CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХИ! 1ЧН<ЖОГО
ИНСТИТУТА ммемн С. Д\. КИРОВА
Том 122 1962
ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕДИАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСКОРИТЕЛЕ
В. II. КУЗЬМИН. Ю. К. ПЕТРОВ Принцип работы прибора
В настоящее время методика измерения медианной поверхности магнитного поля в ускорителях развивается по трем направлениям: электродинамические методы [1, 2], методы с измерительными катушками [3, 4] и методы с пермаллоевыми датчиками [5, б, 7, 8]. Электродинамические приборы, чаще всего используемые в ускорителях типов циклотрона и фазотрона, не сложны по конструкции, однако дают невысокую точность и имеют громоздкие датчики. Методы с использованием индукционных катушек применяются в переменных полях и пригодны для ускорителей типа синхротрона. Эти методы обычно основаны на измерении радиальной составляющей магнитного поля. К их недостаткам относятся, в первую очередь, трудности устранения ошибок, обусловленных вертикальной составляющей магнитного поля.
В последнее, врямя все большее распространение получают методы с применением пермаллоевых датчиков. Пермаллоевые датчики невелики по размерам, высокочувствительны и позволяют определять подробную конфигурацию медианной поверхности.
Описываемый ниже прибор использует пермаллоевый датчик и основан на нахождении в зазоре точек, в которых радиальная составляющая магнитного поля равна нулю. Пермаллоевый датчик закрепляется в штоке механизма перемещения. Механизм перемещения датчика позволяет устанавливать датчик в горизонтальной плоскости и изменять высоту положения датчика в воздушном зазоре электромагнита. В механизме предусмотрена возможность радиального перемещения датчика, что позволяет снимать зависимость гт (г). Для снятия зависимости 2т(в) механизм переносится с подставкой.
При измерениях датчик устанавливается в воздушном зазоре таким образом, чтобы ось сердечника датчика была приблизительно параллельна радиусу кривизны электромагнита. I !роизводится горизонтальная установка оси трубы по жидкостному (реверсионному) уровню, и затем датчик перемещается механизмом подъема по высоте в точку, где составляющая магнитного поля вдоль сердечника датчика равна нулю. Нулевое положение определяется электронной схемой. Отметка высоты датчика делается с помощью встроенного в механизм
жидкостного индикатора высоты. С целью учета ошибки, обусловленной вертикальной составляющей магнитного поля, датчик поворачивается на 180° вокруг оси трубы, после чего находится новое положение датчика по высоте, где составляющая поля вдоль его оси, равна пулю. Среднеарифметическая величина из двух высотных отметок дает значение zm с точностью до 0,3 мм.
Механизм передвижения датчика
Общий вид механизма передвижения представлен на рис. 1. Основной частью механизма является труба. В трубу ввинчивается и стопорится винтом противовес с уровнем. Труба в двух подшипниках скольжения может поворачиваться па 180L и стопорится защелкой. Подшипники скольжения выполнены в общем латунном стакане, который жестко укреплен на внутренней трубе у з л а и е рти ка л ь н о го перемещения. Датчик медианной поверхности помещается в гнезде штока, причем кабель датчика выводится но внутреннему каналу штока и закрепляется у заднего отверстия штока замком. Шток может перемещаться вдоль оси трубы и закрепляется в нужном положении цанговым зажимом. На заднем конце штока нанесены отметки, соответствующие радиальным координатам положения датчика в воздушном зазоре. Передняя часть трубы выполнена из текстолита, чтобы не искажалось измеряемое магнитное поле.
ГИС. 1.
Установка оси трубы механизма.' в горизонтальной плоскости производится по реверсионному уровню с помощью регулировочного болта. Устойчивость горизонтального-положения трубы обеспечивается пружиной и плотной посадкой оси экзаменатора.
Узел вертикального перемещения состоит из внутренней и внешней труб. Внешняя труба закрепляется в гнезде экзаменатора. Внутренняя труба может перемещаться во внешней трубе без люфта. Подъем и опускание трубы с датчиком осуществляется посредством винта с маховиком. Сохранение неизменного направления оси трубы в горизоитальной плоскости обеспечивается шпонкой.
Жидкостный индикатор высоты
Жидкостный индикатор высоты действует по принципу сообщающихся сосудов |9|. Он состоит из двух стоек, соединенных шлангами с цилиндром. В цилиндр вставлен поршень с микрометрическим винтом, причем уровни жидкости в стойках отсчитываются по шкалам микрометрического винта. При измерениях медианной поверхности одна из стоек устанавливается на механизме передвижения, а вторая укрепляется жестко в любом месте, и относительно нее измеряется положение медианной поверхности. Радиус действия прибора опреде-
1И.)
ляется длиной шлангов, а последняя лимитируется переходными процессами установления уровня жидкости в шлангах. В описываемое приборе использовались вакуумные шланги 6x6 мм длиной 10 метров. Диаметр стеклянных стоек был равен 20 мм, диапазон измеряемых уровней составлял 30 мм.
Момент соприкосновения острий в стойках с уровнем воды определяется по замыканию электрической схемы с амперметром в качестве индикатора. Острия в стойках выполнены из серебряной проволоки диаметром и 1 мм и заточены до диаметра 0,3 мм. Работа проводилась только на замыкание контактов. При этом исключаются погрешности, связанные с явлением поверхностного натяжения жпдкоетг и люфтом микрометрического винта.
Индикатор нуля магнитного поля
Для индикации нуля уагнитного поля используется метод фер-родатчика с большим продольным возбуждающим полем (с насыщением). Такой датчик в совокупности с электрической схемой (рис, 2 позволяет фиксировать нуль магнитного поля с точностью до ■ 0,003 эрстеда [10|.
Датчик представляет из себя полоску из пермаллоя марки 80 НХС с размерами 0,02x0.1 х 25 мм. Непосредственно на полоску намотана сигнальная обмотка проводом ПЭЛ-0,02, сопротивление обмотки около 400 ом. Пермаллоевая полоска, предварительно подвергнутая отжигу, зажимается между двумя отшлифованными половинками каркаса обмотки перемаг-ничивания, что обеспечивает выпрямление полоски в определенной плоскости. Перемагпичпвающая обмотка, состоящая из 700 витков провода ПЭЛ-0,15, питается током частотой 6 к?и от генератора ЗГ-10.
Погрешности измерения
Полная погрешность изменения медиа иной поверхности складывается из погрешности индикации нуля магнитного поля, погрешности индикации высоты и погрешности, обусловленной негоризонталь-мост ыо пермаллоевой полоски.
Как указывалось выше, электрическая схема обеспечивает индикацию нуля магнитного поля с точностью до Н; 0,003 что соответствует ошибке определения медианной поверхности 0,06 мм (при радиусе кривизны силовых линий 200 см и величине управляющего поля на орбите 100 э).
Погрешности жидкостного индикатора высоты обуславливаются неточностью отсчета со шкалы микрометрического винта, разностью температур столбов жидкости в плечах стоек, поверхностным натяжением жидкости и люфтом между ходовой гайкой винта и связан-
4
Рис.. 2.
ным с ней поршнем. Использованный в приборе индикатор высоты .¡спытывался с помощью калиброванных щупов, при этом разброс показаний индикатора не выходил за пределы :: 0,1 мм.
Основные погрешности при измерении медианной поверхности обычно вызываются неточностью горизонтальной установки датчика н зазоре. Последняя определяется ценой деления жидкостного уровня и-жесткостью связи уровня с датчиком.
Использованный реверсионный уровень имеет цену деления 27". Устанавливать уровень в горизонтальную плоскость можно с точностью до половины деления, при этом ошибка в измерении медианной поверхности составляет .0,14 мм.
Жидкостный уровень трубы для удобства измерений вынесен из •воздушного зазора электромагнита и установлен на противовесе. Пол. действием еобствнного веса тяжести труба изгибается так. что ось фубы образует угол а с горизонтальной плоскостью. Расчетная величина у. для описываемого прибора составляет 0,00015 радиан. Погрешность в измерении медианной поверхности подсчитываете« по формуле о гт К о. (где Л? — радиус кривизны силовых линий) и со-/тавляет 0,3 мм. Эта ошибка может быть учтена при измерении мешанной поверхности.
11 р и склеивании трубы из пескольких элементов невозможно соблюсти абсолютное совпадение осей всех элементов. Изменение высоты датчика при повороте трубы па 180 создает дополнительную югрешность. В описываемом приборе эта погрешность была уст роема выбором такой плоскости поворота, в которой все искривление трубы оказывается в горизонтальной плоскости.
Описанный прибор создан и испытан в Томском политехническом пнетитутг. Испытания подтвердили высокую точность и надежность прибора. Среднеквадратичная ошибка 1 1 проверочных измерений з одно!! точке составил;'! -'-0,14 мм, максимальная ошибка не превышала 0,3 мм. Прибором легко и быстро определялась подробная Аонфнгурмция ме. ¡па пион поверх нос ги магнитного поля в зазоре. 'Л отличие от всех предшествующих отечественных и зарубежных приборов, в описываемом приборе привязка датчика не зависима от м;п нитопровода. Таким образом с помощью данного прибора может быть осуществлена высотная установка блоков ускорите.'¡я но медианной поверхности. Недостатком данного тгрибора является невозможность динамических измерений медианной поверхности.
Кратко укажем возможные пути улучшения характеристик прибора.
1 ¡спользовать для индикации нуля магнитного поля метод феррозонда, работающего на сумме четных гармоник |(,>, 10]. В этом .мучае электрическая схема проста, а точность индикации может тостчгать 1.Ю 4 эре т.
1!. Использовать в жидкостном индикаторе высоты для стоек цилиндры с диаметром порядка 50 мм. Точность измерений при этом возможна до 0,02 мм.
Использовать жидкостный уровень с ценой деления 3 4 сек.
ЛПТКРЛТУРЛ
1. Д ц и с г > о п 11. I... М а г > (I а 1 I К" о г п Ь I I ! Ь I.., 8 сИ\\ а г с у I.., М и 1 1 с г К., N44-, 1гЫг., 23. ГЛ 707 72*. 1952.
2. Д а п и л о и В. И.. Л и и I р и е и с к в и В. 11., Зал о I ч л к о в В. 11., К* п т ы-■111 В. е., Кропил Л. Л., Честный Л. В.. ПТЭ, 3. 17 -22, 1956.
3. К } г И л гс! - о п к. !■:.. Я с о 1 I !)• С.. Рсу. Лгыг.. 22, 9, 697. 3051.
4. G recn G. К., К a s s n с г R. R., M о и r e W. i I., S 111 i t h L. W.. Rev. Sei. Лnsír.f 24, 9, 743 755, 1953.
5. I) i a m b r i n i-P a 1 a z z i G., Symposium CERN, 1, 442 475, 1956.
6. D i a m b r i n i-P a lazzi G., Nuovo Cimento, 3, 2, 331 349, 1956.
7. Ill о p и н К. H., Мета л ь н н к о в Ю. Н., Вози м Г. М., Ере м и н Л. В.. ПТЭ, 4, 25—30, 1958.
Я. Кузьмин В. Н., ИВУЗ, Электромеханика, 4, 113-118, 1959.
9. Петров Ю. К., Жидкостный индикатор уровня (настоящий сборник).
10. Епонешников В. Н., Кузьмин В. Н. Прибор для измерения сла^ы. постоянных магнитных полей. Сборник трудов III Межвузовской конференции ir электронным ускорителям, Томск, Изд-во ТГУ, 218, 1961.
И. Д р о ж ж и н а В. И.,Фридман Л. А.. Известия AM СССР, серия физическая, т. XXI, 9, 1320—1322, 1957.
12. Афанасьев Ю. В. Сб. ироизз. технич. информации по геофизическом;« приборостроению, вып. 3, 1959.
