Измерение токов методом ядерного магнитного резонанса

Измерение токов методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основано на измерении частоты прецессии атомных ядер, в магнитном поле, создаваемом измеряемым током. Как известно, метод ЯМР является наиболее точным методом измерения магнитной индукции однородных постоянных магнитных полей, обеспечивающим измерения с погрешностью 0,001 % и менее. Для того чтобы сохранить высокую точность метода ЯМР при его использовании для измерения постоянных токов, необходимо преобразовать измеряемый ток в индукцию однородного магнитного поля с помощью устройства, параметры которого поддаются точному теоретическому расчету или могут быть точно определены экспериментально. На рис. 2-62, а показана схема цифрового килоамперметра, основанного на использовании метода ЯМР. Преобразователь измеряемого тока в пропорциональную ему индукцию однородного магнитного поля представляет собой цилиндрическую шину 1 с эксцентрически расположенным воздушным каналом 2, в центральной части которого установлен датчик ЯМР 4, включенный на вход автоматического измерительного устройства ЯМР 3 с цифровым отсчётом.

Магнитное поле в воздушном канале при равномерном распределении тока по сечению шины является однородным и может быть теоретически точно рассчитано. Поскольку в таком преобразователе отсутствуют ферромагнитные материалы, магнитная индукция в канале линейно зависит от измеряемого тока. Коэффициент преобразования можно просто определить, если принять, что магнитная проницаемость материала преобразователя равна проницаемости воздуха, а вектор плотности тока имеет составляющую, параллельную оси преобразователя.

Рис. 2-62

Если шина выполнена из материала с магнитной проницаемостью μ₀, то магнитное поле в воздушном канале можно, пользуясь принципом суперпозиции, рассматривать как поле, создаваемое двумя токами: током с плотностью J, протекающим через все сечение, и током с плотностью -J, протекающим только через сечение воздушного канала.