Порядок выполнения работы. Известно большое количество методов достаточно точного измерения магнитных характеристик магнитных материалов

Известно большое количество методов достаточно точного измерения магнитных характеристик магнитных материалов. Среди них можно назвать такие методы, как метод баллистического галь-ванометра, метод флюксметра, метод пермеаметра и др. Однако у каждого из этих метод есть определенные недостатки. Это сложность в подготовке образцов к измерениям и трудоемкость проведения самих испытаний.

Существует способ, позво-ляющий визуально наблюдать кривую гистерезисного цикла при намагничивании образца перемен-ным током на экране электронного осциллографа. Применяемая обычно для этого схема приведена на рис. 4.1. Подлежащий исследованию сердечник в форме, например, кольца (тора) 1, набранного из листов стали, снабжается намагничивающей 2 и измерительной 3 обмотками. Необходимое значение намагни-чивающего тока устанавливается по амперметру А. Напряжение с сопротивления r подается на пластины горизонтального отклонения электронного осциллографа; отклонение луча по горизонтали в каждый данный момент будет пропорционально намагничивающему току и соответственно напряженности поля Н, мгновенное значение падения напряжения на конденсаторе пропорционально мгновенному значению индукции в образце. Это напряжение подается на пластины вертикального отклонения осциллографа, и на экране получается изображение кривой гистерезисного цикла.

На экране осциллографа в координатах B и H отображается так называемая петля гистерезиса, характерная для материалов с доменной структурой (рис. 4.2). Метод позволяет получить основную кривую намагничивания (кривая от точки 0 до точки а), измерить остаточную индукцию B_r (от точки 0 до точки b), измерить коэрцитивную силу H_c (от точки 0 до точки H_c), оценить потери на перемагничивание и на вихревые токи.

Осциллографический метод реализован по схеме, представленной на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема экспериментальной установки От лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) регулируемое напряжение подается на понижающий трансформатор Тр. Через сопротивление R_p = 0,22 Ом напряжение поступает на обмотку W ₁(W ₁= 1400 витков) пермеаметра “Перм”, служащего для создания испытательного магнитного поля.  

Образец “Обр” испытуемого материала в виде тонкой и узкой полоски вставляется внутрь измерительной катушки W ₂ (W ₂= 200 витков) так, чтобы замкнуть магнитный поток пермеаметра. Сигнал с катушки W ₂ через интегрирующую цепь RC поступает на усилитель с коэффициентом усиления K _у= 100 и далее на вход вертикального отклонения Y осциллографа “Осц”. Важно, что это напряжение U_c пропорционально индукции B, что видно из формулы:

(4.14)

где S _обр– площадь поперечного сечения образца; B – индукция в образце; – эдс, индуцируемая в обмотке , R = 620 кОм, С = 0,3 мкФ.

. (4.15)

Масштаб по оси ординат равен

, (4.16)

где =Тл/дел; U _y – значение вертикального усиления осциллографа, U _у =В/дел; K _у – коэффициент усиления.

На вход горизонтального отклонения осциллографа подается напряжение с сопротивления R_p, пропорциональное величине тока, протекающего по первичной обмотке пермеаметра, т. е. пропорциональное напряженности магнитного поля, поскольку

, (4.17)

где – магнитодвижущая сила; I – ток в обмотке, А; l₂ – длина части образца, включенная последовательно в магнитную цепь (расстояние между точками a1 и b1, рис. 4.4), м.

Масштаб напряженности магнитного поля по оси абсцисс равен

, (4.18)

где – ток в обмотке W ₁пермеаметра; U_х – значение горизонтального усиления осциллографа, = В/дел.; R_р = 0,22 Ом; [ h ] = = А/м·дел.

Определить величины индукции и напряженности магнитного поля в любой точке гистерезисной петли можно по формулам:

H = h·x; (4.19)

B = b·y. (4.20)

В данной работе может быть получена такая важная характеристика магнитных материалов, как потери энергии при перемагничивании. Этот параметр оценивается по площади петли гистерезиса, поскольку площадь в координатах B-H имеет размерность энергии. Масштаб потерь энергии на единицу площади равен

, (4.21)

где S _гист – площадь петли гистерезиса, деления; f – частота приложенного напряжения, Гц; γ –плотность материала образца, кг/м³; [ P _{сумм.уд}] =Вт/кг.

Индекс «сумм.» у величины P _{сумм.уд} означает, что сделанная оценка учитывает потери на гистерезис и на вихревые токи.

1. Ручку ЛАТР’а вывести в нулевое положение.

2. Включить питание приборов и вывести электронный луч в центр экрана.

3. Поместить образец в пермеаметр.

4. Подать ЛАТР’омток в индуцирующую обмотку пермеаметра и добиться максимального размера петли на экране осциллографа, то есть поднимать ток до тех пор, пока приращение сигнала по вертикали на осциллографе не станет приближаться к нулю при постоянном приращении тока. Записать координаты для характерных точек петли:

X _макс, Y _макс – напряжения, определяющие положение вершины петли;

Y_r – напряжение, соответствующее остаточной намагниченности;

X_c – напряжение, соответствующее значению коэрцитивной силы.

5. Постепенно уменьшая ток, получить 6–8 петель, каждый раз фиксируя величины X _макс, Y _макс, Y_r, X_c. Полученные результаты занести в табл. 4.1.

6. От п. 3 до п. 5 повторить измерения с другими образцами магнитных материалов.

7. По формулам (4.16) и (4.18) определить h и b.

8. Построить график начальной кривой намагничивания B = f(H).

9. Используя график B = f(H) и формулу (4.3), получить зависимость μ=f(H) и построить график этой зависимости.

10. Построить графики зависимостей U_r =f(H), U_c =f(H).

11. Определить площадь S _гист. , подсчитывая число клеток, охваченных петлей. По формуле (4.21) определить величины удельных потерь на перемагничивание разных материалов (для петель максимального размера). Полученные результаты занести в табл. 4.2.

12. Сделать выводы по проделанной работе.

Т а б л и ц а 4.1

Материал

№ измерения

Чувствительность

Yr, дел

Хc, дел

Ym, дел

Хm, дел

Ur, мВ

Uс, мВ

B 0, Тл

Н 0, А/м

μ

Ux, мВ/дел

Uy, мВ/дел

Т а б л и ц а 4. 2

Материал	γ, кг/м^3	S, клетки	р, Вт/кг

Содержание отчета

Отчет должен включать:

1. Цель работы.

2. Основные формулы и соотношения, используемые в работе.

3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

4. Примеры расчета.

5. Графики зависимостей B = f(H), μ=f(H), U_r =f(H), U_c =f(H).

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются векторы магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н?

2. Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость?

3. Как по графику функции В=f(Н) можно построить график ?

4. Как классифицируются магнитные материалы?

5. Какими свойствами обладают диа- и парамагнетики?

6. Что такое ферромагнетики, и каковы их свойства?

7. Дать определение величинам, характеризующим магнитное поле вещества. Указать размерности этих величин.

8. Какие процессы в образце характеризует петля гистерезиса?

9. Что такое коэрцитивная сила?

10. Как определяются потери энергии при перемагничивании ферромагнетика?

Дата добавления: 2014-11-18