Порог чувствительности измерительной системы. Чувствительность к форме сигнала. Пределы измерений, динамический диапазон, страница 19

Предполагая, что магнитное поле однородно в пределах площади контура, образованного проводниками на входе системы, и что его индукция равна В, имеем:

Выражая   V_d в комплексной форме (в случае синусоидальной помехи), получаем следующее выражение для  напряжения помехи на входных клеммах измерительной системы:

Напряжение V'₀ , поступающее от измеряемого объекта, равно

Следовательно, отношение измеряемого сигнала к помехе V/V нельзя улучшить, изменяя импедансы Z_i и Z_o. Очевидно, что это справедливо только в том случае, когда частоты полезного сигнала Vи помехи V одинаковы.

Приведенные соотношения показывают, что наводимое напряжение помехи растет с увеличением потока, пронизывающего площадь А, с увеличением напряженности магнитного поля H(t), при более быстром изменении напряженности поля со временем, а также в том случае, когда первичный ток I(t) (рис. 2.56) увеличивается или быстрее изменяется во времени.

Индуктивно наводимое напряжение помехи можно свести к минимуму несколькими способами. Например, напряженность магнитного поля вблизи измерительной системы можно уменьшить, разместив измерительную систему подальше от источника помехи. Можно также изменить пространственную ориентацию измерительной системы так, чтобы стал минимальным охватываемый поток. В .конструкции типа той, какая изображена на рис. 2.56, этого можно достичь, расположив две проволочные рамки в перпендикулярных друг другу плоскостях. Кроме того, скручивая два проводника можно минимизировать площадь А (скрученная пара). Наконец, систему можно экранировать, воспользовавшись ферромагнитным экраном с большой относительной магнитной проницаемостью μ_r.

Эффективность магнитного экранирования лучше всего выражать коэффициентом экранирования F. Если напряженность (магнитного) поля без экрана H₀, а при наличии экрана — Н_s, то коэффициент экранирования равен:

Рис. 2.56. Индуктивная наводка помехи на входе измерительной системы.

Коэффициент экранирования зависит от геометрии экрана, а также от используемого материала. На рис. 2.57 показано, как изменяется магнитное поле, когда в однородное магнитное поле помещается цилиндрический экран.

Рис. 2.57. Магнитное поле в присутствии цилиндрического магнитного экрана, размещенного поперек однородного магнитного поля H_0.

С увеличением внешнего магнитного поля намагниченность магнитопровода растет нелинейно, и поэтому коэффициент экранирования сильно зависит от напряжённости поля. На рис. 2.58 представлены зависимости коэффициента экранирования F от напряжённости поля H₀ для различных ферромагнитных материалов при одинаковых условиях испытания (одинаковая форма и однородное поле). Резкое падение кривых F(H₀) вызвано магнитным насыщение экрана.

Экран должен быть толстым, чтобы обеспечить надёжное экранирование даже в очень сильных магнитных полях. Однако при этом можно сэкономить ферромагнитный материал, делая экран не сплошным, а состоящим из нескольких более тонких экранов, разделенных воздушным зазором. В этом случае можно получить такое же значение коэффициента экранирования при меньшем расходе материала.

Ферромагнитный экран, как правило, обладает не только высокой магнитной проницаемостью, но так же хорошо проводит электрический ток. Поэтому в случае, когда экран помещен в переменное магнитное поле, внутри него будут возникать вихревые токи. Из-за вихревых токов внешнее поле не может легко проникнуть вглубь экрана, вихревые токи действуют так, как если бы они были экраном по отношению к более глубоким слоям. Только

Рис 258 Коэффициент экранирования F как функция напряженности поля H₀, для различных ферромагнитных материалов при толщине образца 1 мм на частоте 50 Гц. Относительная первоначальная проницаемость μ_ri равна: у материала М 1040 μ_ri ≈ 40000, у мю-металла μ_ri ≈ 25000, у перменорма μ_ri ≈ 5000.