La mesure du flux magnétique, de la densité de flux magnétique, de la force magnétomotrice, de l'intensité du champ magnétique, etc., dans l'espace ou dans des matériaux magnétiques est un élément important de la mesure des grandeurs magnétiques. La densité de flux magnétique dans l'espace est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique, et la mesure de l'intensité du champ magnétique dans l'espace correspond essentiellement à la mesure de la densité de flux magnétique. Par conséquent, ce que mesure le magnétomètre est en réalité la densité de flux magnétique. Les mesures du champ magnétique sont principalement effectuées à l'aide d'instruments de mesure magnétique. Selon la nature du champ magnétique mesuré, on distingue la mesure du champ magnétique constant et la mesure du champ magnétique variable.
Pour la mesure des champs magnétiques continus invariants dans le temps, sept types d'instruments de mesure sont couramment utilisés :
- Magnétomètre à moment : Magnétomètre en abrégé. L'effet de force d'un champ magnétique est utilisé pour mesurer l'intensité d'un champ magnétique ou l'aimantation d'un matériau.
- Débitmètre magnétique et ampèremètre à impact (voir ampèremètre) : utilisés pour mesurer le flux magnétique et la densité de flux magnétique par impact (voir mesure des matériaux magnétiques doux). Lors de la mesure, le flux magnétique dans la bobine de détection doit être modifié artificiellement.
- Magnétomètre à bobine rotative : Dans le champ magnétique constant à mesurer, placez une petite bobine de détection et faites-la tourner à vitesse constante. La mesure de la force électromotrice de la bobine permet de calculer la densité de flux magnétique, ou intensité du champ magnétique. La plage de mesure est comprise entre 0,1 mtex et 10 tex. L'erreur est de 0,1 à 11 TP3T. La bobine de détection peut également être retournée brusquement ou déplacée rapidement vers une zone hors champ, et la densité de flux magnétique peut être mesurée selon le principe de la méthode des chocs.
- Magnétomètre à grille de flux : Le noyau de fer, fabriqué en matériau magnétique doux à haute perméabilité magnétique, est soumis simultanément à deux types de champs magnétiques alternatif et constant. En raison de la non-linéarité de la courbe de magnétisation et du fonctionnement asymétrique du noyau, la tension induite par la bobine de détection enroulée sur le noyau de fer contient des harmoniques paires, notamment la seconde. Cette tension harmonique est proportionnelle à une intensité de champ magnétique constante. La mesure de la tension harmonique de la bobine de détection permet de calculer l'intensité du champ magnétique. Le principe de fonctionnement du magnétomètre à grille de flux est illustré sur la figure. Les deux noyaux de la sonde sont en alliage magnétique doux à haute perméabilité. Chaque noyau de fer est enroulé avec une bobine d'excitation CA, et la bobine de détection est enroulée sur les deux noyaux. Ces deux bobines d'excitation CA sont connectées en série et alimentées par l'oscillateur. L'intensité du champ magnétique généré dans les deux noyaux de fer est H~, mais de sens opposé. De cette manière, les tensions fondamentale et harmoniques impaires induites dans la bobine de détection s'annulent. Lorsque la sonde est soumise au champ magnétique constant mesuré d'intensité H0, les deux noyaux de fer sont respectivement soumis à la superposition de H0+H~ et H0-H~, c'est-à-dire aux champs magnétiques alternatif et constant, générant ainsi des tensions harmoniques paires dans la bobine de détection. Après amplification sélective en fréquence et détection synchrone, la tension du second harmonique est mesurée et sa valeur est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique constant H0 mesurée. Les magnétomètres à grille de flux sont très sensibles, avec une résolution de 100 péta. Ils sont principalement utilisés pour mesurer les champs magnétiques faibles. Largement utilisés en géologie, en marine et en technologie spatiale. Le magnétomètre à pompage optique, développé dans les années 1960 et 1970, et le magnétomètre quantique supraconducteur, composé de dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (Squid), présentent une sensibilité supérieure et des résolutions de 10-7 et 10-9 ampères, respectivement. /Meter
- Magnétomètre à effet Hall : Une feuille semi-conductrice rectangulaire est placée dans un champ magnétique (la densité de flux magnétique est B) perpendiculaire au plan de la feuille. Si un courant continu I circule entre les extrémités opposées de la feuille, la force électromotrice E correspondante est générée entre les points (effet Hall). Lorsque I est une constante, E est proportionnelle à B, et le coefficient de proportionnalité est lié à la largeur b, à la longueur l et à l'épaisseur d de la feuille, ainsi qu'au matériau utilisé. Cette caractéristique du matériau est également appelée caractéristique de sensibilité magnétique. Un magnétomètre à effet Hall peut mesurer des valeurs de densité de flux magnétique comprises entre 1 mtex et 10 tex. L'erreur est de 0,1 à 51 TP3T. La pièce Hall peut être fine et compacte, s'étendre dans un espace étroit pour la mesure et peut également être utilisée pour mesurer un champ magnétique hétérogène. Parmi les dispositifs à sensibilité magnétique, on trouve les spirales de bismuth, les diodes magnétisées, etc., en plus des plaques Hall.
- Magnétomètre RMN : Sous l'action de la densité de flux magnétique B, le moment magnétique du noyau précesse autour de la direction du champ magnétique, et sa fréquence de précession ƒ0=γB (γ est le rapport gyromagnétique, une constante pour une substance donnée). Si un faible champ magnétique alternatif est appliqué perpendiculairement à B, lorsque sa fréquence est égale à ƒ0, une absorption de résonance se produit, c'est-à-dire une résonance magnétique nucléaire. La densité de flux magnétique ou l'intensité du champ magnétique peut être calculée avec précision à partir de la fréquence de résonance. Ce magnétomètre a une plage de mesure de 0,1 mtex à 10 tex. Sa précision est très élevée et l'erreur est inférieure à 10-4 à 10-5. Il est souvent utilisé pour fournir un champ magnétique standard et comme étalon.
- Potentiomètre magnétique : Il permet de mesurer la différence de potentiel magnétique entre deux points de l'espace a et b. Si le champ magnétique est uniforme, cette différence peut être convertie en intensité de champ magnétique. Les magnétomètres permettent également de mesurer l'intensité du champ magnétique à l'intérieur d'un matériau. Les composantes tangentes de l'intensité du champ magnétique à l'interface du matériau magnétique étant égales, l'intensité du champ magnétique mesurée par le magnétomètre à la surface du matériau est la composante tangentielle de l'intensité du champ magnétique à l'intérieur du matériau. Le potentiomètre magnétique consiste à enrouler uniformément de fins fils isolés sur une bande souple ou une feuille dure non magnétique. Le premier est appelé potentiomètre magnétique doux ; le second, potentiomètre magnétique dur. L'instrument de mesure utilise un galvanomètre à impact ou un fluxmètre. Pour un champ magnétique constant, le flux magnétique transmis par le magnétomètre doit être modifié pendant la mesure. Si le champ magnétique mesuré est uniforme, l'intensité du champ magnétique est convertie à partir de la différence de potentiel magnétique. Le magnétomètre peut être étalonné dans un champ magnétique uniforme standard et mis à l'échelle en fonction de la valeur de l'intensité du champ magnétique.
