ФОПИ 4 семак / Уразбеков-Гольдштейн / ФОПИ ЛБ№1 ФР 1Б92 Кшинин.И
.docxМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная Школа Неразрушающего Контроля и Безопасности
Направление подготовки (специальность) 12.03.01 «Приборостроение»
Лабораторная работа №1.
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ
По дисциплине: Физические основы получения информации
Выполнил студент группы 1Б92 06.05.2021 Кшинин И.Б.
Проверил старший преподаватель
кафедры ИНК Уразбеков Е.И
Томск 2020 г.
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ
Цель: ознакомиться с физическими величинами и основными соотношениями, описывающими магнитное поле и характеристики материалов в магнитном поле. Экспериментально исследовать свойства ферромагнитных материалов в магнитном поле.
Объекты исследования и средства измерения
Для исследования магнитных свойств ферромагнетиков используются образцы из разных материалов (магнитомягкой и магнитотвердой сталей), залитые эпоксидным компаундом и укрепленные на специальном планшете. На планшете указаны геометрические параметры тороидов, намоточные данные, обозначены входные и выходные гнезда для подключения обмоток к схеме исследования. Питание намагничивающей обмотки w1 осуществляется с коммутационно-измерительной панели (КИП) - гнезда “Iнамагн” и “”.
На
этой же панели расположены переключатель
и амперметр для изменения и измерения
значения тока намагничивания I.
Необходимое для измерения приращения
индукции при изменении напряженности
магнитного поля интегрирование эдс
индукционной обмотки осуществляется
электронным интегратором на основе
операционного усилителя с RC
-цепочкой в цепи отрицательной обратной
связи (рис.3)
Выходной сигнал такого усилителя U2 пропорционален интегралу в пределах от момента времени ti до момента времени ti+1 выходного сигнала e(t):
(4)
Конструктивно
электронный интегратор выполнен
отдельным блоком (рис. 5), имеющим гнезда
подключения индукционной обмотки -
“Вход” и “”,
гнезда подключения измерителя выходного
напряжения интегратора - “Выход” и
“”,
шнур с разъемом для подключения цепей
питания операционного усилителя к
разъему КИП “Внешнее устройство”,
кнопку сброса, которой осуществляется
перед каждым новым измерением
кратковременное закорачивание емкости
С
для сброса предыдущего результата
(обнуление выхода). Значение постоянной
интегрирования
приведено на лицевой панели блока
интегратора. В качестве измерителя
выходного напряжения интегратора
используется универсальный цифровой
вольтметр В7-16 (В7-16А). Для начального
размагничивания образцов используется
размагничивающее устройство, выходным
напряжением которого является регулируемое
переменное напряжение частоты 50 Гц.
Параметры сердечника:
Dn=32·10-3;
Dv=22·10-3;
X=12·10-3.
Параметры
обмоток:
w1=200;
w2=400.
μ0=4·π·10-7
Программа работы:
Экспериментально определить кривые первоначального намагничивания для различных ферромагнитных образцов.
Определить зависимости от напряженности магнитного поля нормальной
и дифференциальной
магнитных проницаемостей при начальном
намагничивании ферромагнитных образцов.Экспериментально определить предельные и частные петли гистерезиса для различных ферромагнитных образцов.
Определить зависимости дифференциальной магнитной проницаемости ферромагнитных образцов от напряженности магнитного поля при перемагничивании образцов по предельным и частным гистерезисным циклам.
Материалов BS, HS, Br, Hс, нач, Nmax, dmax.
Расчеты:
Площадь сердечника:
(м2) (1)
Длина средней силовой линии:
(м) (2)
Напряженность внешнего магнитного поля:
(3)
(А/м)
Приращение магнитной индукции:
(Тл)
Таблица1- Показания силы тока и напряжения для ферромагнитных образцов.
Сталь – 3 |
Сталь ШХ–15 СГ |
|||
I1, A |
U21, B |
I1, A |
U21, B |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0.4 |
0.275 |
0.5 |
0.05 |
|
0.9 |
0.331 |
0.9 |
0.037 |
|
1.4 |
0.192 |
1.4 |
0.05 |
|
2 |
0.123 |
2 |
0.12 |
|
2.5 |
0.085 |
2.6 |
0.24 |
|
3.1 |
0.059 |
3.1 |
0.18 |
|
3.7 |
0.044 |
3.7 |
0.108 |
|
4.4 |
0.025 |
4.4 |
0.079 |
|
5 |
0.031 |
4.9 |
0.06 |
|
5.6 |
0.021 |
5.4 |
0.02 |
|
Таблица2- Показания силы тока и напряжения ферромагнитных образцов при полном цикле размагничивания.
Сталь – 3 |
Сталь ШХ–15 СГ |
|||
I1, A |
U21, B |
I2, A |
U22, B |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0.43 |
0.233 |
0.5 |
0.03 |
|
0.9 |
0.22 |
0.9 |
0.037 |
|
1.52 |
0.18 |
1.5 |
0.081 |
|
2.1 |
0.115 |
2.2 |
0028 |
|
2.6 |
0.079 |
2.7 |
0.024 |
|
3.4 |
0.035 |
3.3 |
0.121 |
|
4 |
0.04 |
3.9 |
0.061 |
|
4.5 |
0.028 |
4.7 |
0.041 |
|
5.2 |
0.021 |
5.3 |
0.031 |
|
5.7 |
0.018 |
5.8 |
0.021 |
|
5.2 |
-0.021 |
5.2 |
-0.011 |
|
4.5 |
-0.025 |
4.7 |
-0.011 |
|
3.9 |
-0.031 |
3.8 |
-0.013 |
|
3.2 |
-0.034 |
3.3 |
-0.012 |
|
2.6 |
-0.043 |
2.7 |
-0.011 |
|
2.1 |
-0.051 |
2.2 |
-0.012 |
|
1.5 |
-0.053 |
1.5 |
-0.011 |
|
0.9 |
-0.06 |
0.9 |
-0.012 |
|
0.4 |
-0.093 |
0.4 |
-0.01 |
|
0 |
-0.137 |
0 |
-0.021 |
|
-0.4 |
-0.349 |
-0.4 |
-0.045 |
|
-0.8 |
-0.541 |
-0.9 |
-0.064 |
|
-1.3 |
-0.234 |
-1.4 |
-0.381 |
|
-1.9 |
-0.153 |
-2.1 |
-0.799 |
|
-2.4 |
-0.092 |
-2.7 |
-0.23 |
|
-2.9 |
-0.047 |
-3.2 |
-0.104 |
|
-3.4 |
-0.043 |
-3.9 |
-0.06 |
|
-4.2 |
-0.039 |
-4.5 |
-0.041 |
|
-5 |
-0.024 |
-5.1 |
-0.03 |
|
-5.5 |
-0.019 |
-5.8 |
-0.02 |
|
-5.1 |
0.019 |
-5.2 |
0.011 |
|
-4.5 |
0.23 |
-4.6 |
0.012 |
|
-3.7 |
0.021 |
-3.9 |
0.012 |
|
-3.2 |
0.031 |
-3.2 |
0.014 |
|
-2.5 |
0.032 |
-2.7 |
0.01 |
|
-2.1 |
0.039 |
-2.1 |
0.013 |
|
-1.4 |
0.072 |
-1.5 |
0.011 |
|
-0.9 |
0.089 |
-0.9 |
0.01 |
|
-0.4 |
0.148 |
-0.5 |
0.012 |
|
0 |
0.491 |
0 |
0.015 |
|
0.49 |
0.511 |
0.4 |
0.05 |
|
1 |
0.192 |
0.9 |
0.067 |
|
1.5 |
0.113 |
1.5 |
0.045 |
|
2.1 |
0.081 |
2.2 |
0.811 |
|
2.7 |
0.061 |
2.7 |
0.2 |
|
3.4 |
0.045 |
3.3 |
0.093 |
|
3.9 |
0.041 |
4 |
0.055 |
|
4.7 |
0.033 |
4.4 |
0.04 |
|
5.3 |
0.022 |
5.1 |
0.03 |
|
6 |
0.023 |
5.5 |
0.021 |
|
Рис.4.- Зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля для стали –3
Рис.5.- Зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля для стали ШХ–15 СГ
Рис.6.-График нормальной и дифференциальной магнитной проницаемости для стали -3
Рис.7.-График нормальной и дифференциальной магнитной проницаемости для стали ШХ-15СГ
Рис.8. Петля гистерезиса для стали – 3
Рис.8. Петля гистерезиса для стали ШХ-15СГ
Таблица 3-Статические магнитные характеристики
Физическая величина |
Сталь 3 |
Сталь ШХ-15 СГ |
Hs,А/м |
2829,4 |
2735,1 |
Bs,Тл |
1,3 |
1,3 |
Hm,А/м |
188,6 |
2923,7 |
Br,Тл |
0,56 |
1,09 |
μnmax |
1593,8 |
483,9 |
μdmax |
1544,4 |
245,3 |
Hc,А/м |
69,76 |
823,26 |
Вывод:
По определению магнит мягких ферромагнетиков площадь гистерезисных петель относительно мала, что видно на рисунке 3, а также основная кривая намагничивания круто поднимается вверх (рисунок 8). Из этого следует, что сталь-3 – магнит мягкий ферромагнетик.
Исследовав свойства стали ШХ-15 СГ, выявили что площадь петли гистерезиса, наоборот, имеет относительно большую площадь, а основная кривая намагничивания полого поднимается, следовательно, сталь ШХ-15 СГ –магнитотвердый ферромагнетик.