НПЦ
     
Тел./факс: +7 (495) 739-0785, +7 (495) 982-5912
Средства измерений параметров магнитных полей
Средства измерений электрических и радиотехнических величин
Медицинская физиотерапевтическая техника
Портативные универсальные миллитесламетры Холла
Проблемы метрологического обеспечения некоторых магнитных измерений
Эталонные источники магнитного поля для частот 0,01–30 МГц
Особенности применения миллитесламетров Холла
Гармонизация требований безопасности к контрольно-измерительным приборам и лабораторному оборудованию
Современные требования к испытаниям электрических медицинских приборов и аппаратов
Современные средства измерений параметров низкочастотных радиотехнических сигналов
Современные средства измерений нелинейных искажений и возможности их использования для метрологического обеспечения измерителей параметров качества электроэнергии
Прецизионные холловские средства измерений параметров магнитных полей
Некоторые аспекты испытаний средств измерений в целях утверждения типа
Подтверждение безопасности медицинского электрического оборудования
Контроль эффективности и безопасности применения медицинского ультразвукового оборудования в процессе его эксплуатации
Метрологическое обеспечение измерений коэффициента гармоник низкочастотных радиотехнических сигналов
О возможности использования миллитесламетров ТПУ в качестве рабочих эталонов
Тесламетр-веберметр универсальный ТПУ-2В


Тесламетр-веберметр универсальный ТПУ-2В


Ю.И. Казанцев, кандидат технических наук
А.А. Мартынюк
В.Е. Музалевский
А.В. Пругло, кандидат технических наук

ЗАО “НПЦентр” имеет большой опыт разработок холловских средств измерений (СИ) параметров магнитных полей. Много лет выпускаются портативные универсальные миллитесламетры ТПУ, информация о которых регулярно публикуется в журнале “Мир измерений”. В настоящее время изготовлено около 1000 ед. миллитесламетров ТПУ различных исполнений. Результаты их первичных и периодических поверок подтверждают достаточно высокие параметры точности, в т.ч. долговременные. Т.о., созданы недорогие тесламетры для рутинных измерений постоянных, переменных и импульсных магнитных полей с индукцией до 2 Тл в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Существуют, однако, задачи, которые не решаются с помощью приборов этого класса. В частности, это дистанционное управление измерениями и сохранение их результатов в памяти компьютера, обеспечение большей точности измерений, в т.ч. относительных, постоянного магнитного поля и мониторинг изменений магнитного поля в пространстве и времени, измерение пространственных и временны́х характеристик переменного и импульсного магнитного поля, спектральный анализ магнитной индукции, создаваемой различными электрическими аппаратами, выделение постоянной составляющей.

В то же время в стране практически не выпускаются СИ магнитного потока – веберметры. Парк этих СИ на сегодняшний день в большинстве своём состоит из морально и технически устаревших приборов 70–80-х гг. прошлого века с ограниченным диапазоном измерений, которые постепенно заменяются импортными, как правило, китайского производства. Метрологические характеристики последних не подтверждаются испытаниями в целях утверждения типа СИ, а при эксплуатации – периодическими поверками или калибровками.

Тесламетр-веберметр универсальный ТПУ-2В – результат успешного создания прецизионного относительно простого и доступного по цене СИ, в котором совмещены тесламетр с расширенными функциональными и метрологическими возможностями и современный широкодиапазонный веберметр. В приборе реализованы цифровые методы обработки измерительного сигнала, в т.ч. его интегрирование.

Тесламетр-веберметр ТПУ-2В предназначен для измерения магнитной индукции постоянных магнитных полей, максимальных значений магнитной индукции переменных и импульсных магнитных полей, потокосцепления. При подключении измерительной катушки с известными числом витков и средней площадью поперечного сечения прибор позволяет проводить измерения магнитного потока через катушку и магнитной индукции. При подключении катушки Гельмгольца с известной постоянной можно измерять магнитный момент и вычислять намагниченность помещённого в эту катушку образца по методикам стандарта IEC 60604-14:2002.

В состав тесламетра-веберметра входят измерительный блок, блок усилителя, измерительные зонды “М”, “С” с преобразователями Холла и индукционный зонд с измерительной катушкой (“И”).

Габаритные размеры измерительного блока (ширина x длина x высота) 345 x 370 x 170 мм, блока усилителя (ширина × длина × высота) 60 x 75 x 40 мм, рабочих частей измерительных зондов: “С” (диаметр x длина) 5,5 × 82 мм; “М”, “И” (ширина x толщина x длина) 6 x 1,5 x 105 мм. Возможна поставка дополнительных измерительных зондов.

Основные характеристики тесламетра-веберметра ТПУ-2В с зондами “М”, “С”
Диапазон измерений магнитной индукции 0,01…2000 мТл на пределах 1; 10; 100 мТл; 1; 10; 100 Тл.
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений δ, %, не более значений, рассчитанных по приведённым далее формулам (Вп – установленный предел измерений, мТл; Ви – измеренное значение магнитной индукции, мТл):
- при измерении магнитной индукции от 0,01 до 20 мТл постоянного магнитного поля (изм. зонды “М”, “С”) δ = ± [0,5 + 0,1·(Впи –1)];
- при измерении магнитной индукции св. 20 до 2000 мТл постоянного магнитного поля (изм. зонд “М”) δ = ± [0,3 + 0,01·(Впи – 1)];
- при измерении магнитной индукции св. 20 до 400 мТл постоянного магнитного поля (изм. зонд “С”) δ = ± [0,3 + 0,01·(Впи – 1)];
- при измерении магнитной индукции св. 400 до 2000 мТл постоянного магнитного поля (изм. зонд “С”) δ = ± 0,3·(Ви/400);
- при измерении максимальных значений магнитной индукции переменного (в нормальной области частот 5…2000 Гц) и импульсного поля δ0 = ± [1,0 + 0,1·(Впи – 1)], %; дополнительная погрешность в рабочей области частот f от 2 до 5 кГц, δдоп = ± [1,5·(f – 2)], %.

Основные характеристики тесламетра-веберметра ТПУ-2В с зондом “И”
Диапазон измерений магнитной индукции, приведённый к частоте 50 Гц, 0,01…1000 мТл на пределах 1; 10; 100 мТл; 1; 10; 100 Тл в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц.
На частотах f, Гц, измеряемого магнитного поля верхнее и нижнее значения диапазона измерений определяются путём умножения на коэффициент 50/f.
Пределы относительной погрешности измерений δ = ± [1,0 + 0,1·(Впи – 1)], %.

Основные характеристики тесламетра-веберметра ТПУ-2В при измерениях потокосцепления
Диапазон измерений от 1 мкВ∙с до 10 В∙с на пределах 0,1; 1; 10; 100 мВ∙с; 1; 10 В∙с;
Пределы относительной погрешности измерений δ = ± [0,5 + 0,05·(Ψп./Ψи – 1)], %, где Ψп – установленный предел измерений; Ψи – показание прибора. Изготовитель нормирует только погрешность измерений потокосцепления, погрешность измерений магнитного потока с конкретной измерительной катушкой устанавливает пользователь.

Прибор имеет функции выполнения серии измерений с числом измерений в серии, которое может задавать оператор, от 1 до 10, а также вычисления и индицирования результата каждого единичного измерения, среднего арифметического значения серии и среднеквадратического отклонения. По команде оператора возможна индикация результатов измерений в единицах магнитной индукции или напряжённости магнитного поля (в режиме “Тесламетр”), потокосцепления или магнитного потока (в режиме “Веберметр”).

Тесламетр-веберметр ТПУ-2В можно связать по интерфейсу USB с внешним компьютером для дистанционного управления прибором, обеспечения его работы в измерительных системах различного назначения, сохранения измерительной информации и реализации требуемых алгоритмов ее обработки. Разработано программное обеспечение, которое поставляется на компакт-диске с прибором.

Управление прибором осуществляется с помощью клавиатуры. На дисплей прибора выводятся реализуемые функции, параметры измерений и измеряемых величин, выбранные единицы измерений, другие переменные, результаты измерений.

Возможности тесламетра-веберметра ТПУ-2В можно проиллюстрировать примерами отображения информации на дисплее прибора.

Результаты серии 5 измерений постоянного магнитного поля представлены на рис. 1. Незначительная случайная погрешность измерений (оценка СКО) и хорошая разрешающая способность прибора делают его удобным, например, при исследованиях топографии магнитных полей. График в нижней части окна показывает, что измерительный сигнал содержит шумы на уровне ±0,03%, характеризующие как собственные шумы измерительного тракта, так и качество измеряемого магнитного поля (включая электромагнитную обстановку).


Рис. 1
Результаты серии 5 измерений постоянного магнитного поля

На рис. 2 показаны результаты серии 5 измерений переменного магнитного поля, на которое наложена незначительная (порядка 5% амплитудного значения) постоянная составляющая, например, внешние магнитные поля, в режиме индикации амплитуды и частоты первой гармоники (можно просмотреть все гармоники) и спектр магнитного поля. Видно, что магнитное поле содержит чётко выраженную (–10 дБ) вторую и еще ряд высших гармоник.


Рис. 2
Результаты серии 5 измерений переменного магнитного поля с постоянной составляющей (смещением)

Результаты измерения параметров периодической последовательности биполярных импульсов магнитного поля, затухающих по амплитуде, изображены на рис. 3. На дисплей выведены положительное и отрицательное значения (пик 1, пик 2) амплитуды и временны́е параметры первого импульса (можно просмотреть все импульсы в последовательности).


Рис. 3
Результаты измерения параметров периодической последовательности биполярных импульсов магнитного поля

На рис. 4 показаны результаты серии 5 измерений потокосцепления. Приведены среднее значение, оценка среднеквадратического отклонения, результат последнего измерения в серии и график импульса ЭДС, снимаемого с измерительной катушки при последнем измерении.


Рис. 4
Результаты серии 5 измерений потокосцепления

При измерениях постоянных магнитных полей тесламетры-веберметры ТПУ-2В в большинстве приложений могут заменить ЯМР-тесламетры, например Ш1-9. В области измерений переменных магнитных полей тесламетры-веберметры ТПУ-2В по своим возможностям и характеристикам не имеют аналогов. В режиме измерений потокосцепления (магнитного потока) ТПУ-2В не уступают лучшим зарубежным веберметрам (флюксметрам).

Завершается процедура внесения приборов в Госреестр СИ, после чего их можно будет использовать для точных исследований магнитных систем и материалов в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, а также аттестовывать в качестве рабочих эталонов 2-го разряда по ГОСТ 8.030-2013.


© ЗАО "НПЦентр" Тел./факс: +7 (495) 739-0785, +7 (495) 982-5912; e-mail: info@npcentre.ru