по установочной ориентации их магнитных осей, сложностью обеспечения коллинеарности соответствующих осей испытуемого ТМ и осей магнитной меры в малом рабочем объеме, а также наличием сложной системы продува для обеспечения необходимых температурных режимов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра и принятым за прототип является способ, заключающийся в том, что ТМ устанавливают в экранированную меру магнитной индукции, при этом его оси ориентируют вдоль соответствующих осей меры, определяющих опорную систему координат, затем нагреванием или охлаждением магнитометра в заданном диапазоне температур оказывают на него тепловое воздействие продувом нагретого или охлажденного газа или жидкости, задают температуру теплового воздействия до полного установления ее внутри ТМ для нескольких значений диапазона температур и при каждом значении, измеренном датчиком температуры, задают эталонные значения магнитной индукции по осям меры магнитной индукции, измеряют эти значения трехкомпонентным магнитометром, по результатам этих измерений, при соответствующей ориентации его осей относительно осей меры, определяют параметры характеристики преобразования при каждом значении температур, затем по полученным значениям параметров при различных значениях температур определяют температурные характеристики.
Недостатком известного способа является сложность его реализации, обусловленная необходимостью специального формирования образцового магнитного поля и температурных воздействий продувом газа или жидкости, требующих в свою очередь необходимости применения экранированной меры магнитной индукции с устройством ориентации и со сложной конструкцией термостата с системой обеспечения тепла и холода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра и принятым за прототип является рабочий эталон индукции постоянного магнитного поля [2], [3], содержащий экранированную меру магнитной индукции, расположенные внутри нее образцовые катушки, оси которых образуют опорную прямоугольную систему координат меры, внутри катушек установлено немагнитное поворотное устройство, внутри которого, в свою очередь, установлен термостат, в котором предусмотрена установка и жесткое закрепление испытуемого магнитометра, к выходу которого подключен персональный компьютер, расположенный внутри термостата датчик температуры и подключенный к его выходу за пределами термостата измеритель температуры, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера, подключенное к входу и выходу термостата устройство подачи газа или жидкости, подключенные к образцовым катушкам устройство задания токов и устройство размагничивания, устройство задания режимов работы, выходы которого подключены к соответствующим входам управления устройства подачи газа или жидкости, устройства задания токов и устройства размагничивания.
Рабочий эталон индукции постоянного магнитного поля работает следующим образом.
Предварительно перед испытаниями с помощью устройства размагничивания, запускаемого устройством задания режимов работы, размагничиваются образцовые катушки меры, то есть исключается их остаточная намагниченность. Затем, устройством задания режимов работы включается устройство задания токов, подающее стабилизированные токи в образцовые катушки. Поворотным устройством осуществляется установка осей собственной прямоугольной системы координат ТМ относительно осей меры магнитной индукции. Устройством задания режимов работы также включается устройство подачи газа или жидкости, которое нагревая или охлаждая газ или жидкость до заданной температуры, подает их в термостат продувом, задавая тем самым заданную температуру теплового воздействия, контролируемую термодатчиком, подающим через устройство измерения результат измерения температуры в компьютер. В компьютер также поступают результаты измерений магнитной индукции по соответствующим осям образцовых катушек меры. В рабочей зоне меры, где устанавливается испытуемый магнитометр в термостате, с помощью многослойного ферромагнитного экрана устраняется влияние магнитного поля Земли и внешних магнитных помех. Последовательной подачей тока в образцовые катушки меры создаются образцовые магнитные поля, являющиеся составляющими вектора магнитной индукции, воздействующие по соответствующим осям испытуемого ТМ, ориентированным по осям меры устройством ориентации, в котором расположен термостат.
Таким образом, нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него температурное воздействие продувом нагретых или охлажденных газа или жидкости, например, азота или воды задают температуру теплового воздействия до полного установления ее внутри ТМ для нескольких значений диапазона температур и при каждом значении, контролируемом датчиком температуры, определяют параметры характеристики преобразования ТМ по результатам измерений образцового поля магнитометром. Далее в компьютере по результатам определения параметров определяются температурные характеристики в выбранном диапазоне температур.
Сложность устройств задания образцового поля и устройств охлаждения и нагрева ТМ, необходимость наличия сложных размагничивающих катушки средств, сложность юстировки осей меры, а также сложность реализации поворотного устройства для точной ориентации осей ТМ относительно осей меры, усложняют устройство в целом, требуя больших аппаратных затрат для его построения и большой стоимости его содержания, являясь тем самым его существенным недостатком.
Целью и техническим результатом предлагаемых изобретений являются определение при малых аппаратных затратах температурных характеристик трехкомпонентных магнитометров для обеспечения их точности в широком температурном диапазоне.
Предлагается способ определения температурных характеристик параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра, в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него тепловое воздействие, задают температуру теплового воздействия, контролируемую температурным измерителем, при полном установлении ее внутри ТМ для необходимого количества значений диапазона температур, и при каждом значении определяют параметры характеристики преобразования ТМ при воздействии на него эталонных значений индукции магнитного поля при заданной ориентации его осей относительно осей опорной системы координат, затем по результатам определения параметров при соответствующих температурах вычисляют его температурные характеристики, при этом определение параметров характеристики преобразования ТМ осуществляют путем формирования эталонных значений индукции поворотом его осей в магнитном поле Земли относительно осей базовой плоскости с помощью немагнитного поворотного устройства прямоугольной формы, в котором установлен ТМ, при этом тепловое воздействие на ТМ осуществляют теплоемким немагнитным телом поворотного устройства, которое с внешних сторон теплоизолируют после его нагрева или охлаждения.
Предлагаемое устройство для определения температурных характеристик параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра содержит немагнитное поворотное устройство, камеру тепла и холода, подключенный к выходу испытуемого ТМ персональный компьютер, датчик температуры и подключенный к его выходу измеритель температуры, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера, причем поворотное устройство прямоугольной формы выполнено из немагнитного материала, являющегося теплоемким телом, ребра которого коллинеарны соответствующим осям его собственной ортогональной системы координат, поверхность расположения поворотного устройства в рабочем положении является базовой плоскостью, ориентированной собственными осями относительно направления вектора индукции МПЗ, причем на большей части поверхности каждой грани поворотного устройства выполнено равномерное прямоугольное углубление, в которое вставляется теплоизоляционная накладка, а остальная ребристая часть поверхности грани в виде узких полос по всему периметру углубления, прилегающих к ребрам поворотного устройства, покрыта тонким слоем нетеплопроводного покрытия (краской), при этом внутри теплоемкого тела поворотного устройства установлен температурный датчик, а также предусмотрено место и крепление для установки и фиксации испытуемого ТМ с направлением его собственных осей коллинеарно соответствующим осям системы координат поворотного устройства.
Осуществление способа определения температурных характеристик ТМ покажем сначала с рассмотрения математических выражений трехмерной характеристики преобразования и ее параметров.
Предполагая коллинеарность соответствующих осей собственной ортогональной системы координат ТМ, ортогональной системы координат поворотного устройства O’X’Y’Z’, в котором жестко закреплен ТМ, и опорной системы координат OXYZ расположения базовой плоскости, можно представить математическое выражение характеристики преобразования магнитометра в системе координат поворотного устройства, в виде следующей зависимости измеренных значений вектора индукции МПЗ от истинных значений, составляющих Bm (m=x,y,z) этого вектора
Figure 00000001
где Kmj(m,j=x,y,z) и Kmc - реальные параметры характеристики преобразования ТМ, учитывающие ее неидеальность, причем:
Kxx, Kyy, Kzz - реальные значения коэффициентов преобразования соответственно компонент Bx, By, Bz, неидеальность которых определяется отличием их от номинальных значений, причем отличие обусловлено погрешностью масштабов преобразования и несоосностью магниточувствительных осей ТМ с соответствующими им геометрическими осями ортогонального базиса ТМ;
Kmj (m≠j) - параметры, характеризующие неортогональность поперечных (j-x) магниточувствительных осей относительно продольных (m-x) осей ТМ;
Kmc - параметры, характеризующие смещение нуля m-х измерительных каналов ТМ;
Nm - результат измерения формируемый, например, в виде кодового эквивалента.
В данном случае выражение идеальной характеристики преобразования имеет следующий вид:
Nx=KXXHBx,
Ny=KYYHBy,
Nz=KZZHBz,
где КХХН, KYYH, KZZH - номинальные (идеальные) значения коэффициентов преобразования.
Определение температурных изменений параметров или, что то же самое, определение температурных характеристик обеспечивает возможность осуществления коррекции характеристики преобразования ТМ, тем самым исключая его погрешности в широком рабочем диапазоне температур.
Температурными характеристиками, например, являются определяемые зависимости от температуры (t)
Figure 00000002
где αmj, αmc - температурные коэффициенты (1/°C) соответственно параметров Kmj, Kmc; t0 - начальное значение температуры, например, равное 0°C. В данном случае
Figure 00000003
где ΔKmj/Kmj(t0), ΔKmc/Kmc(t0) - относительные изменения параметров при изменении температуры Δt=t.
Разнообразие физических принципов преобразования магнитной индукции, лежащих в основе работы различного типа магнитометров, предполагает, кроме выражений (2), и другие варианты аппроксимации температурных характеристик. Примерами применения могут быть кусочно-линейная, а также нелинейная аппроксимации в полном диапазоне температур. Во втором случае в качестве аппроксимирующих функций можно, например, использовать степенные полиномы не выше 3-го порядка. В данном случае параметры Kmj, Kmc имеют следующий вид:
Figure 00000004
где βmjν, βmcη - коэффициенты соответственно при ν-ом и η-ом членах температурной аппроксимации коэффициентов Kmj, Kmc.
В магнитометрах с коррекцией температурной погрешности коэффициенты αmj, αmc, Kmj(t0), Kmc(t0) и t0 выражений (2), (3) или βmjν, βmcη и t0 выражений (4) определяются при температурной калибровке и хранятся в энергонезависимой памяти вычислителя ТМ.
Таким образом, согласно (2)-(4) для определения вышеуказанных температурных характеристик необходима возможность оперативного определения параметров при нагревании или охлаждении ТМ теплоемким телом поворотного устройства, а также измерение температуры внутри ТМ.
При установившемся нагреве или охлаждении ТМ его температура определяется температурой теплоемкого тела поворотного устройства, контролируемой температурным измерителем.
Для определения параметров характеристики преобразования применен известный способ, показанный в [4], согласно которому в отличие от прототипа эталонным источником магнитного поля является вектор индукции МПЗ. В данном случае набор образцовых значений компонент вектора индукции по осям ТМ формируется последовательной ориентацией (поворотом) их относительно осей опорной системы координат. Повороты осей ТМ осуществляются относительно их начального положения. При этом истинные значения компонент в начальном положении измеряются предварительно эталонным измерителем, например один раз в течение года, при периодической аттестации рабочего места.
Согласно известному способу [4] параметры ТМ определяются решением независимых систем линейных уравнений, получаемых совместным матричным преобразованием выражения (1) и проекций вектора индукции МПЗ при фиксированных поворотах относительно опорной системы координат OXYZ на базовой плоскости, например на углы, кратные 90°, геометрических осей ТМ, по крайней мере, в двух взаимно перпендикулярных плоскостях их расположения. В данном случае прямоугольная форма поворотного устройства позволяет осуществлять повороты его, а следовательно, и ТМ, на углы, кратные 90°, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальных плоскостях, ориентированных относительно базовой плоскости.
На фигуре 1 показана схема устройства для определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра.
Устройство фиг. 1 содержит поворотное устройство 1 прямоугольной формы, выполненное из немагнитного материала в виде теплоемкого тела, подключенный к выходу трехкомпонентного магнитометра 2 персональный компьютер 3, датчик температуры 4 и подключенный к его выходу измеритель температуры 5, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера 3, и камеру тепла и холода 6. Ребра поворотного устройства 1 коллинеарны соответствующим осям его собственной ортогональной системы координат O'X'Y'Z', а поверхность расположения поворотного устройства 1 в рабочем положении является базовой плоскостью 7, ориентированной собственными осями опорной ортогональной системы координат OXYZ относительно направления вектора индукции МПЗ. На большей части поверхности каждой грани поворотного устройства 1 выполнено равномерное (по длине и ширине) прямоугольное углубление 8, в которое вставляется теплоизоляционная накладка 9, а остальная ребристая часть 10 поверхности каждой грани в виде узких полос по всему периметру углубления 8, прилегающих к ребрам поворотного устройства, покрыта тонким слоем нетеплопроводного покрытия (краской) для уменьшения теплообмена с внешней средой. Внутри теплоемкого тела поворотного устройства 1 установлен температурный датчик 4, а также предусмотрено место и приспособление для установки и фиксации испытуемого трехкомпонентного магнитометра 2 с направлением его собственных осей коллинеарно соответствующим осям системы координат O'X'Y'Z' поворотного устройства 1.
Установка базовой плоскости 7 осуществляется ориентацией ее собственных осей опорной системы координат OXYZ относительно вектора индукции МПЗ. Кроме того, выбор места установки ее определяется отсутствием помех от различного рода оборудования. Камера тепла и холода 6, персональный компьютер 3 и измеритель температуры 5 устанавливаются вдали от базовой плоскости 7 с целью исключения магнитного влияния на ТМ 2 при расположении поворотного устройства 1 с ним на базовой плоскости 7.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед началом испытаний ТМ 2 устанавливается в специальное углубленное место в поворотном устройстве 1 и жестко фиксируется, например с помощью штифтов. Расположение и фиксация ТМ 2 обеспечивают направление и коллинеарность его магнитных осей соответствующим осям ортогональной системы координат O'X'Y'Z' поворотного устройства 1. Направление осей поворотного устройства 1 совпадает с направлением соответствующих его ребер. После этого поворотное устройство 1 с ТМ 2 помещают в камеру тепла и холода 6 и осуществляют нагрев или охлаждение до требуемой температуры. Задают время выдержки, необходимое для полного выравнивания температур теплоемкого тела поворотного устройства 1 и ТМ2. Контроль температуры осуществляют по показаниям измерителя температуры 5, подключенным к выходу датчика температуры 4, расположенным в поворотном устройстве 1 и формирующем напряжение, пропорциональное температуре теплоемкого тела поворотного устройства 1, а следовательно, и температуре ТМ 2. Затем поворотное устройство 1 теплоизолируют с внешних сторон установкой в углубления 8 его поверхностей и прижимом теплоизоляционных накладок 9. После этого поворотное устройство 1 устанавливают на поверхность установленной, например, горизонтально, базовой плоскости 7, и ориентированной осью ОХ по направлению магнитного меридиана в системе координат МПЗ. Совмещением его ребер с соответствующими осями ортогональной системы координат OXYZ базовой плоскости задают начальную установку ТМ 2. В данном положении поворотного устройства 1 осуществляются измерения компонент вектора индукции МПЗ и температуры соответственно с помощью ТМ 2 и измерителя температуры 5 с последующей передачей и записью их результатов измерений в персональный компьютер 3. Осуществляют развороты поворотного устройства сначала, например, в базовой плоскости вокруг вертикальной оси, а затем в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси на углы, кратные 90°. При каждом развороте записывают в персональный компьютер показания ТМ 2, контролируя при этом сохраняемую температуру. По результатам показаний ТМ 2 и по результатам измерений (до проведения испытаний) истинных значений компонент вектора индукции МПЗ в магнитной системе координат согласно известному способу [4] в персональном компьютере вычисляются параметры характеристики преобразования (1) ТМ 2. Для вычисления параметров, согласно [4], необходима запись в персональный компьютер 3 выходной информации ТМ 2 в четырех положениях поворотного устройства 1, определяемых, например, его начальным положением и поворотами на углы 90°. Изменяя температуру ТМ 2 нагревом или охлаждением теплоемкого тела поворотного устройства 1 с помощью камеры тепла и холода 6 или теплообменом с окружающей средой при снятых теплоизоляционных накладках, повторно осуществляют вышеуказанным способом определение параметров характеристики преобразования ТМ 2 при заданных температурах. Затем, по результатам измерений параметров и температур в персональном компьютере 3 определяются температурные характеристики с помощью выражений (2) и (3).
В рассматриваемых изобретениях можно осуществить различный характер теплового воздействия. В результате нагревания или охлаждения ТМ 2 тепловое воздействие может быть положительным или отрицательным. Изменение температуры в пределах граничных значений диапазона можно осуществлять ступенчато. Ступенчатый характер уменьшает погрешности переходных процессов теплообмена и, кроме того, позволяет осуществлять определение параметров согласно [4]. Нагреванием и охлаждением ТМ 2 соответственно до верхней и нижней границ исследуемого температурного диапазона определяются необходимые температурные характеристики. Для определения положительного и отрицательного участков температурных характеристик удобно сначала осуществлять температурным воздействием соответственно нагревание и охлаждение ТМ 2 до соответствующих предельных границ исследуемого диапазона температур, затем снятие этих воздействий путем помещений поворотного устройства 1 с ТМ 2 в условия комнатных температур соответственно для естественного охлаждения и нагревания.
Следует отметить некоторые особенности теплового воздействия.
Источник теплового потока для ТМ 2 может быть внешним, формируемым путем помещения поворотного устройства 1 внутри камеры тепла и холода 6, используемой в качестве термостата или холодильника. Не исключена также возможность реализации внутреннего источника теплового потока путем размещения внутри теплоемкого тела поворотного устройства 1 нагревательного или охладительного немагнитного элемента, в результате чего теплообмен происходит через внутренние поверхности тела и более эффективно.
Важными характеристиками немагнитного материала теплоемкого тела при его выборе являются теплоемкость, величина удельной теплоемкости по весу и по объему, теплопроводность, температурное расширение материала и магнитная восприимчивость. Чем больше теплоемкость, тем слабее реакция на внешнее температурное поле, что обеспечивает выравнивание и сохранение температурного поля тела. Величины удельной теплоемкости по весу и по объему (согласно плотности материала) характеризуют вес и габариты поворотного устройства 1 с заданной емкостью по теплу. Теплопроводность определяется скоростью распространения тепла, а следовательно, и выравнивание температур по массе, что важно в отношении правильного воспроизведения задаваемых температур для ТМ и определения температуры самого теплоемкого тела поворотного устройства 1.
Анализ тепловых и магнитных свойств материалов показывает целесообразность применения, например, алюминия или меди, а также немагнитных сплавов (латунь, дюралюминий и др.), как наиболее доступных и подходящих рекомендуемых материалов для изготовления поворотного устройства 1.
Требования к конструкции поворотного устройства 1 определяются необходимостью размещения в нем ТМ 2 и термодатчика 4, а также необходимостью поворотов ТМ 2 на углы, кратные 90°, относительно базовой плоскости 7. Этим критериям наиболее полно удовлетворяет прямоугольная форма в виде куба или параллелепипеда. Для размещения ТМ 2 и датчика температуры 4 поворотное устройство 1 должно иметь соответствующие их форме углубления, причем при установленном положении ТМ 2 должна обеспечиваться коллинеарность его осей соответствующим осям поворотного устройства 1. Места внутренних поверхностей соприкосновения теплоемкого тела с поверхностью корпуса ТМ 2 и датчика температуры 4 рекомендуется шлифовать, для улучшения теплового контакта.
В случае использования внутреннего источника теплового потока в месте его установки изготавливается в теле поворотного устройства соответствующее для его установки отверстие необходимой глубины, что существенно улучшает теплообмен источника теплового потока и тела, а следовательно, ускоряется процесс измерения температуры тела. В данном случае нагревание здесь, например, возможно значительно упростить и ускорить размещением на время нагрева обычного электрического паяльника соответствующей мощности в отверстие тела.
Сохранение тепла теплоемкого тела поворотного устройства 1 и исключение паразитного теплообмена материалов ТМ 2 и датчика температуры 4 с внешней средой осуществляется с помощью соответствующих теплоизоляционных накладок 9, покрывающих ТМ 2, датчик температуры 4 и поверхности граней теплоемкого тела поворотного устройства 1 с внешней стороны. Согласно требуемому расположению накладки 9 имеют прямоугольную форму, при этом накладки со стороны соприкосновения их с ТМ 2 и датчиком температуры 4 можно выполнить в полном соответствии с их конфигурацией и расположением. Для исключения дезориентации поворотного устройства на базовой плоскости внешние поверхности накладок 9 в местах их расположения должны быть достаточно утоплены относительно внешней поверхности ребристых частей 10 поворотного устройства 1, на которую оно устанавливается на базовой плоскости 7. В качестве материала для изготовления накладок 9 могут быть использованы жесткие (пенопласт) и мягкие известные теплоизоляционные материалы, например полимерные (поролон, поропласт полиуретановый эластичный). Установка накладок может быть осуществлена простым наложением их на места установки и соответствующей фиксацией известными средствами, например специальной изолентой или скотчем.
Простота конструкции термостатируемого поворотного устройства 1, средств ориентации и простота формирования эталонных магнитных воздействий, применение вычислительных средств и возможность применения доступных стандартных технических средств, а также оперативность проведения работ при достижении высокой точности определения температурных характеристик ТМ 2 подтверждают эффективность предложенных способа и устройства, характеризуемых относительной простой и низкой стоимостью.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство, обладая новизной, полезностью и реализуемостью, могут найти широкое применение в технике магнитных измерений и температурной калибровки магнитометров.
Литература
1. The application of a fluxgate magnetometer for Mars space environment exploration in China. Jindong Wang, Bin Zhou, Xin Zhang, Hua Zhao. Center for Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Science, Beijing, China.
2. Рабочий эталон индукции постоянного магнитного поля для условий промышленной зоны. А.Н. Схоменко, В.И. Шеремет, И.С. Хасиев. Авиакосмическое приборостроение, №6/2002. С 60-63. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал.
3. Рабочий эталон 2 разряда индукции постоянного поля УПТМ-2. Техническое описание x∂1.420.066 ТО. НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», 1991 г.
4. Способ определения параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра. Патент РФ №2481593, МПК G01R 35/00, 03.06.2011.

Claims (2)

1. Способ определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него тепловое воздействие, задают температуру теплового воздействия, контролируемую температурным измерителем, при полном установлении ее внутри ТМ для нескольких значений диапазона температур, и при каждом значении температур определяют параметры характеристики преобразования ТМ при воздействии на него эталонных значений индукции магнитного поля при заданной ориентации его осей относительно осей опорной системы координат, затем по результатам определения параметров и температуры вычисляют его температурные характеристики, отличающийся тем, что определение параметров характеристики преобразования ТМ осуществляют путем формирования эталонных значений магнитной индукции поворотом его осей в магнитном поле Земли относительно осей базовой плоскости с помощью немагнитного поворотного устройства прямоугольной формы, в котором установлен ТМ, при этом тепловое воздействие на ТМ осуществляют теплоемким немагнитным телом поворотного устройства, которое с внешних сторон теплоизолируют после его нагрева или охлаждения.
2. Устройство для определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), содержащее немагнитное поворотное устройство, подключенный к выходу испытуемого ТМ персональный компьютер, датчик температуры и подключенный к его выходу измеритель температуры, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера, отличающееся тем, что дополнительно введена камера тепла и холода, а поворотное устройство выполнено из немагнитного материала, являющегося теплоемким телом прямоугольной формы, ребра которого коллинеарны соответствующим осям его собственной ортогональной системы координат, поверхность расположения поворотного устройства в рабочем положении является базовой плоскостью, ориентированной собственными осями относительно вектора индукции магнитного поля Земли, причем на большей части поверхности каждой грани поворотного устройства выполнено равномерное прямоугольное углубление, в которое вставляется теплоизоляционная накладка, а остальная ребристая часть поверхности каждой грани в виде узких полос по всему периметру углубления, прилегающих к ребрам поворотного устройства, покрыта тонким слоем нетеплопроводного покрытия (краской), при этом внутри теплоемкого тела поворотного устройства установлен температурный датчик, а также предусмотрено место и приспособление для установки и фиксации испытуемого ТМ с направлением его собственных осей коллинеарно соответствующим осям системы координат поворотного устройства.
RU2015153079A 2015-12-10 2015-12-10 Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления RU2610932C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153079A RU2610932C1 (ru) 2015-12-10 2015-12-10 Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153079A RU2610932C1 (ru) 2015-12-10 2015-12-10 Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610932C1 true RU2610932C1 (ru) 2017-02-17

Family

ID=58458776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153079A RU2610932C1 (ru) 2015-12-10 2015-12-10 Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610932C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687170C1 (ru) * 2018-06-06 2019-05-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU312216A1 (ru) * И. С. Тро нский , А. Н. Горшелев Трехкомпонентный датчик магнитного поля
RU2073877C1 (ru) * 1994-04-14 1997-02-20 Томская государственная академия систем управления и радиоэлектроники Способ термостатирования преобразователя холла
US20060097721A1 (en) * 2002-11-29 2006-05-11 Yamaha Corporation Magnetic sensor, and method of compensating temperature-dependent characteristic of magnetic sensor
RU2481593C9 (ru) * 2011-06-03 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") Способ определения параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU312216A1 (ru) * И. С. Тро нский , А. Н. Горшелев Трехкомпонентный датчик магнитного поля
RU2073877C1 (ru) * 1994-04-14 1997-02-20 Томская государственная академия систем управления и радиоэлектроники Способ термостатирования преобразователя холла
US20060097721A1 (en) * 2002-11-29 2006-05-11 Yamaha Corporation Magnetic sensor, and method of compensating temperature-dependent characteristic of magnetic sensor
RU2481593C9 (ru) * 2011-06-03 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") Способ определения параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687170C1 (ru) * 2018-06-06 2019-05-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220027090A (ko) 비-침습적 열 조사를 위한 장치, 시스템들 및 방법들
Ahamat et al. Timewise temperature control with heat metering using a thermoelectric module
EP1482320A2 (en) Temperature stabilised shimming of an MRI system
CN108181016B (zh) 金刚石对顶砧样品温度的测量方法
CN115113126A (zh) 一种用于测试和标定金属霍尔探针的装置及方法
Buliński et al. Application of the ASTM D5470 standard test method for thermal conductivity measurements of high thermal conductive materials
Beguš et al. Magnetic effects on thermocouples
RU2610932C1 (ru) Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления
Baudouy Kapitza resistance and thermal conductivity of Kapton in superfluid helium
Kowsary et al. Experimental design for estimation of the distribution of the convective heat transfer coefficient for a bubbly impinging jet
Yang et al. Construction and calibration of a large-area heat flow meter apparatus
Koevoets et al. Optimal sensor configuring techniques for the compensation of thermo-elastic deformations in high-precision systems
Tian et al. Finite element method parameter estimation of atomic sensor based on thermal network method
Geršak et al. Thermometers in low magnetic fields
Holmes Theoretical development of laboratory techniques for magnetic measurement of large objects
Datskov et al. Precise thermometry for next generation LHC superconducting magnet prototypes
Koniorczyk et al. Step-wise transient method for analysis of thermal properties of materials Part 2. Experimental investigations
Yang et al. A Hall probe calibration system at low temperature for the TPS cryogenic permanent magnet undulator
Chen et al. Wireless temperature sensing using permanent magnets for multiple points undergoing repeatable motions
Yue et al. Thermal conductivity measurement of anisotropic biological tissue in vitro
Gaiser et al. Enhanced Transient Hot Bridge Method Using a Finite Element Analysis
Gong et al. Magnetic field strength and temperature-dependent calibration system of Hall probe for the HEPS-TF cryogenic permanent magnet undulator
Woodbury et al. Z-meters
Aizaz et al. Detection of hot spot through inverse thermal analysis in superconducting RF cavities
KR101345776B1 (ko) 초전도 자석의 초기냉각 예측 시스템 및 방법