Системи кілець Гельмгольця (котушки Гельмгольця)

Системи кілець Гельмгольця (котушки Гельмгольця)

Котушки Гельмгольця використовуються для одержання практично однорідного магнітного поля. В ідеальному випадку вони являють собою два однакові кільцеві витки, з'єднані між собою послідовно і розташовані на відстані радіуса витка один від одного. Зазвичай котушки Гельмгольца складаються з двох котушок, на яких намотана деяка кількість витків, причому товщина котушки повинна бути набагато меншою за її радіус. У реальних системах товщина котушок можна порівняти з їх радіусом. Таким чином, можна вважати системою кілець Гельмгольця дві співвісно розташовані однакові котушки, відстань між центрами яких приблизно дорівнює їхньому середньому радіусу. У центрі системи є зона однорідного магнітного поля, що може бути використане для вимірювальних цілей, калібрування датчиків магнітної індукції і т.д.

Виготовлені, випробувані та використовуються у повсякденній роботі системи кілець Гельмгольця різних типорозмірів.

1. Система котушок Гельмгольця з прохідним отвором діаметром 40 мм та відстанню між котушками 7 мм

Призначення

Система котушок Гельмгольца призначена для отримання постійного або змінного магнітного поля із зоною однорідності і може бути використана для калібрування датчиків магнітної індукції [12], вивчення магнітних властивостей речовин, розмагнічування дрібних сталевих деталей та інструменту [15] .

Технічні дані:

коефіцієнт перетворення близько 25 мТл/А (у центрі системи)
сумарний опір при послідовному включенні котушок близько 40 Ом
індуктивність при послідовному включенні котушок близько 100 мГн
максимальний безперервний струм 0.5 А
максимальний струм при повторно короткочасному режимі роботи до 1 А
діаметр прохідного отвору 40 мм
відстань між котушками 7 мм
габаритні розміри не більше 170 х 170 х 120 мм 3
маса не більше 1 кг

2. Система котушок Гельмгольця з прохідним отвором діаметром 60 мм та відстанню між котушками 15 мм

Призначення

Система котушок Гельмгольця призначена для отримання постійного, змінного або імпульсного магнітного поля з зоною однорідності і може бути використана для калібрування датчиків магнітної індукції [12], намагнічування та розмагнічування постійних магнітів [14] , розмагнічування сталевих заготовок, деталей та інструмент установок магнітно-порошкової дефектоскопії

Технічні дані:

коефіцієнт перетворення близько 10 мТл/А (у центрі системи)
сумарний опір при послідовному включенні котушок близько 4 Ом
індуктивність при послідовному включенні котушок близько 50 мГн
максимальний безперервний струм 5 А
максимальний струм при повторно короткочасному режимі роботи до 15 А
максимальна амплітуда струму при тривалості імпульсу до 30 мс 150 А
діаметр прохідного отвору 60 мм
відстань між котушками 15 мм
габаритні розміри не більше 200 х 150 х 120 мм 3
маса не більше 4 кг

3. Система котушок Гельмгольця з прохідним отвором діаметром 150 мм та відстанню між котушками 50 мм

Призначення

Система котушок Гельмгольця призначена для отримання постійного, змінного або імпульсного магнітного поля із зоною однорідності та може бути використана для калібрування датчиків магнітноїіндукції [12], намагнічування та розмагнічування постійних магнітів [14] , розмагнічування сталевих заготовок, деталей та інструменту [15] , побудови установок магнітно-порошкової дефектоскопії.

Технічні дані:

коефіцієнт перетворення близько 3.5 мТл/А (у центрі системи)
сумарний опір при послідовному включенні котушок близько 3.5 Ом
індуктивність при послідовному включенні котушок близько 50 мГн
максимальний безперервний струм 7.5 А
максимальний струм при повторно короткочасному режимі роботи до 25 А
максимальна амплітуда струму при тривалості імпульсу до 30 мс 250 А
діаметр прохідного отвору 150 мм
відстань між котушками 50 мм
габаритні розміри не більше 220 х 230 х 190 мм 3
маса не більше 8 кг

4. Система котушок Гельмгольця з квадратним прохідним отвором розміром 150 х 150 мм 2 та відстанню між котушками від 20 до 60 мм

Призначення

Технічні дані:

коефіцієнт перетворення в центрі системи на відстані між котушками: 20 мм - 3.4 мТл/А, 40 мм - 3.1 мТл/А, 60 мм - 2.8 мТл/А
сумарний опір припослідовне включення котушок близько 3.5 Ом
індуктивність при послідовному включенні котушок близько 60 мГн
максимальний безперервний струм 7.5 А
максимальний струм при повторно короткочасному режимі роботи до 25 А
максимальна амплітуда струму при тривалості імпульсу до 30 мс 250 А
прохідний отвір квадратної форми розміром 150 х 150 мм 2
відстань між котушками 20, 40 чи 60 мм
габаритні розміри не більше 230 х 270 х 180 мм 3
маса не більше 10 кг

5. Система кілець Гельмгольця з прохідним отвором діаметром 60 мм та відстанню між кільцями 45 мм

Призначення

Система кілець Гельмгольця призначена для отримання постійного або змінного магнітного поля із зоною однорідності і може бути використана для калібрування датчиків магнітної індукції слабких магнітних полів, які можна порівняти з магнітним полем Землі [12]. Система може також використовуватися як зразкове джерело слабкого магнітного поля, коефіцієнт перетворення якого струмом досить точно розраховується за геометричними розмірами системи з використанням формул для аксіальної компоненти магнітної індукції на осі кругового витка зі струмом [7].

Технічні дані:

коефіцієнт перетворення 180 мкТл/А (у центрі системи)
сумарний опір при послідовному включенні котушок близько 1 Ом
індуктивність при послідовному включенні котушок близько 50 мкГн
максимальний безперервний струм 0.5 А
максимальний струм при повторно короткочасному режимі роботи до 1 А
діаметр прохідного отвору 60 мм
відстань між котушками 45 мм
габаритні розміри не більше: діаметр 104 мм, висота 55 мм
маса небільше 0.1 кг

Для живлення систем кілець Гельмгольця можуть застосовуватись різні блоки живлення [3, 8, 9], генератори потужних імпульсів струму [4 - 6], регулятори потужності [1 1 ] . Для отримання змінних магнітних полів з частотою, що змінюється, може бути використаний звуковий генератор, наприклад, Г3-118 з підсилювачем [13].

Розрахунок котушок системи кілець Гельмгольца на постійному струмі можна зробити за допомогою програми Coil [1] з використанням відповідної методики розрахунку систем соленоїдів [10]. За допомогою програми H_Coils [2] виконується розрахунок системи кілець Гельмгольця на постійному та змінному струмі.

Посилання:

Генератор імпульсів- пристрій або пристрій для створення послідовності імпульсів.
Котушки Гельмгольца- система з двох однакових послідовно включених циліндричних соленоїдів, розташованих співвісно, причому відстань між центрами соленоїдів приблизно дорівнює їхньому середньому радіусу. У центрі системи є зона однорідного магнітного поля.
Кільця Гельмгольца- система двох однакових кільцевих витків зі струмом, розташованих співвісно з відривом радіуса витка друг від друга і з'єднаних між собою послідовно. У центрі системи є зона однорідного магнітного поля.
Магнітна індукція - вектор, чисельно рівний межі відношення сили, що діє з боку магнітного поля на елемент провідника з електричним струмом, до твору струму та довжини елемента провідника, якщо довжина цього елемента прагне нуля, а елемент так розташований поле, що ця межа має найбільше значення, і спрямована перпендикулярно до напрямку елемента провідника і до напрямку сили, що діє на цей елемент з боку магнітного поля, причому з його кінцяобертання по найкоротшій відстані від напрямку сили до напрямку струму в елементі провідника повинно бути видно, що відбувається проти годинникової стрілки.
Магнітно-порошкова дефектоскопія - спосіб виявлення дефектів феромагнітних виробів, що включає процедури їх попереднього намагнічування, нанесення на поверхню магнітного порошку та візуального аналізу його розподілу по поверхні виробу.
Однорідне магнітне поле - магнітне поле, у кожному точці якого вектор магнітної індукції має одні й самі напрям і величину.