Работа № 12 измерение магнитной проницаемости ферромагнетика

Цель работы:	измерение магнитной проницаемости ферромагнетика в зависимости от величины магнитного поля
Приборы и принадлежности:	комплекс ЛКТ-3 с модулем «Ф», вольтметры В7-37

Введение

Как известно, катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по этой катушке. Величина этого сопротивления

R_инд=L (1),

где  – частота тока, L–индуктивность катушки.

Индуктивность катушки зависит от ее размеров, формы, числа витков в ней и магнитной проницаемости сердечника, вставленного в катушку.

Если измерить ток I, текущий через катушку и напряжение U_L на ее концах, то тем самым, согласно (1) найдем ее индуктивность¹:

(2).

С другой стороны, величину индуктивности L тороидальной катушки можно найти по формуле:

(3),

где –магнитная проницаемость сердечника, на который намотана катушка, S–площадь поперечного сечения сердечника, N–число витков катушки, ℓ_м–длина сердечника.

Как видим, по величине индуктивности катушки можно определить магнитную проницаемость сердечника.

Напряженность магнитного поля в катушке определяется числом витков на единицу длины катушки и током в ней:

(4).

Описание установки и методики измерений

Работа выполняется на установке ЛКТ–3, достаточно подробно описанной в работе № 5 «Изучение гистерезиса сегнетоэлектриков». За всеми необходимыми сведениями обращайтесь к этой работе.

Рис. 1

Вид измерительной панели комплекса приведен на Рис. 1. Соединительные кабели изображены на Рис. 2.

Кабель К01	Кабель К02	Кабель К03
	Рис. 2

МОДУЛЬ «ФЕРРОМАГНЕТИК» (маркировка «Ф»)

Рис. 3 Рис. 4

Электрическая схема соединений модуля «Ф» представлена на рис. 3. Вид печи с модулем – на Рис. 4.

Модуль содержит:

• катушку L на ферритовом сердечнике, с числом витков N=250 параметры сердечника: кольцо прямоугольного сечения с внутренним диаметром d₁=6,0 мм, внешним диаметром d₂=12 мм, толщина 4,5 мм

• токозадающий резистор R₀ = 1 кОм,

• интегрирующую цепочку RC (R=10 кОм, С =0,2 мкФ.

Контакты 2 и 4 модуля подключают к источнику переменного напряжения (к изолированному источнику питания ИСТ-2М в режиме "~").

Сравнивая напряжения U_L на катушке (контакты 1–2) и U_R на резисторе R₀ (контакты 1–4) определяют индуктивность катушки, и тем самым магнитную проницаемость сердечника в диапазоне токов, текущих по катушке.

Порядок выполнения работы:

Установите модуль с ферромагнетиком (маркировка модуля “Ф”) на печь, накройте его теплозащитным кожухом, совместив номера выводов на кожухе с номерами на модуле.

Соберите схему рис.5:

• 

  Рис. 5

  Соедините разъем «ТЕРМОСТАТ» ИСТ-2М кабелем «К03» (изображен на Рис. 2) с разъемом печи.

• Подключите источник питания ИСТ-2М к изучаемому модулю, для чего один конец кабеля «К01» (см. Рис. 2) подключить к разъему «-/~» источника питания (он находится на передней панели измерительной системы ИСТ-2М, см. Рис. 1), а другой конец кабеля – к выводу «4» модуля «Ф». Второй кабель К01 подключить одним концом к разъему «+/~» источника питания, а другим концом к выводу «2» модуля «Ф».

• Для измерения напряжения U_L к катушке L подключить вольтметр АМ-50 к выводам «1», «2» модуля.

• Для измерения напряжения U_R на сопротивлении R₀ подключить второй вольтметр к выводам модуля «1», «4»;

• установите предел измерения вольтметров на 10В переменного напряжения;

Проверьте настройки измерительной системы:

• переведите тумблер «=/~» в положение «~»;

• тумблер «нагр» в нижнее положение;

• ручку «амплитуда» в нулевое положение;

• включить «сеть».

Проведите измерения:

• плавно вращая ручку «амплитуда» установите напряжение U_R~0,2 В (показания второго вольтметра), замерьте напряжение U_L на индуктивности (показания первого вольтметра),

• повторите измерения, изменяя U_R c шагом ~ 0,2 В в диапазоне от 0,2 В до 1 В, далее с шагом в 1В от 1 В до 10 В.

• Измеренные данные занесите в таблицу 1.

ТАБЛИЦА 1

UR, В	0,2	0,4	0,6	0,8	1	2	3	4	5	6	7	8
UL, мВ
I, мА
Hm, А/м
L, мГн
µ

• Для каждого измеренного напряжения U_R вычислите силу тока I=U_R/R₀ и занесите результаты в таблицу.

• По формуле (4) рассчитайте напряженность поля в катушке для каждого найденного вами тока. Занесите результаты в таблицу 1.

• Рассчитайте соответствующие индуктивность и магнитную проницаемость по формулам:

• .

Результаты также занесите в таблицу 1.

• Постройте график зависимости  от H.