Дослідна установка та методика виміРювання

У даній роботі використається осцилографічний метод вимірювання магнітних характеристик матеріалів.

Рис.3. Схема лабораторного стенду для осцилографічного методу вимірювання характеристик феромагнітних матеріалів.

Будова схеми:

Г -звуковий генератор, який потрібен для подачі синусоїдального сигналу частотою 1...10 кГц.

Клеми (1-3) – для подачі змінного сигналу (входу). На них подається сигнал.

Клеми (2-3) – для подачі напруги магнітного поля Н.

R1 – для внутрішнього опору через нього проникає струм І.

W1 - первинна обмотка, у неї виникає ЕРС.

ФМ – феромагнетик для визначення властивостей.

W2 – вторинна обмотка у неї виникає ЕРС.

R2-С1 – схема для інтегрування кривої.

О – осцилограф для виведення кривої на екран.

Клеми (4-5) – для того, щоб подати напругу з конденсатора С1.

Схема лабораторного стенда складається зі спеціального макета, звукового генератора низької частоти й осцилографа. Спеціальний макет містить в собі електричну вимірювальну схему й кілька кільцевих феромагнітних зразків, на кожному з яких є дві обмотки з мідного дроту: первинна W₁ і вторинна W₂. Зміна зразків виконується перемикачем на передній панелі макета (на мал.3 показана схема для одного зразка).

Від звукового генератора Г на вхідні клеми макета 1-3 подається змінний синусоїдальний сигнал частотою 1...10 кГц. При цьому через первинну обмотку W₁ і постійний резистор R1 протікає струм намагнічування I_нм. Струм намагнічування створює магнітне поле напруженістю Н = I_нм·W₁·(d_ср)^–1, (d_ср– середній діаметр кільцевого феромагнітного зразка). Напруга на резисторі R1 пропорційна струму намагнічування, а отже й напруженості магнітного поля Н.

Магнітне поле Н спричиняє існування в досліджуваному матеріалі змінного магнітного потоку Ф, що викликає у вторинній обмотці W₂ (індукує) електрорушійну силу ₂ :

. відповідно Ф = В·S_зр , (1)

. (2)

При розрахунку прийнята умова, що магнітне поле в кільцевих феромагнітних осердях однорідне й вектор магнітної індукції В перпендикулярний площі перетину зразка S_зр.

Щоб визначити магнітну індукцію В, необхідно проінтегрувати друге рівняння (тобто ₂). Функцію інтегрування ₂ виконує спеціальна схема R2-C1, а створювана на конденсаторі С1 напруга пропорційно магнітній індукції у феромагнетику.

Якщо напругу з резистора R1 (клеми 2-3), що пропорційна напруженості магнітного поля Н, подати на вхід “Х”, а напругу з конденсатора C1 (клеми 4-5), що пропорційна індукції В, на вхід “Y” осцилографа О, то на екрані осцилографа одержимо криву залежності магнітної індукції від напруженості магнітного поля. Намагнічування й розмагнічування феромагнітного матеріалу при подачі змінного синусоїдального сигналу відбувається по циклу – по кривій у вигляді петлі магнітного гістерезису В(Н). При напруженості величиною H_s матеріал намагнічується до індукції насичення В_S. Основна крива намагнічування визначається як геометричне місце вершин петель гістерезису при зміні Н від нуля до Н_m >H_s (див. мал. 2).

Абсолютні значення напруженості магнітного поля Н і магнітної індукції В розраховуются за формулами: де Е_Х, Е_Y  напруги виміряні, відповідно, на осях “Х” й “Y”, В; W₁, W₂  кількість витків первинної і вторинної обмоток; R1, R2  опори резисторів R1, R2 (мал. 1), Ом; С  ємність конденсатора С1 (мал. 1), Ф; S_зр  площа перерізу зразка, м²; d_ср  середній діаметр кільцевого феромагнетика, м.

У зв'язку з неоднозначність залежності В(Н), поняття магнітної проникності пов'язане з основною кривою намагнічування.

І нтегральна магнітна проникність μ у будь-якій точці основної кривої намагнічування (наприклад, у точці А₀, мал. 1) визначається як

де В_А й H_А - значення індукції й напруженості поля в точці; μ₀ =4π∙10^–7 Гн/м.

П очаткова магнітна проникність μ_н визначається при малих значеннях напруженості магнітного поля (Н_н ≤ 0,1 А/м), а динамічна магнітна проникність μ_~ визначається в точці насичення (H_s , В_S ) співвідношеннями:

Д иференційна магнітна проникність μ_диф у будь-якій точці А_і основної кривої намагнічування пропорційна тангенсу кута нахилу до осі абсцис дотичної до основної кривої, і визначається як

Практично при обчисленні μ_диф на основній кривій намагнічування вибирається в області точки А_і два близько розташованих значення напруженості поля H₁, H₂ й для них знаходять по кривій значення індукції В₁ й В₂. Потім різниці В=( В₂–В₁) і H=(H₂– H₁) підставляються у формулу.

Таблиця 1. Довідкові дані феромагнітних зразків

	W1	W2	Sзр, мм2	dср, мм	Fв, Гц
Зразок 1	200	200	10	8	7430
Зразок 2	200	150	24	16	2440