磁感應(yīng)強(qiáng)度及其測(cè)試方法

1、磁感應(yīng)強(qiáng)度及其測(cè)試方法賈聰（河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院09金屬材料工程2班，唐山，063000）摘要：介紹了測(cè)試磁感應(yīng)強(qiáng)度的傳統(tǒng)方法如， 利用電磁感應(yīng)的原理、利用磁強(qiáng)計(jì) 矢量法測(cè)量，利用磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電液體的作用等測(cè)量，還有利用力敏傳感器和安培定 律，基于光纖光柵差分群時(shí)延等新型方法， 以及磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量在針織物表面和 測(cè)量硅鋼表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的應(yīng)用，最后設(shè)想磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試儀。關(guān)鍵字：磁感應(yīng)強(qiáng)度；電磁感應(yīng)；力敏傳感器；光纖光柵；硅鋼1引言磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量， 是電磁學(xué)試驗(yàn)中比較重要的一種物理 參數(shù)，由于磁場(chǎng)是一種看不見摸不著的特殊物質(zhì)1,磁感應(yīng)強(qiáng)度很難用直接的方 法進(jìn)行測(cè)量。因此，本文介紹了多

2、種傳統(tǒng)和新型的測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法與原理， 并且在傳統(tǒng)和新型測(cè)量方法的對(duì)比下，我們可以了解到新型的方法可以簡(jiǎn)單直接 準(zhǔn)確地測(cè)量弱磁感應(yīng)強(qiáng)度。2傳統(tǒng)方法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度2.1 用磁強(qiáng)計(jì)矢量法測(cè)量在實(shí)驗(yàn)精度要求不高的情況下，可以利用磁強(qiáng)計(jì)來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。它的基本原理是：在地磁場(chǎng)（或其他標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)）中磁強(qiáng)計(jì)指針（一根小磁針）指向地 磁場(chǎng)的水平分量為B水平，當(dāng)待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與B水平垂直地作用在磁強(qiáng) 計(jì)上時(shí)，指針將偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。已知水平的值B,測(cè)量出就可以求出B為B B7K平 tan（1）2.2 利用電流天平電流天平是一種用來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置，在天平右盤下固定一個(gè)矩形線 圈，一部分處在

3、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖1所示，未通電時(shí)，左盤放適當(dāng)?shù)恼a使天平 平衡。測(cè)量時(shí)，線圈M中通入電流I,此時(shí)需再在左盤放質(zhì)量為m的整碼，天平才 能重新平衡。線圈M的匝數(shù)為n,切割磁感線部分的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的 大小可通過下列方程求得。XXX 由XX M XXX圖i電流天平左盤增加的整碼重力等于右盤所受的安培力nBIL mg（2）解得b mgnIL用這種方法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度，原理比較簡(jiǎn)單，測(cè)量時(shí)天平調(diào)整操作要求較高， 設(shè)計(jì)時(shí)有游碼作微調(diào)。提高精度可增加線圈的匝數(shù) n,增大電流I,增長(zhǎng)線圈切割 磁感線部分的長(zhǎng)度L,但增長(zhǎng)L有一定的限制。這種方法的依據(jù)是磁場(chǎng)對(duì)電流力 的作用原理。2.3 利用磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電液體

4、的作用圖2所示是一個(gè)可以用來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置，長(zhǎng)方體絕緣容器內(nèi)部高為L(zhǎng),厚為d,左右兩側(cè)等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子 a、b,上下兩側(cè) 裝有電極C（正極）和D（負(fù)極）并經(jīng)開關(guān)與電源連接；容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液 體的密度為p。將容器置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)， 豎直管子a b中的液面高度相同；開關(guān)s閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差h0圖2測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置當(dāng)開關(guān)S閉合后，回路中會(huì)產(chǎn)生由C到D的電流，在磁場(chǎng)中會(huì)受到向右的安培 力的作用，安培力在右側(cè)產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，此壓強(qiáng)可支持一定的液柱，從而使a、b管中產(chǎn)生高度差h,因此b管中液柱比at中液柱高。液體中

5、的安培力與兩側(cè)的壓 力差相等BILgh(Ld)解得ghd"iL?磁感應(yīng)強(qiáng)度B通過測(cè)量而得，由表達(dá)式可知 h坐-，所以要提高測(cè)量的靈敏 gh度，應(yīng)有比較明顯的高度差。只有當(dāng)I很大，p、d又很小時(shí)，即使B很微弱，高度 差也比較明顯。這種方法的依據(jù)是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用原理。2.4 利用霍爾效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)實(shí)際上是利用霍爾效應(yīng)來測(cè)量磁感強(qiáng)度 B的儀器。如圖4所示，一塊 導(dǎo)體接上a b、c、d四個(gè)電極，將導(dǎo)體放在圖示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， a、b問通以電流 I, c、d間就會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差。已知接c、d兩電極的兩導(dǎo)體表面相距為I,導(dǎo)體寬度 為I,只要測(cè)出c、d間的電勢(shì)差Ucd ,就可測(cè)得Bo8d圖3磁強(qiáng)計(jì)3新型方法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度3.1 基于光纖光柵差分群時(shí)延的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量光纖光柵是對(duì)外界條件如應(yīng)力、溫度等都很敏感的器件。在光纖光柵磁感應(yīng) 強(qiáng)度測(cè)量中，最常見的方法是利用外界物質(zhì)在光纖光柵外涂上磁致伸縮材料中形 成外應(yīng)力，將光纖光柵鑲?cè)氪胖律炜s材料中形成磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感頭，通過磁力效應(yīng)對(duì)光纖光柵形成外應(yīng)力，基于光纖光柵對(duì)外應(yīng)力的敏感性，達(dá)到磁感應(yīng)強(qiáng)度探 測(cè)目的。利用光纖光柵中左旋和右旋圓偏振光的群時(shí)延差與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度之間 的關(guān)系來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的新方法，該方法能夠簡(jiǎn)單直接地測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度3。3.1.1 測(cè)量原理(1)法拉第效