mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2025-13-6-95-103JCFXYHmireabulletin-1297Research ArticleАНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИANALYTICAL INSTRUMENT ENGINEERING AND TECHNOLOGYО рабочей зоне измерительного устройства при использовании в нем противостоящих полюсов с плоскими поверхностямиOn the working zone of a magnetometer-electromagnet measuring device when using opposing pole pieces with flat surfaceshttps://orcid.org/0000-0003-4269-6133СандулякД. А.SandulyakD. A.

Сандуляк Дарья Александровна, к.т.н., доцент, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы», Институт кибербезопасности и цифровых технологий 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 36621369400

ResearcherID L-9814-2016

Daria A. Sandulyak, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Devices and InformationMeasuring Systems, Institute for Cybersecurity and Digital Technologie

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 36621369400

ResearcherID L-9814-2016  

d.sandulyak@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4564-6206ПолисмаковаМ. Н.PolismakovaM. N.

Полисмакова Мария Николаевна, к.т.н., доцент, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы», Институт кибербезопасности и цифровых технологий 

Scopus Author ID 36621096600

ResearcherID O-8796-2017 

Maria N. Polismakova, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Devices and InformationMeasuring Systems, Institute for Cybersecurity and Digital Technologies 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 36621096600

ResearcherID O-8796-2017 

https://orcid.org/0000-0002-6227-6884ГоловченкоД. А.GolovchenkoD. A.

Головченко Дарья Андреевна, преподаватель-исследователь, стажер-исследователь лаборатории магнитного контроля и разделения материалов 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78 

Daria A. Golovchenko, Researcher Intern, Laboratory of Magnetic Control and Material’s Separation 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

golovchenko@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0922-1366ХаринА. С.KharinA. S.

Харин Алексей Сергеевич, преподаватель-исследователь, инженер лаборатории магнитного контроля и разделения материалов 

Alexey S. Kharin, Engineer, Laboratory of Magnetic Control and Material’s Separation 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

linnetdar@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7605-2702СандулякА. В.SandulyakA. V.

Сандуляк Александр Васильевич, д.т.н., профессор, кафедра «Приборы и информационноизмерительные системы», Институт кибербезопасности и цифровых технологий 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78 

Scopus Author ID 57194504434

ResearcherID V-6094-2018 

Alexander V. Sandulyak, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Devices and Information-Measuring Systems, Institute for Cybersecurity and Digital Technologies 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 57194504434

ResearcherID V-6094-2018 

sandulyak@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5111-6092СандулякА. А.SandulyakA. A.

Сандуляк Анна Александровна, д.т.н., профессор, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы», Институт кибербезопасности и цифровых технологий 

Scopus Author ID 7004032043

ResearcherID S-5187-2017 

Anna A. Sandulyak, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Devices and Information-Measuring Systems, Institute for Cybersecurity and Digital Technologies 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 7004032043

ResearcherID S-5187-2017 

МИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation20250512202513695103Copyright © Сандуляк Д.А., Полисмакова М.Н., Головченко Д.А., Харин А.С., Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., 20252025Сандуляк Д.А., Полисмакова М.Н., Головченко Д.А., Харин А.С., Сандуляк А.В., Сандуляк А.А.Sandulyak D.A., Polismakova M.N., Golovchenko D.A., Kharin A.S., Sandulyak A.V., Sandulyak A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1297Цели

Цели. Цель работы – восполнить пробел, касающийся подхода к оценке рабочей (локальной) зоны в измерительных устройствах – магнитометрах-электромагнитах, предназначенных для контроля магнитных свойств образцов с обеспечением в данной зоне условия однородности магнитного поля: постоянства напряженности поля или индукции.

Методы

Методы. В основе методологии достижения поставленной цели – экспериментальное получение координатных характеристик напряженности (индукции) поля между полюсами и идентификация искомой рабочей зоны (в окрестности экстремума, фактически – минимума каждой из таких характеристик) с учетом расстояния b между полюсами и их диаметра D.

Результаты

Результаты. Приведены экспериментально аргументированные данные о рабочих зонах между противостоящими плоскими полюсами для разных величин b и D. Так, при повышенных отношениях b/D = 0.7–1.3 размер рабочей зоны, сосредоточенной в срединной приосевой части межполюсной области, оценивается величиной, не превышающей 25–30% от расстояния b. Тогда характерный продольный размер образца со сравнительно малыми поперечными размерами (при размещении образца в такой зоне) не должен превышать 5–10 мм. С увеличением диаметра D и уменьшением отношения b/D рабочая зона увеличивается. В частности, при b/D ≅ 0.5 размер рабочей зоны оценивается величиной до 90% и даже 100% от расстояния b.

Выводы

Выводы. Показан и реализован принципиальный подход к оценке рабочей (приосевой) зоны между противостоящими плоскими полюсами посредством получения и анализа необходимых для этого координатных (экстремальных по виду, существенно зависимых от расстояния между полюсами и их диаметра) характеристик напряженности (индукции) поля между ними.

Objectives

Objectives. The work set out to develop an approach for assessing the working (local) zone in magnetometerelectromagnet measuring devices designed for controlling the magnetic properties of samples in which the homogeneity of the magnetic field should be observed in terms of constancy of the field strength or induction.

Methods

Methods. The coordinate characteristics of the field strength (induction) between pole components were experimentally obtained to identify the desired working zone (in the vicinity of the minimum of each of these characteristics), taking into account the distance b between the poles and their diameter D.

Results

Results. Data on working zones between opposing flat poles are obtained for different values b and D. With increased ratios b/D = 0.7–1.3, the size of the working zone concentrated in the middle axial part of the interpolar area is estimated at a value not exceeding 25–30% of the distance b such that the characteristic longitudinal size of the sample does not exceed 5–10 mm. As D increases and b/D decreases, the working area increases. In particular, at b/D ≅ 0.5, the size of the working area is estimated to be up to 90% and even 100% of the distance b.

Conclusions

Conclusions. A principled approach to the assessment of the working (axial) zone between opposing flat poles is demonstrated by obtaining and analyzing the necessary coordinate (significantly dependent on b and D) characteristics of the field strength (induction) between them. 

однородное магнитное полемагнитометр-электромагнитнапряженностьиндукцияплоские полюсные наконечникиhomogeneity of the magnetic fieldmagnetometer-electromagnetstrengthinductionflat pole piecesИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания в сфере науки (проект № FSFZ-2024-0005).The study was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the State Assignment in the field of science (project No. FSFZ-2024-0005).ReferencesКолесов К.А., Маширов А.В., Коледов В.В., Петров А.О., Орлов А.П., Бычков И.В., Кузьмин Д.А., Gaida D., Кошкидько Ю.С., Шавров В.Г., Суслов Д.А. Соленоид на основе лент высокотемпературного сверхпроводника для магнитокалорических применений. Журнал радиоэлектроники. 2024;11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.31Kolesov K.A., Mashirov A.V., Koledov V.V., et al. Solenoid based on tapes of high-temperature superconductor for magnetocaloric applications. Zhurnal radioehlektroniki = J. Radio Electronics. 2024;11 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.31Франц В.Г. Сверхпроводящий соленоид из ВТСП ленты второго поколения. В сб.: Гагаринские чтения – 2022: Сборник тезисов работ международной молодежной научной конференции XLVIII Гагаринские чтения 2022. М.: 2022. С. 310. https://www.elibrary.ru/zlbgeaFranz V.G. Superconducting solenoid from the second-generation HTSC tape. In: Gagarin Readings – 2022: Collection of Abstracts of the Works of the International Youth Scientific Conference 48th Gagarin Readings 2022. Moscow: 2022. P. 310 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/zlbgeaСhen D.X., Pardo E., Zhu Y.-H., Xiang L.-X., Ding J.-Q. Demagnetizing correction in fluxmetric measurements of magnetization curves and hysteresis loops of ferromagnetic cylinders. J. Magn. Magn. Mater. 2018;449:447–454. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.10.069Сhen D.X., Pardo E., Zhu Y.-H., Xiang L.-X., Ding J.-Q. Demagnetizing correction in fluxmetric measurements of magnetization curves and hysteresis loops of ferromagnetic cylinders. J. Magn. Magn. Mater. 2018;449:447–454. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.10.069Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А., Горпиненко Ю.О., Сандуляк А.В., Соловьев И.А. Модель «трубок-слоев» намагничиваемой цепочки шаров: магнитные свойства, оценка гиперусиления поля между шарами. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2023;3(144):49–61. https://doi.org/10.18698/0236-3933-2023-3-49-61Sandulyak D.A., Sandulyak A.A., Gorpinenko Yu.O., et al. “Pipe-layer” model of the magnetized chain of spheres: magnetic properties and assessment of the hyper-amplification field between the spheres. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Priborostroenie = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instrument Engineering. 2023;3(144): 49–61 (in Russ.). https://doi.org/10.18698/0236-3933-2023-3-49-61Цицикян Г.Н., Антипов М.Ю. Расчет индуктивности однослойного и двухслойного соленоида с учетом особенностей практического применения. Электричество. 2019;10:48–53. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2019-10-48-53Tsitsikyan G.N., Antipov M.Yu. Calculating the Inductance of Single- and Two-Layer Solenoids Taking into Account the Specific Features of Their Practical Application. Elektrichestvo. 2019;10:48–53 (in Russ.). https://doi.org/10.24160/0013-5380-2019-10-48-53Капица П.Л., Филимонов С.И. Соленоид, создающий магнитное поле до 30 кЭ в объеме 5 л и потребляющий 500 кВт. УФН. 1968;95(1):35–43. https://doi.org/10.3367/UFNr.0095.196805d.0035Kapitza P.L., Filimonov S.I. Solenoid producing a magnetic field up to 30 kOe in a volume of 5 liters and consuming 500 kW. Sov. Phys. Usp. 1968;11(3):299–303. https://doi.org/10.1070/PU1968v011n03ABEH003833 [Original Russian Text: Kapitza P.L., Filimonov S.I. Solenoid producing a magnetic field up to 30 kOe in a volume of 5 liters and consuming 500 kW. Uspekhi fizicheskikh nauk. 1968;95(1):35–43 (in Russ.). https://doi.org/10.3367/UFNr.0095.196805d.0035 ]Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ; 1963. 286 с.Chechernikov V.I. Magnitnye izmereniya (Magnetic Measurements). Moscow: Moscow State University; 1963. 286 p. (in Russ.).Thirumurugan A., Ramadoss A., Dhanabalan S., et al. MXene/Ferrite Magnetic Nanocomposites for Electrochemical Supercapacitor Applications. Micromachines (Basel). 2022;13(10):1792. https://doi.org/10.3390/mi13101792Thirumurugan A., Ramadoss A., Dhanabalan S., et al. MXene/Ferrite Magnetic Nanocomposites for Electrochemical Supercapacitor Applications. Micromachines (Basel). 2022;13(10):1792. https://doi.org/10.3390/mi13101792Lopez-Dominguez V., Quesada A., Guzmán-Mínguez J.C., Moreno L., Lere M., Spottorno J., Giacomone F., Fernández J.F., Hernando A., García M.A. A simple vibrating sample magnetometer for macroscopic samples. Rev. Sci. Instrum. 2018;89(3):034707. https://doi.org/10.1063/1.5017708Lopez-Dominguez V., Quesada A., Guzmán-Mínguez J.C., Moreno L., Lere M., Spottorno J., Giacomone F., Fernández J.F., Hernando A., García M.A. A simple vibrating sample magnetometer for macroscopic samples. Rev. Sci. Instrum. 2018;89(3):034707. https://doi.org/10.1063/1.5017708Li W., Cai H., Kang Y., Ying Y., Yu J., Zheng J., Qiao L., Che S. High permeability and low loss bioinspired soft magnetic composites with nacre-like structure for high frequency applications. Acta Materialia. 2019;167:267–274. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.01.035Li W., Cai H., Kang Y., Ying Y., Yu J., Zheng J., Qiao L., Che S. High permeability and low loss bioinspired soft magnetic composites with nacre-like structure for high frequency applications. Acta Materialia. 2019;167:267–274. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.01.035Сандуляк А.А., Ершов Д.В., Орешкин Д.В., Сандуляк А.В. Характеристики индукции поля в модуле магнитного сепаратора. Вестник МГСУ. 2013;5:103–111. https://www.elibrary.ru/olirceSandulyak A.A., Ershov D.V., Oreshkin D.V., Sandulyak A.V. Characteristics of magnetic field induction inside a module of a magnetic separator. Vestnik MGSU. 2013;5:103–111 (in Russ.).Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Однокатушечный электромагнит: пат. 2791925 РФ. Заявка № 2022115710; заявл. 10.06.2022; опубл. 14.03.2023. Бюл. № 8.Neiman L.A., Neiman V.Yu. Single Coil Electromagnet: RF Pat. RU 2791925. Publ. 14.03.2023 (in Russ.).Амосков В.М., Знаменщикова Н.С., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Крылова Н.А., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Мельников Д.Д. Способ обеспечения однородности магнитного поля в рабочей области явнополюсного магниторезонансного устройства: пат. 2833238 РФ. Заявка № 2023126377; заявл. 15.10.2023; опубл. 15.01.2025. Бюл. № 2.Amoskov V.M., Znamenshchikova N.S., Kukhtin V.P., Kaparkova M.V., Krylova N.A., Lamzin E.A., Larionov M.S., Mel’nikov D.D. Method for Ensuring Magnetic Field Homogeneity in the Working Region of a Salient-Pole Magnetic Resonance Device: RF Pat. RU 2833238. Publ. 15.01.2025 (in Russ.).Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Полисмакова М.Н., Киселев Д.О., Сандуляк Д.А. Магнетометр Фарадея с полюсными наконечниками-полусферами: идентификация зоны стабильного силового фактора. Russ. Technol. J. 2017;5(6):43–54. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-6-43-54Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Polismakova M.N., Kiselev D.O., Sandulyak D.A. Faraday magnetometer with spheric pole pieces: identification zone with a stable force factor. Russ. Technol. J. 2017;5(6):43–54 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-6-43-54Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Киселев Д.О., Ершова В.А., Сандуляк Д.А. Использование полюсных наконечников сферической формы для реализации метода Фарадея. Приборы и техника эксперимента. 2018;1:109–112. https://doi.org/10.7868/S0032816218010342Sandulyak A.A., Sandulyak A.V., Polismakova M.N., et al. The Use of Spherical Pole Pieces for Performing the Faraday Balance Method. Instrum. Exp. Tech. 2018;61(1)123–126. https://doi.org/10.1134/S0020441218010293 [Original Russian Text: Sandulyak A.A., Sandulyak A.V., Polismakova M.N., Kiselev D.O., Ershova V.A., Sandulyak D.A. The Use of Spherical Pole Pieces for Performing the Faraday Balance Method. Pribory i tekhnika eksperimenta. 2018;1: 109–112 (in Russ.). https://doi.org/10.7868/S0032816218010342 ]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.