恒定磁場測量儀器

對于不隨時(shí)間而變化的直流磁場的測量。常用的測量儀器有以下7種。

①力矩磁強(qiáng)計(jì)：簡稱磁強(qiáng)計(jì)。利用磁場的力效應(yīng)測量磁場強(qiáng)度或材料的磁化強(qiáng)度。

②磁通計(jì)和沖擊檢流計(jì)（見檢流計(jì)）：用于沖擊法(見軟磁材料測量)中測量磁通及磁通密度。測量時(shí)，須人為地使檢測線圈中的磁通發(fā)生變化。

③旋轉(zhuǎn)線圈磁強(qiáng)計(jì)：在被測的恒定磁場中，放置一個(gè)小檢測線圈，并令其作勻速旋轉(zhuǎn)。通過測量線圈的電動勢，可計(jì)算出磁通密度或磁場強(qiáng)度。測量范圍為0.1毫特到10特。誤差為0.1～1%。也可將檢測線圈突然翻轉(zhuǎn)或快速移到無場區(qū)，按沖擊法原理測量磁通密度。 

④磁通門磁強(qiáng)計(jì)：由高磁導(dǎo)率軟磁材料制成的鐵心同時(shí)受交變及恒定兩種磁場作用，由于磁化曲線的非線性，以及鐵心工作在曲線的非對稱區(qū)，使得纏繞在鐵心上的檢測線圈感生的電壓中含有偶次諧波分量，特別是二次諧波。此諧波電壓與恒定磁場強(qiáng)度成比例。通過測量檢測線圈的諧波電壓，計(jì)算出磁場強(qiáng)度。磁通門磁強(qiáng)計(jì)的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。探頭中的兩個(gè)鐵心用高磁導(dǎo)率軟磁合金制成。每一鐵心上各繞有交流勵磁線圈，而檢測線圈繞在兩鐵心上。兩交流勵磁線圈串聯(lián)后由振蕩器供電，在兩鐵心中產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為H～，但方向相反。這樣，檢測線圈中感生的基波及奇次諧波電壓相互抵消。當(dāng)探頭處在強(qiáng)度為H0的被測恒定磁場中時(shí)，兩鐵心分別受到H0+H～和H0-H～即交變與恒定磁場的疊加作用，從而在檢測線圈中產(chǎn)生偶次諧波電壓，經(jīng)選頻放大和同步檢波環(huán)節(jié)，取其二次諧波電壓，其讀數(shù)與被測的恒定磁場強(qiáng)度H0成比例。磁通門磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度很高，分辨力達(dá)100皮特。主要用于測量弱磁場。廣泛用于地質(zhì)、海洋和空間技術(shù)中。20世紀(jì)60～70年代研制成的光泵磁強(qiáng)計(jì)和利用超導(dǎo)量子干涉器件 (squid)制成的超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)，靈敏度更高，分辨力分別達(dá)到10-7和10-9安/米。  

⑤霍耳效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)：半導(dǎo)體矩形薄片放置在與薄片平面垂直的磁場（磁通密度為B）中，若在薄片的相對兩端面間通以直流電流I，則在另兩端面的相應(yīng)點(diǎn)間產(chǎn)生電動勢E(即霍耳效應(yīng))。當(dāng)I 為常數(shù)時(shí)，E與B 有比例關(guān)系，比例系數(shù)與薄片的寬度b，長度l和厚度d 以及所用材料有關(guān)。材料的這種特性又稱為磁敏特性。利用霍耳效應(yīng)制成的磁強(qiáng)計(jì)，可測量1微特到10特范圍內(nèi)的磁通密度值。誤差為0.1～5%?；舳茏龅帽《?，可伸入狹窄間隙中進(jìn)行測量，也可用以測量非均勻磁場。有磁敏特性的器件，除霍耳片外還有鉍螺線、磁敏二極管等。  

⑥核磁共振磁強(qiáng)計(jì):原子核的磁矩在磁通密度B 的作用下，將圍繞磁場方向旋進(jìn)，其旋進(jìn)頻率?0=γB（γ為旋磁比，對于一定的物質(zhì)，它是一個(gè)常數(shù)），若在垂直于B的方向施加一小交變磁場，當(dāng)其頻率與?0相等時(shí)，將產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象，即核磁共振。由共振頻率可準(zhǔn)確地計(jì)算出磁通密度或磁場強(qiáng)度。這種磁強(qiáng)計(jì)的測量范圍為 0.1毫特到10特。準(zhǔn)確度很高，誤差低于10-4～10-5，常用以提供標(biāo)準(zhǔn)磁場及作為校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

⑦磁位計(jì)：用于測量空間a、b兩點(diǎn)間的磁位差，如系均勻磁場，可折算出該處的磁場強(qiáng)度。磁位計(jì)也可用來測量材料內(nèi)部的磁場強(qiáng)度。由于磁性材料界面處的磁場強(qiáng)度切線分量相等，因此在沿材料表面空間處用磁位計(jì)測得的磁場強(qiáng)度，就是材料該處內(nèi)部的磁場強(qiáng)度切線分量。磁位計(jì)的結(jié)構(gòu)是將細(xì)絕緣導(dǎo)線均勻繞在非磁性軟帶或硬片上，前者稱軟磁位計(jì)；后者稱硬磁位計(jì)。測量儀表采用沖擊檢流計(jì)或磁通計(jì)。對于恒定磁場，測量過程中須使磁位計(jì)所鏈合的磁通發(fā)生變化。如所測為均勻磁場，則由磁位差折算出磁場強(qiáng)度。磁位計(jì)可在標(biāo)準(zhǔn)均勻磁場中進(jìn)行標(biāo)定，按磁場強(qiáng)度值刻度。