6.6Методика измерений

Петлю гистерезиса при перемагничивании феррита можно получить на экране осциллографа. Для этого нужно поместить исследуемый мате­риал в переменное магнитное поле, на входные клеммы осциллографа по осям "X" и “Y" подать соответственно напряжения, пропорциональ­ные напряженности внешнего поля Н и магнитной индукции В в ферритовом образце. Такой метод можно реализовать по схеме, изображенной на рис. 2.

Здесь на ферритовом тороиде имеются две обмотки. Первичная об­мотка питается переменным током I1 от генератора Г через сопротивле­ние R1

Напряженность магнитного поля внутри этой обмотки равна

H(t) = (n1/ℓ) · I1(t),

где n1 число витков в первичной обмотке, ℓ — средняя длина окруж­ности в тороиде (ℓ = π(rвнеш + rвнут), rвнеш и rвнут — внешний и внут­ренний радиусы тороида).

Напряжение Ux подаваемое на вход "X" осциллографа с сопротив­ления R1, будет пропорционально H(t):

Ux(t) = I1(t)·R1

Рис. 2. Схема для наблюдения петли гистерезиса: Г — генератор синусоидаль­ных сигналов с частотой v = ωо/2π . T — ферритовый тороид.

Во вторичной обмотке n2 будет возникать ЭДС электромагнитной индукции:

E(t) = n2·dФ(t)/dt,

где Ф — поток вектора В через витки вторичной обмотки. Если S — площадь одного витка, то

Ф(t) = B(t)·S,

E(t) =-S·n2·dB(t)/dt,

Поскольку ЭДС индукции пропорциональна dB(t)/dt, то в схеме применена интегрирующая цепочка на резисторе R2 и конденсаторе С. Такая цепочка интегрирует подаваемое на нее напряжение, если время перезарядки конденсатора τ = R2С много больше периода колебаний сигнала, т. е.

CR2>> 1/ω

При выполнении условия R2>>1/ωC напряжение на конден­саторе пропорционально величине магнитной индукции В в тороиде.

Таким образом, координаты электронного луча на экране осцилло­графа будут меняться пропорционально H(t) по оси "Х" и B(t) по оси "Y". Поскольку В = μо·(H + M), то по изменению величины маг­нитной индукции В мы можем судить о намагниченности М изучаемого образца; отметим, что при Н=0 остаточная индукция Вoст с точностью до множителя μo равна остаточной намагниченности Мocт.

Изменяя амплитуду тока I1 в первичной обмотке, мы будем менять, соответственно, UХ и UY, а значит и размеры петли гистерезиса, следо­вательно, для построения кривой первоначального намагничивания необходимо зафиксировать координаты вершин петель гистерезиса при различных амплитудах сигнала генератора и, перенеся их на график, последовательно соединить.

, (19)

6.7Устройство и работа автоматизированного стенда

Состав аппаратной части стенда

Стенд выполнен на базе персонального компьютера, к ко­торому подключается измерительный блок со сменными об­разцами магнитомягких материалов. Измерительный блок включает в себя усилитель намагничивания (УН) и интегри­рующий усилитель (ИУ), которые используются, соответст­венно, для формирования напряженности магнитного поля и преобразования сигнала магнитной индукции в образце.

Для ввода / вывода измерительной информации в ПК ис­пользуется аудио плата. С помощью ПК осуществляется управление измерительным экспериментом и наблюдение ре­зультатов на экране монитора, как в графическом виде (петли гистерезиса, временные зависимости напряженности и ин­дукции магнитного поля), так и в табличном. Магнитные пре­образователи (МП) с образцами исследуемых материалов подключаются через гнезда, установленные на передней па­нели блока. Вставить МП в гнезда можно только в опреде­ленном положении, соответствующем правильному подклю­чению обмоток.

Структурная схема стенда и принцип измерений

ПК при помощи звуковой карты вырабатывает синусои­дальное напряжение в диапазоне частот 40-1000 Гц. Пере­менное напряжение поступает на вход УН, к выходу которого подключена намагничивающая обмотка МП. МП представля­ет собой образец исследуемого магнитного материала в фор­ме кольца с намотанными на него двумя обмотками: намагни­чивающей обмоткой 1 и измерительной обмоткой 2.

Напряжение с измерительного резистора подается на один из линейных входов звуковой карты в ПК. Амплитуда напря­женности поля устанавливается программно с помощью эле­мента регулировки в окне характериографа программного приложения.

ЭДС, наводимая в измерительной обмотке 2 МП, пропор­циональна производной от индукции магнитного поля В в ис­следуемом образце. Напряжение обмотки 2 интегрируется ИУ, на выходе которого напряжение измерительного сигнала пропорционально уже непосредственно В. Напряжение с вы­хода ИУ подается на второй линейный вход звуковой карты в ПК. Таким образом, в ПК поступает информация о напряжен­ности Н, индукции В магнитного поля в исследуемом образце и их частоте, на основании которой осуществляется построение кривых намагничивания и расчет всех магнитных пара­метров материалов.