Die Messung von magnetischem Fluss, magnetischer Flussdichte, magnetomotorischer Kraft, magnetischer Feldstärke usw. im Raum oder in magnetischen Materialien ist ein wichtiger Bestandteil der magnetischen Größenmessung. Die magnetische Flussdichte im Raum ist proportional zur magnetischen Feldstärke, und die Messung der magnetischen Feldstärke im Raum ist im Wesentlichen die Messung der magnetischen Flussdichte. Daher ist das, was vom Magnetometer gemessen wird, tatsächlich die magnetische Flussdichte. Magnetfeldmessungen werden hauptsächlich mit magnetischen Messgeräten durchgeführt. Je nach Art des gemessenen Magnetfelds wird die Magnetfeldmessung in eine konstante Magnetfeldmessung und eine veränderliche Magnetfeldmessung unterteilt.
Zur Messung von zeitlich unveränderten Gleichfeldern. Es gibt sieben Arten von Messgeräten, die üblicherweise verwendet werden:
- Momentmagnetometer: Kurz Magnetometer. Die Kraftwirkung eines Magnetfeldes wird genutzt, um die Stärke eines Magnetfeldes bzw. die Magnetisierung eines Materials zu messen.
- Magnetischer Durchflussmesser und Stoßamperemeter (siehe Amperemeter): dienen zur Messung des magnetischen Flusses und der magnetischen Flussdichte im Stoßverfahren (siehe Messung weichmagnetischer Materialien). Während der Messung muss der magnetische Fluss in der Detektionsspule künstlich verändert werden.
- Drehspulmagnetometer: Platzieren Sie eine kleine Detektionsspule im zu messenden konstanten Magnetfeld und lassen Sie sie mit konstanter Geschwindigkeit rotieren. Durch Messung der elektromotorischen Kraft der Spule lässt sich die magnetische Flussdichte bzw. die magnetische Feldstärke berechnen. Der Messbereich liegt zwischen 0,1 mtex und 10 tex. Die Fehlertoleranz beträgt 0,1 bis 11 TP3T. Die Detektionsspule kann auch plötzlich umgedreht oder schnell in den feldfreien Bereich gebracht werden. Die magnetische Flussdichte lässt sich nach dem Prinzip der Stoßmethode messen.
- Fluxgate-Magnetometer: Der Eisenkern aus weichmagnetischem Material mit hoher magnetischer Permeabilität wird gleichzeitig zwei Arten von Wechsel- und Gleichfeldern ausgesetzt. Aufgrund der Nichtlinearität der Magnetisierungskurve und des asymmetrischen Kerns enthält die von der um den Eisenkern gewickelten Detektionsspule induzierte Spannung geradzahlige Harmonische, insbesondere die zweite Harmonische. Diese Harmonische ist proportional zur konstanten magnetischen Feldstärke. Durch Messung der Harmonischenspannung der Detektionsspule wird die magnetische Feldstärke berechnet. Der prinzipielle Aufbau des Fluxgate-Magnetometers ist in der Abbildung dargestellt. Die beiden Kerne der Sonde bestehen aus einer hochpermeablen weichmagnetischen Legierung. Jeder Eisenkern ist mit einer Wechselstrom-Erregerspule umwickelt, und die Detektionsspule ist um die beiden Eisenkerne gewickelt. Die beiden Wechselstrom-Erregerspulen sind in Reihe geschaltet und werden vom Oszillator gespeist. Die in den beiden Eisenkernen erzeugte Magnetfeldstärke beträgt H~, ist jedoch entgegengesetzt gerichtet. Dadurch heben sich die in der Detektionsspule induzierten Grund- und ungeradzahligen Harmonischen gegenseitig auf. Befindet sich die Sonde im gemessenen konstanten Magnetfeld der Stärke H0, werden die beiden Eisenkerne jeweils der Überlagerung von H0+H~ bzw. H0-H~, also dem Wechsel- und dem konstanten Magnetfeld, ausgesetzt. Dadurch entstehen in der Detektionsspule geradzahlige Harmonische. Nach frequenzselektiver Verstärkung und synchroner Detektion wird die zweite Harmonische gemessen, deren Messwert proportional zur gemessenen konstanten Magnetfeldstärke H0 ist. Fluxgate-Magnetometer sind hochempfindlich und haben eine Auflösung von 100 Peta. Sie werden hauptsächlich zur Messung schwacher Magnetfelder eingesetzt und finden breite Anwendung in der Geologie sowie der Meeres- und Raumfahrttechnik. Das in den 1960er und 1970er Jahren entwickelte optisch gepumpte Magnetometer und das supraleitende Quantenmagnetometer aus supraleitenden Quanteninterferenzgeräten (Squid) weisen eine höhere Empfindlichkeit und Auflösungen von 10-7 bzw. 10-9 Ampere auf. /Meter
- Hall-Effekt-Magnetometer: Eine rechteckige Halbleiterplatte wird in ein Magnetfeld (magnetische Flussdichte B) senkrecht zur Plattenebene gelegt. Fließt ein Gleichstrom I zwischen den gegenüberliegenden Enden der Platte, entsteht zwischen den Punkten die entsprechende elektromotorische Kraft E (Hall-Effekt). Ist I konstant, so ist E proportional zu B, und der Proportionalitätskoeffizient hängt von der Breite b, Länge l und Dicke d der Platte sowie vom verwendeten Material ab. Diese Materialeigenschaft wird auch als magnetische Empfindlichkeit bezeichnet. Ein Hall-Effekt-Magnetometer kann magnetische Flussdichten im Bereich von 1 mtex bis 10 tex messen. Der Fehler liegt bei 0,1~5%. Das Hall-Element kann dünn und klein ausgeführt werden, zur Messung in einen schmalen Spalt eingeführt werden und auch zur Messung inhomogener Magnetfelder verwendet werden. Zu den magnetisch empfindlichen Geräten zählen neben Hall-Platten auch Wismutspiralen und magnetisch empfindliche Dioden.
- NMR-Magnetometer: Unter der Einwirkung der magnetischen Flussdichte B präzediert das magnetische Moment des Kerns um die Richtung des Magnetfelds. Seine Präzessionsfrequenz ist f0 = γB (γ ist das gyromagnetische Verhältnis, das für bestimmte Substanzen konstant ist). Wird senkrecht zu B ein schwaches magnetisches Wechselfeld angelegt und dessen Frequenz f0 ist, tritt Resonanzabsorption, d. h. Kernspinresonanz, auf. Die magnetische Flussdichte bzw. Magnetfeldstärke lässt sich anhand der Resonanzfrequenz genau berechnen. Dieses Magnetometer hat einen Messbereich von 0,1 mtex bis 10 tex. Die Genauigkeit ist sehr hoch, und der Fehler liegt unter 10-4 bis 10-5. Es wird häufig zur Bereitstellung eines Standardmagnetfelds und als Kalibrierstandard verwendet.
- Magnetpotentiometer: Wird verwendet, um die magnetische Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten im Raum a und b zu messen. Handelt es sich um ein gleichmäßiges Magnetfeld, kann dies in die dortige magnetische Feldstärke umgerechnet werden. Magnetometer können auch verwendet werden, um die magnetische Feldstärke im Inneren eines Materials zu messen. Da die Tangentialkomponenten der magnetischen Feldstärke an der Schnittstelle des magnetischen Materials gleich sind, ist die vom Magnetometer im Raum entlang der Materialoberfläche gemessene magnetische Feldstärke die Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke im Inneren des Materials. Das magnetische Potentiometer ist so aufgebaut, dass dünne isolierte Drähte gleichmäßig um ein nicht magnetisches weiches Band oder eine harte Platte gewickelt sind. Ersteres wird als weichmagnetisches Potentiometer bezeichnet, letzteres als hartmagnetisches Potentiometer. Als Messgerät wird ein Stoßgalvanometer oder ein Flussmesser verwendet. Bei einem konstanten Magnetfeld muss der vom Magnetometer bereitgestellte magnetische Fluss während der Messung geändert werden. Bei einem gemessenen gleichmäßigen Magnetfeld wird die magnetische Feldstärke aus der magnetischen Potenzialdifferenz umgerechnet. Das Magnetometer kann in einem standardisierten gleichmäßigen Magnetfeld kalibriert und entsprechend dem Wert der magnetischen Feldstärke skaliert werden.
