بخشی از مقاله
چکیده
با ساخت نمونه ی اولیه شبیه ساز میدان مغناطیسی زمین لازم است تا مجمو عه از تست های عملکردی را بر روی آن انجام داد تا از کارکرد درست آن براساس طرا حی های انجام شده، اطمینان حاصل نمود. در این مقاله نتایج دو مورد از تست های عملکردی لازم برای ارزیابی کارکرد صحیح پیچه هلم هولتز به عنوان شبیه ساز در تولید میدان مغناطیسی با اندازه، حجم و درصد یک نواختی مورد نیاز را ارائه داده، شرایط محیطی مناسب برای انجام این تست ها را نیز مشخص نموده و به مقایسه نتایج تئوری و تجربی و همچنین بررسی منابع خطای موجود در این تست ها می پردازیم.
1 مقدمه
بعد از ساخته شدن پی چه ی هلم هولتز، لازم ا ست تا در مرح له اول میدان مغناطیسی تولیدی آن را مورد ارزیابی قرار داده و مقدار میدان مغناطیسی و میزان یکنواختی آن را بررسی نماییم. همچنین لازم است که رابطه دقیق بین جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی تول یدی در مر کز پی چه ی هلم هولتز را ن یز بد ست آور یم. دان ستن دق یق ا ین راب طه در طرا حی کنتر لر م یدان مغناطی سی لازم خوا هد بود. نتایج آزمایش های فوق باید با نتایج بدست آمده از رواب تئوری مقایسه گردیده و درصورت عدم همخوانی این نتایج باید علل آن بررسی نموده و به اصلاح شرایط تست و یا اصلاح طراحی و ساخت انجام شده پرداخته شود.
2 مشخصات پیچه ی هلم هولتز ساخته شده
این پیچه ی هلم هلوتز از نوع مربعی و سه محوره می باشد. جنس قاب پیچه ها از چوب بوده و از سیم های لاکی با قطر حدود 0/8 میلیمتر در آن استفاده شده است. بر اساس استاندارد های موجود، از سیمی با این قطر در حدود 2 آمپر جریان می تواند عبور داده شود . مشخصات این پیچه هلمهولتز در زیر آورده شده است .
جدول .1 مشخصات نمونه اولیه پیچه ی هلمهولتز مربعی ساخته شده
شکل .1 نمونه ی اولیه پیچه ی هلمهولتز مربعی سه محوره
3 شرایط محیطیط تست
برای اندازه گیری میدان مغناطیسی در تست های عملکردی پیچه ی هلمهولتز، از سنسور مگنتومتر سه محوره که اندازه میدان مغناطیسی را در سه راستای متعامد و درنتیجه بردار میدان مغناطیسی را مشخص می سازد، می توان استفاده نمود. با توجه به اینکه این مگنتومتر ها عموماً عملکردی مانند یک فیلتر پایین گذر دارد، به طور کلی وجود میدان های مغناطیسی با فرکانس بسیار پایین - Extremely Low Frequency - در محیط ، می تواند بر روی داده های اندازه گیری تأثیرگذار باشد.
وجود مواد فرومغناطیسی در محی می تواند تأثیر زیادی در داده های اندازه گیری داشته باشد و بهتر است این مواد از محی اندازه گیری دور باشند. در صورتی که وجود این مواد در محی اجتناب ناپذیر باشد، باید دقت کرد که محل قرار گیری آن ها در محی و در حین انجام تست، ثابت باشد تا تاثیر آنها در تفاضل گیری از داده های اندازه گیری از بین برود - در بخش بعد توضیح داده می شود - . باید دقت گردد تا افراد انجام دهنده تست نیز از عدم وجود مواد فرومغناطیسی در پوشش خود - نظیر کمربند، انگشتر، دکمه لباس، خودکار و موارد دیگری که از مواد فرومغناطیس ساخته شده اند - اطمینان حاصل نمایند تا خطای اندازه گیری به حداقل برسد.
وجود جریان های الکتریکی DC در محی اندازه گیری نیز می تواند بر روی اندازه گیری ها تاثیر گذار باشد. برای جلوگیری از این امر، لازم است تا سیم های رفت و برگشت جریان الکتریکی در کنار یکدیگر قرارگرفته تا اثر میدان مغناطیسی تولیدی آنها به حداقل برسد. به طور کلی لازم است تا تمامی عوامل تولید میدان مغناطیسی فرکانس پایین محیطی - اعم از دستگاه ها و تجهیزات لازم برای انجام تست - در حداکثر فاصله ممکن از محل اندازه گیری قرار گیرند و محل آنها در طی انجام تست باید ثابت باشد تا تأثیر آنها در اندازه گیری ها به حداقل برسد.
4 تست بررسی میزان یکنواختی
برای بررسی میزان یکنواختی لازم است تا میدان مغناطیسی تولید شده توس پیچه ی هلمهولتز را بر روی محورهای آن اندازه گیری نمود. همان طور که اشاره گردید، به منظور اندازه گیری میدان مغناطیسی باید از سنسور مگنتومتر استفاده نمود. همچنین برای قرار دادن سنسور و اندازه گیری میدان مغناطیسی در نقاط معین، یک تخته مدرج شده که در شکل 1 نیز قابل مشاهده است، در وسط پیچه هلم هولتز تعبیه گردیده است.
در این تست علاوه بر سنسور مگنتومتر از یک منبع تغذیه و آمپرمتر برای تنظیم جریان سیم پیچ ها استفاده می گردد. برای اندازه گیری میدان مغناطیسی بر روی محورهای پیچه ی هلمهولتز مراحل زیر به ترتیب انجام شده است:
- 1 ابتدا تعدادی نقطه با فواصل 1 سانتی متر بر روی صفحه مدرج و در راستای هر محور مشخص می گردد.
- 2 سپس سنسور مگنتومتر را مطابق شکل 2 بر روی یکی از این نقاط قرار داده و تا حد امکان محور های آن را با راستای محور پیچه ها همراستا می نماییم.
- 3 بعد از تثبیت جایگاه سنسور و پیش از اتصال پیچه به منبع تغذیه، میدان مغناطیسی محی را در این حالت اندازه گیری و ثبت می نماییم.
- 4 حال پیچه ای که می خواهیم میدان آن را اندازه گیری نماییم، به منبع تغذیه متصل نموده و با استفاده از آمپرمتر، ولتاژ منبع را به گونه تنظیم می کنیم تا مقدار جریان پیچه بر روی عدد مشخصی - مثلاً 1 آمپر - قرار گیرد.
- 5 در این حالت نیز مقدار میدان مغناطیسی را توس سنسور اندازه گیری و ثبت می نماییم.
- 6 سنسور را در نقطه ی بعدی قرار داده و مراحل 2 تا 5 را برای آن نقطه نیز تکرار می کنیم.
- 7 با تفاضل گیری از مقادیر بدست آمده در مراحل 3 و 5، مقدار میدان خالص تولید شده توس پیچه ی هلمهولتز در نقاط مختلف بر روی محور آن بدست می آید.
در طی انجام مراحل 2 تا 5 برای هرکدام از نقاط اندازه گیری، باید دقت شود که هیچ گونه تغییری - اعم از دوران یا جابجایی - در محل قرار گیری سنسور مگنتومتر صورت نگیرد، در غیر این صورت مراحل 2 تا 5 باید برای آن نقطه مجدداً تکرار گردد. همچنین به دلیل تغییر مقاومت سیم ها ناشی از تغییر دمای آنها، مقدار جریان در حین اندازه گیری میدان مغناطیسی برای نقاط مختلف، می تواند تغییر کند. بنابراین باید دقت داشت تا در حین انجام تست برای هر محور، با تنظیم و تغییر ولتاژ تغذیه، مقدار جریان را در حین انجام تست بر روی عدد مشخصی - مثلاً 1 آمپر - ثابت نگه داشت. مراحل فوق برای هر سه محور پیچه ی هلمهولتز انجام می گیرد.
