§ 7. ЧАСТОТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВОСПРИИМЧИВОСТИ СЛАБОМАГНИТНЫХ ТЕЛ

В последнее время появились работы по измерению магнитной восприимчивости диа- и парамагнитных веществ индукционными методами. Если измерения проводят в радиочастотном диапазоне, то восприимчивость определяют по изменению резонансной частоты контура генератора. В области низких частот используют мостовой метод.

В работах [81, 85] описана установка для измерения удельной восприимчивости порядка с точностью до одного процента, основанная на измерении изменения коэффициента самоиндукции соленоида, когда в него помещают исследуемый образец. Установка состоит из двух колебательных контуров, которые настраивают в резонансе около частоты В одну из катушек помещают исследуемый образец.

Рассмотрим установку, работающую в радиочастотном диапазоне, которая была создана Маклаковым [117].

Блок-схема установки показана на рис. 55. Она состоит из двух генераторов двух умножителей частоты смесителя с детектором 5, усилителя низкой частоты 6, частотомера 7 и осциллографа 8.

Образцовый генератор 1, в контур которого вводят исследуемый образец, генерирует колебания частотой Для изменения частоты имеется подстроечный конденсатор. Генератор 1, собранный на половине триода обеспечивает наибольшую возможную частоту генератора. Катушкой индуктивности служит кварцевая трубка с намотанной на нее проволокой диаметром

Опорный кварцевый генератор 2 собран по обычной схеме на пентоде и генерирует частоту При измерении восприимчивости частотными методами должна быть обеспечена высокая стабильность частоты колебания. В данной установке относительное изменение частоты генератора не превышало за время процесса измерения.

Рис. 55. Блок-схема радиочастотной установки: 1 и 2 — генераторы, 3 и 4 — умножители частоты, 5 — смеситель с детектором, 6 — усилитель низкой частоты, 7 — частотомер, 8 — осциллограф

Для этого генераторы монтировали по возможности жестко, и генераторы и катушки индуктивности термостатировали при помощи ультратермостата.

Умножители частоты, собранные по обычной схеме на лампах были трехкаскадные с выходными частотами Смеситель представляет собой три взаимосвязанные высокочастотные индуктивности. Две включены в анодную цепь последних каскадов умножителей, а третья — в колебательный контур детектора. Усилитель низкой частоты имеет полосу пропускания 5—5000 гц. В качестве детектора можно использовать кристаллический диод. Для питания анодных цепей генераторов используют анодную батарею на 60 в, питание накалов ламп генератора и умножителя осуществляется от аккумуляторов. Анодные цепи умножителей питаются выпрямленным током, который также используют для питания генератора при прогреве. Время прогрева установки не должно быть меньше 8—10 час.

Величину удельной магнитной восприимчивости исследуемого образца плотности подсчитывают по формуле

где разность показания частотомера при наличии эталонного образца в катушке и без нее, то же самое для исследуемого вещества, удельная восприимчивость и плотность эталона соответственно.

Если исследуемое вещество в виде порошка, то тогда расчетная формула имеет вид

где разность показаний частотомера с пустой ампулой и без нее, объемная восприимчивость.

Обладая высокой чувствительностью, радиочастотный метод имеет и существенные недостатки: образцы не должны содержать даже небольших количеств ферромагнитных примесей; при исследовании электропроводящих веществ необходимо устранять влияния электропроводности на результаты измерения; кроме того, затруднены температурные измерения.

Рис. 56. Схема моста для измерения магнитной восприимчивости при низкой частоте: 0 - исследуемый образец, 1 — соленоид, 2 — первичная обмотка, 3 и 4 — соответственно индуктивное и активное сопротивления, 5 —вторичная обмотка, 6 — источник питания, 7 — селективный фильтр, 8 - предусилитель, 9 — заземленный экран, 10 — фазочувствительный детектор

Рассмотрим мостовой метод измерения магнитной восприимчивости в области слабых низкочастотных полей.

На рис. 56 представлена измерительная схема моста [118]. Исследуемый образец О, охваченный эталонным соленоидом 1, помещают в первичную обмотку 2, к которой последовательно подключены индуктивное 3 и активное 4 сопротивления, питаемые частотой в от источника 6. На выходе вторичной обмотки 5 моста находятся два селективных фильтра 7 и предусилитель 8. Заземленный экран 9 используется для устранения влияния образца и напряжения первичной обмотки на выходное напряжение. Как первичная, так и вторичная обмотки моста состоят из двух катушек, которые по своей конструкции являются астатическими. Это значительно снижает влияние вихревых токов, так как ослабляется поле рассеяния. Кроме того, для уменьшения нагрева моста катушки первичной обмотки имеют небольшое число витков (пп

Число витков вторичных катушек для повышения чувствительности намного больше ). Все катушки имеют приблизительно равную длину.

В качестве эталона восприимчивости используют соленоид 1 с известным импедансом, магнитная восприимчивость которого зависит от площади соленоида, числа витков, частоты и способа

нагружения. Такой эталон очень стабилен в работе и может быть применен в широком диапазоне восприимчивости.

В качестве эталона может быть использован соленоид из 100 витков проволоки диаметром Величина составляет а длина обмотки около Действительную часть восприимчивости определяют по формуле

где число витков эталонной катушки, площадь катушки, — угловая частота, положительная разность двух значений емкости: для резонанса тока и при его компенсации после введения образца. Из этой формулы видно, что восприимчивость прямо пропорциональна измеряемой разности . С помощью этого метода была измерена восприимчивость соли Мора.

По мнению авторов, этот метод измерения восприимчивости может обеспечить более высокую точность измерения, чем метод магнитных весов.