Теория метода и описание установки

Рис.3. Лабораторный комплекс ЛКЭ – 1.

Магнитное поле соленоида измеряется индукционным методом с помощью ла­бораторного комплекса ЛКЭ-1 (рис.3), где 1 - генератор сигналов функциональный ГСФ-1; 2 - вольтметра (V1, V2); 3 - магазин сопротив­лений (датчиков тока); 4 - датчик эталонный на рейтере; 5 – длинный соленоид (два соленоида, соединенные последовательно).

Схема опытов по регистрации магнитного поля данным методом приведена на рис.4. На этом рисунке L1 – контур, создающий магнитное поле.

В данной работе в качестве L1 используются два соленоида, соединенные последовательно (поз. 5 на рис. 3). R1=1Ом - датчик тока (поз.3 на рис.3).

Д ля измерения магнитного поля используется L2 - индукционный эталонный (с заранее известными параметрами) датчик магнитного поля (поз.4 на рис.3).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 соленоидом, 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) - поток магнитной индукции через площадь поперечного сечения датчика, - угол между вектором и нормалью к площадке .

ток

Рис.6. Генератор сигналов функциональный ГСФ–1.

Сигналы с датчиков поступают на два вольтметра (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 S 6 нажаты, см. рис.6).

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, когда :

, (5)

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

Расчетное значение индукции магнитного поля внутри длинного соленоида при измерениях на синусоидальном сигнале:

, (6)

где 160 мм - длина одного соленоида; - число витков в одном соленоиде; - амплитудное значение тока в резисторе ; - амплитудное значение напряжения на резисторе (датчике тока), - напряжение на датчике тока.