Системы колец Гельмгольца (катушки Гельмгольца)

Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше ее радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две соосно расположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. В центре системы имеется зона однородного магнитного поля, что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.

Изготовлены, испытаны и используются в повседневной работе системы колец Гельмгольца различных типоразмеров.

1. Система катушек Гельмгольца с проходным отверстием диаметром 40 мм и расстоянием между катушками 7 мм

Назначение

Система катушек Гельмгольца предназначена для получения постоянного или переменного магнитного поля с зоной однородности и может быть использована для калибровки датчиков магнитной индукции [12], изучения магнитных свойств веществ, размагничивания мелких стальных деталей и инструмента [15].

Технические данные:

• коэффициент преобразования около 25 мТл/А (в центре системы)
• суммарное сопротивление при последовательном включении катушек около 40 Ом
• индуктивность при последовательном включении катушек около 100 мГн
• максимальный непрерывный ток 0.5 А
• максимальный ток при повторно-кратковременном режиме работы до 1 А
• диаметр проходного отверстия 40 мм
• расстояние между катушками 7 мм
• габаритные размеры не более 170 х 170 х 120 мм³
• масса не более 1 кг

2. Система катушек Гельмгольца с проходным отверстием диаметром 60 мм и расстоянием между катушками 15 мм

Назначение

Система катушек Гельмгольца предназначена для получения постоянного, переменного или импульсного магнитного поля с зоной однородности и может быть использована для калибровки датчиков магнитной индукции [12], намагничивания и размагничивания постоянных магнитов [14], размагничивания стальных заготовок, деталей и инструмента [15], построения установок магнитно-порошковой дефектоскопии.

Технические данные:

• коэффициент преобразования около 10 мТл/А (в центре системы)
• суммарное сопротивление при последовательном включении катушек около 4 Ом
• индуктивность при последовательном включении катушек около 50 мГн
• максимальный непрерывный ток 5 А
• максимальный ток при повторно-кратковременном режиме работы до 15 А
• максимальная амплитуда тока при длительности импульса до 30 мс 150 А
• диаметр проходного отверстия 60 мм
• расстояние между катушками 15 мм
• габаритные размеры не более 200 х 150 х 120 мм³
• масса не более 4 кг

3. Система катушек Гельмгольца с проходным отверстием диаметром 150 мм и расстоянием между катушками 50 мм

Назначение

Система катушек Гельмгольца предназначена для получения постоянного, переменного или импульсного магнитного поля с зоной однородности и может быть использована для калибровки датчиков магнитной индукции [12], намагничивания и размагничивания постоянных магнитов [14], размагничивания стальных заготовок, деталей и инструмента [15], построения установок магнитно-порошковой дефектоскопии.

Технические данные:

• коэффициент преобразования около 3.5 мТл/А (в центре системы)
• суммарное сопротивление при последовательном включении катушек около 3.5 Ом
• индуктивность при последовательном включении катушек около 50 мГн
• максимальный непрерывный ток 7.5 А
• максимальный ток при повторно-кратковременном режиме работы до 25 А
• максимальная амплитуда тока при длительности импульса до 30 мс 250 А
• диаметр проходного отверстия 150 мм
• расстояние между катушками 50 мм
• габаритные размеры не более 220 х 230 х 190 мм³
• масса не более 8 кг

4. Система катушек Гельмгольца с квадратным проходным отверстием размером 150 х 150 мм² и расстоянием между катушками от 20 до 60 мм

Назначение

Система катушек Гельмгольца предназначена для получения постоянного, переменного или импульсного магнитного поля с зоной однородности и может быть использована для калибровки датчиков магнитной индукции [12], намагничивания и размагничивания постоянных магнитов [14], размагничивания стальных заготовок, деталей и инструмента [15], построения установок магнитно-порошковой дефектоскопии. Расстояние между катушками можно изменять в диапазоне от 20 до 60 мм с шагом 20 мм за счет добавления или удаления немагнитных прокладок высотой 20 мм каждая.

Технические данные:

• коэффициент преобразования в центре системы при расстоянии между катушками: 20 мм - 3.4 мТл/А, 40 мм - 3.1 мТл/А, 60 мм - 2.8 мТл/А
• суммарное сопротивление при последовательном включении катушек около 3.5 Ом
• индуктивность при последовательном включении катушек около 60 мГн
• максимальный непрерывный ток 7.5 А
• максимальный ток при повторно-кратковременном режиме работы до 25 А
• максимальная амплитуда тока при длительности импульса до 30 мс 250 А
• проходное отверстие квадратной формы размером 150 х 150 мм²
• расстояние между катушками 20, 40 или 60 мм
• габаритные размеры не более 230 х 270 х 180 мм³
• масса не более 10 кг

5. Система колец Гельмгольца с проходным отверстием диаметром 60 мм и расстоянием между кольцами 45 мм

Назначение

Система колец Гельмгольца предназначена для получения постоянного или переменного магнитного поля с зоной однородности и может быть использована для калибровки датчиков магнитной индукции слабых магнитных полей, сравнимых с магнитным полем Земли [12]. Система может также использоваться как образцовый источник слабого магнитного поля, коэффициент преобразования которого по току достаточно точно рассчитывается по геометрическим размерам системы с использованием формул для аксиальной компоненты магнитной индукции на оси кругового витка с током [7].

Технические данные:

• коэффициент преобразования 180 мкТл/А (в центре системы)
• суммарное сопротивление при последовательном включении катушек около 1 Ом
• индуктивность при последовательном включении катушек около 50 мкГн
• максимальный непрерывный ток 0.5 А
• максимальный ток при повторно-кратковременном режиме работы до 1 А
• диаметр проходного отверстия 60 мм
• расстояние между катушками 45 мм
• габаритные размеры не более: диаметр 104 мм, высота 55 мм
• масса не более 0.1 кг

Для питания систем колец Гельмгольца могут применяться различные блоки питания [3, 8, 9], генераторы мощных импульсов тока [4 - 6], регуляторы мощности [11]. Для получения переменных магнитных полей с изменяющейся частотой может быть использован звуковой генератор, например, Г3-118 с усилителем [13].

Расчет катушек системы колец Гельмгольца на постоянном токе можно сделать с помощью программы Coil [1] с использованием подходящей методики расчета систем соленоидов [10]. С помощью программы H_Coils [2] выполняется расчет системы колец Гельмгольца на постоянном и переменном токе.

Ссылки:

1. Coil: Программа для расчета параметров и магнитного поля цилиндрического соленоида
2. H_Coils: Программа для расчета параметров и магнитного поля системы колец Гельмгольца
3. Блок питания электромагнита регулируемый
4. Генератор мощных импульсов тока биполярный
5. Генератор мощных импульсов тока однополярный
6. Генератор мощных импульсов тока (емкостной накопитель энергии)
7. Законы и уравнения магнитного поля
8. Импульсный регулируемый блок питания 0 ... -50 В с максимальным выходным током до 20 А и двухканальным внешним управлением
9. Источник питания повышенной мощности напряжением 12.6 В (замена аккумуляторной батареи)
10. Методика расчета индуктивности системы из двух соосных цилиндрических соленоидов
11. Однофазный тринисторный регулятор мощности в активно-индуктивной нагрузке
12. Приборы для измерения магнитных полей
13. Усилитель мощности низкой частоты для генератора сигналов Г3-118
14. Установки импульсного намагничивания и размагничивания постоянных магнитов
15. Установки и устройства для размагничивания стали

Словарь терминов:

• Генератор импульсов - прибор или устройство для создания последовательности импульсов.
• Катушки Гельмгольца - система из двух одинаковых последовательно включенных цилиндрических соленоидов, расположенных соосно, причем расстояние между центрами соленоидов приблизительно равно их среднему радиусу. В центре системы имеется зона однородного магнитного поля.
• Кольца Гельмгольца - система из двух одинаковых кольцевых витков с током, расположенных соосно на расстоянии радиуса витка друг от друга и соединенных между собой последовательно. В центре системы имеется зона однородного магнитного поля.
• Магнитная индукция - вектор, численно равный пределу отношения силы, действующей со стороны магнитного поля на элемент проводника с электрическим током, к произведению тока и длины элемента проводника, если длина этого элемента стремится к нулю, а элемент так расположен в поле, что этот предел имеет наибольшее значение, и направленный перпендикулярно к направлению элемента проводника и к направлению силы, действующей на этот элемент со стороны магнитного поля, причем из его конца вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы к направлению тока в элементе проводника должно быть видно происходящим против часовой стрелки.
• Магнитно-порошковая дефектоскопия - способ выявления дефектов ферромагнитных изделий, включающий процедуры их предварительного намагничивания, нанесения на поверхность магнитного порошка и визуального анализа его распределения по поверхности изделия.
• Однородное магнитное поле - магнитное поле, в каждой точке которого вектор магнитной индукции имеет одни и те же направление и величину.

16.03.2004
12.09.2005
22.04.2007
11.05.2007
13.10.2008
19.01.2010
20.03.2013

Альтернативные источники энергии
Компьютеры и Интернет
Магнитные поля
Механотронные системы
Перспективные разработки
Электроника и технология

Главная страница