О рабочей зоне измерительного устройства при использовании в нем противостоящих полюсов с плоскими поверхностями

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. 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. 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. 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.

1. Колесов 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/10.30898/1684-1719.2024.11.31

2. Франц 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/zlbgea

3. Сhen 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.2017.10.069

4. Сандуляк 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/10.18698/0236-3933-2023-3-49-61

5. Цицикян Г.Н., Антипов М.Ю. Расчет индуктивности однослойного и двухслойного соленоида с учетом особенностей практического применения. Электричество. 2019;10:48–53. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2019-10-48-53

6. Капица 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.0035

7. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ; 1963. 286 с.

8. 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/mi13101792

9. Lopez-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/10.1063/1.5017708

10. Li 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.2019.01.035

11. Сандуляк 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/olirce

12. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Однокатушечный электромагнит: пат. 2791925 РФ. Заявка № 2022115710; заявл. 10.06.2022; опубл. 14.03.2023. Бюл. № 8.

13. 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.

14. 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-2017-5-6-43-54

15. Сандуляк 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/S0032816218010342