Теория метода и описание установки

М агнитное поле прямого тока измеряется индукционным методом с помощью ла­бораторного комплекса ЛКЭ-1, изображенного на рис.4, где 1 - генератор сигналов функциональный ГСФ-1, 2 – два вольтметра (V11, V2), 3 - магазин сопротив­лений (датчиков тока), 4 - датчик эталонный на рейтере, 5 - контур «Модель прямого тока» с числом витков = 100.

Рис. 4. Ла­бораторный комплекс ЛКЭ-1.

Схема опытов по регистрации магнитного поля данным методом приведена на рис.5.

На этом рисунке L1 – контур, создающий магнитное поле. В данной работе в качестве L1 используется прямолинейный проводник с током (вертикальный отрезок контура, расположенного на задней стенке комплекса, поз. 5 на рис. 4). R1=1Ом - датчик тока (поз.3 на рис.4).

Для измерения магнитного поля используется L2 - индукционный эталонный (с заранее известными параметрами) датчик магнитного поля (поз. 4 на рис. 4).

Индукционный датчик (рис. 6) - это ка­тушка 1 из витков диаметром 20 мм (площадь витка =3,14 см ), закреплен­ная на крон­штейне 2, установленном на рейтере 3, который может пе­ре­ме­щаться по рельсу 4. Под рельсом закреплена ли­нейка 6, по кото­рой отсчитывается коор­дината метки, нанесенной на рейтере. Ка­тушка может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Угол пово­рота от­считывается по шкале 5. Датчик регистрирует составляющую магнит­ного поля, парал­лельную оси катушки.

Если индукция магнитного поля, создаваемого прямым током зависит от времени, то в индукционном датчике, помещенном в это поле, возникает э.д.с., электромагнитной индукции:

, (4)

которая и измеряется для определения магнитного поля соленоида. В формуле (4) - магнитный поток через площадь поперечного сечения датчика, - угол между вектором и нормалью к площадке .

Рис.7. Генератор сигналов функциональный ГСФ–1.

Сигналы с датчиков поступают на вольтметры V1, V2. Измерения проводятся на частоте 100-500 Гц при синусоидальном токе в контуре L1 с размахом = 0,1 - 0,6 А. Для получения заданной формы тока генератор ГСФ – 1 работает в режиме генератора тока (кнопки S4 и S6 нажаты, см. рис. 7).

Если измерения в опытах проводятся на синусоидальном сигнале ( ), то в этом случае в качестве источника сигнала годится как генератор тока, так и генератор напряжения, практически любой достаточно мощный генератор гармонических сигналов.

Экспериментальное значение амплитуды магнитной индукции в эталонном датчике при измерениях на синусоидальном сигнале в том случае, если :

, (5)

где - эфф. напряжение на эталонном датчике, - частота колебаний, - число витков в эталонном датчике, =3,14 см - площадь витка.

Расчетное значение магнитной индукции такого проводника с током в любой точке поля при измерениях на синусоидальном сигнале:

, (6)

где - число проводников с током в «Модели прямого тока», - расстояние от проводника с то­ком до индукционного датчика, - амплитудное значение тока в резисторе ; - амплитудное значение напряжения на резисторе (датчике тока); - напряжение на датчике тока.