Радио №9/1970, ст.44
Постоянные и переменные магнитные поля оказывают существенное влияние на некоторые детали радиоэлектронной аппаратуры. Поэтому при ее конструировании, эксплуатации и ремонте часто возникает необходимость измерения напряженности магнитных полей в различных точках радиоаппарата. Единицей измерения этого параметра по системе единиц физических величин СИ служит ампер на метр (а/м), а по системе СГСМ — эрстед (э), причем 1 э ≈ 80 а/м.
Магнитометр, описываемый в настоящей статье, предназначен для измерения напряженности постоянного и переменного с частотой 50 гц магнитных полей в пределах 0—400 а/м (0—5 э). Он питается от двух элементов типа 332 (ФБС-0,25) и потребляет ток не более 12 ма. Размеры прибора — 175 х 115 х 70 мм, вес 600 г. Принципиальная схема магнитометра изображена на рис. 1.
Магнитометр содержит два ВЧ генератора, собранных по трехточечной схеме на транзисторах T1 и T2. В контурах обоих генераторов применяются одинаковые катушки индуктивности L1 и L3 с ферритовыми сердечниками. Для регулировки частоты в контур генератора на T1 включен подстроечный конденсатор C3, а в контур генератора на T2 — подстроечный конденсатор C8 и конденсатор переменной емкости C10.
Катушка L1 служит датчиком. Она вместе с катушкой связи L2 расположена в выносном зонде и соединена с прибором, экранированным четырехжильным кабелем. Кабель оканчивается штепсельным разъемом. Жилы кабеля припаяны к штырькам Р3—Р6 разъема. Штырьки Р1 и Р2 соединены между собой и при подключении разъема к прибору замыкают цепь питания.
При воздействии на сердечник катушки L1 слабого магнитного поля его проницаемость возрастает пропорционально увеличению напряженности поля до тех пор, пока последняя не достигнет некоторого определенного значения. Соответственно изменяется индуктивность катушки L1 и, в конечном результате, частота генератора, в контуре которого установлена эта катушка. Катушка L3 второго генератора не подвергается воздействию магнитного поля, поэтому частота этого генератора остается постоянной.
Колебания обоих генераторов с катушек связи L2 и L4 подаются на диод Д1 диодного смесителя. На его нагрузочном резисторе R10 выделяются колебания разностной частоты, которая меняется в зависимости от влияния магнитного поля на датчик — катушку L1. Разностная частота усиливается трехкаскадным усилителем на транзисторах T3—T5. Коллекторная цепь транзистора T5 нагружена телефонами, пользуясь которыми можно по звуку определить наличие магнитного поля. Кроме того, к этой цепи подключен частотомер, в котором применены конденсатор C19, диоды Д2, Д3 и миллиамперметр. Шкала миллиамперметра отградуирована непосредственно в единицах измерения напряженности магнитного поля (а/м или э).
Для уменьшения погрешности измерений в генераторах магнитометра применены одинаковые транзисторы и детали. Благодаря этому изменения температуры окружающей среды и изменения напряжения питания магнитометра приводят к почти одинаковому уходу частот обоих генераторов, что практически не отражается на стабильности разностной частоты.
Для получения правильных результатов измерений ферритовый сердечник катушки L1 нужно перед каждым измерением размагничивать убывающим переменным магнитным полем (так называемое циклическое размагничивание). Для этого следует нажать кнопку Кн1. Тогда конденсатор C2, заряженный от батареи Б1 через резистор R1, будет разряжаться через резистор R2 и контур C3C4L1, в котором возникнут затухающие колебания. Ток этих колебаний возбуждает магнитное полое, размагничивающее сердечник катушки L1.
В магнитометре применены транзисторы с Вст = 20–30, подстроечные конденсаторы C3 и C8 типа КПК-М и конденсатор переменной емкости C10 с воздушным диэлектриком. Телефоны Тлф — низкоомные. Их можно заменить капсюлями ТК-47, ДЭМ-4 или ДЭМШ. Примененный миллиамперметр имеет ток полного отклонения 1 ма.
Катушки L1L2 и L3L4 намотаны на кольцевых сердечниках из феррита 1000НН (Ф-1000), типоразмер К10х6х5. Катушки L1 и L3 содержат по 100 витков провода ПЭЛШО 0,25 с отводом от 15 витков, считая от нижнего (по схеме) вывода, а катушки L2 и L4 — 1 виток такого же провода. Сердечник с катушками L1, L2 заключен в алюминиевый цилиндрический корпус — зонд диаметром 16 и длиной 44 мм. Кабель, соединяющий зонд с прибором, имеет длину 300 мм. Если он будет длиннее, для компенсации увеличения его емкости необходимо уменьшить емкость конденсатора C4. Для разъема Р1–Р6 использованы октальный цоколь и панель радиолампы.
Детали магнитометра смонтированы на двух прямоугольных панелях из органического стекла, гетинакса или текстолита размерами 175х115 мм и 165х105 мм. Обе панели расположены параллельно друг другу на расстоянии 30 мм и скреплены между собой с помощью шпилек и гаек с резьбой М3. Расположение деталей на них показано на рис. 2. В левом верхнем углу большей (передней) панели (на рис. 2 она находится сзади) просверлены 49 отверстий диаметром 2 мм, образующие квадратную решетку размерами 35х35 мм. За этой решеткой укреплен телефонный капсюль ТК-47. Обратная сторона панели покрыта белой жестью (или фольгой), соединенной с ротором конденсатора C10. Этот экран устраняет влияние оператора на частоту колебаний генераторов магнитометра. Панели заключены в пластмассовый корпус глубиной 45 мм, который желательно оклеить изнутри фольгой и соединить ее с ротором конденсатора C10. Можно использовать металлический корпус из немагнитного материала.
Конструктивное оформление магнитометра может отличаться от описанного. При этом необходимо, чтобы детали одного генератора были по возможности удалены от деталей другого. Кроме того, во избежание подмагничивания ферритового сердечника катушек L3, L4 они должны быть удалены от миллиамперметра и телефона.
Налаживание магнитометра начинают с проверки электрического режима транзисторов. При этом необходимо временно отпаять конденсатор C13. Напряжения на электродах транзисторов, измеренные относительно общего провода, указаны на схеме.
После этого настраивают генераторы магнитометра на частоту 140 кгц. Для этого анод диода Д1 соединяют с антенным входом радиоприемника, включенного на длинноволновый диапазон и настроенного на частоту 280 кгц. Установив ротор подстроечного конденсатора C3 в среднее положение и отсоединив резистор R6, подбирают конденсатор C4 так, чтобы в громкоговорителе приемника был слышен звук второй гармоники генератора, собранного на транзисторе T1. Окончательно частоту генератора подгоняют, вращая ротор конденсатора C3 до максимальной громкости звука. Затем устанавливают на место резистор R6 и отсоединяют резистор R4. Устанавливают роторы конденсаторов C8 и C10 в среднее положение и подбирают конденсатор C9, пока с генератором на транзисторе T2 не будет получен тот же результат, как при настройке генератора на транзисторе T1. По окончании настройки присоединяют резистор R4 и ранее отключенный конденсатор C13. После этого стрелка миллиамперметра должна отклониться от нуля, а в телефоне Тлф и в громкоговорителе радиоприемника должен быть слышен тон биений между частотами двух генераторов.
Окончив предварительную настройку генераторов, отключают магнитометр от радиоприемника и, вращая ротор подстроечного конденсатора C8, добиваются постепенного понижения слышимого в телефоне тона биений, вплоть до его исчезновения (то есть до получения нулевых биений). При этом стрелка миллиамперметра сначала будет медленно колебаться, а затем остановится на нулевой отметке. Нажав и отпустив кнопку Кн1, снова добиваются нулевых биений, вращая ротор конденсатора C8. В дальнейшем при градуировке и эксплуатации магнитометра установка нулевых биений осуществляется с помощью конденсатора C10.
Для градуировки магнитометра изготовляют каркас длиной 60 мм и внутренним диаметром 17—18 мм, на который наматывают в два слоя 192 витка провода ПЭВ 0,5—0,66. Напряженность магнитного поля внутри такого соленоида в зависимости от тока, протекающего через его обмотку, приведена в таблице.
Намотав соленоид, включают его по схеме рис. 3, а, где ток, протекающий через него можно менять при помощи проволочного переменного резистора R1 и измерять миллиамперметром, в качестве которого можно использовать авометр. При отсутствии проволочного переменного резистора собирают приспособление по схеме рис. 3, б, в котором переменный резистор R1 — непроволочный. Для питания приспособлений по схемам рис. 3 применяется один элемент типа 373 («Марс»).
Поворачивая ползунок резистора R1, устанавливают ток через соленоид L1 125 ма, при котором напряженность магнитного поля вокруг соленоида будет равна 400 а/м (5 э). Нажав и отпустив кнопку Кн1 на магнитометре, а затем вращая ротор конденсатора C10, добиваются нулевых биений. Введя зонд магнитометра в соленоид, подбирают конденсатор C19 до тех пор, пока стрелка миллиамперметра магнитометра не будет отклоняться до конца шкалы, где делают отметку 400 а/м (5 э). Затем устанавливают в обмотке соленоида токи, указанные в таблице, и наносят на шкалу соответствующие значения напряженности поля. При этом следует каждый раз вынимать зонд из соленоида, устанавливать необходимую величину тока, нажимать кнопку Кн1 и отпуская ее, проверять наличие нулевых биений, затем вновь вводить зонд в соленоид.
При эксплуатации магнитометра его следует включать за 5 мин до начала работы. Перед каждым измерением нужно размагничивать сердечник зонда магнитометра, нажимая кнопку Кн1, и при помощи конденсатора C10 добиваться нулевых биений, контролируя их сначала по понижению тона в телефоне, а затем по отсутствию отклонения стрелки миллиамперметра. При измерении напряженности переменного магнитного поля магнитометр показывает среднее значение напряженности за полупериод.
