Исследование магнитного поля электрического

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа неразрушающего контроля

Направление 12.03.01 Приборостроение

Отделение контроля и диагностики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«Исследование магнитного поля электрического

тока с использованием индукционного измерительного преобразования»

по курсу «Физические основы получения информации»

Выполнил:

Принял:

Томск – 2022

1. Цель работы

Исследование пространственного распределения напряженности магнитных полей различных по конфигурации обмоток с токами. Ознакомление с теоретическими основами и практическим применением для измерения напряженности магнитного поля индукционного измерительного преобразования.

2 Программа работы:

Часть 1:

1. Собрана схема эксперимента согласно рисунку 1

2. Измерительная обмотка помещается на ось

3. В условленных точках на оси замеряется ЭДС индукции в обмотке, её значения заносятся в таблицу 1

4. Эксперимент проводится для круглой и прямоугольной обмотки

5. Используя полученные значения и формулы и строятся графики

Часть 2:

1. Собрана схема эксперимента согласно рисунку 1

2. Измерительная обмотка помещается в соответствующую координату

3. Обмотка перемещается вдоль оси , в условленных точках замеряется ЭДС индукции в обмотке, её значения заносятся в таблицу 2

4. Эксперимент проводится для составляющей Х и составляющей У магнитной напряжённости поля.

5. Используя полученные значения и формулы , hx = и hy = строятся графики

3 Схема эксперимента

Рисунок 1 . Схема измерения напряженности магнитного поля с использованием амплитудно-фазового детектора и вольтметра постоянного напряжения

Обозначения на схеме: w1-обмотка с током; w2-индукционная обмотка; КИП - контрольно-измерительная панель; АФД – амплитудно-фазовый детектор; G - источник переменного напряжения; V – вольтметр постоянного напряжения.

4. Примеры рассчётов

Нормирующее значение Ea измеряется в точке x=X/A=0, y=Y/A=1.

Определим для этой точки действующее значение напряжённости магнитного поля H для круглой обмотки:

при

Остальные значения измеряются в относительных единицах:

4. Результаты экмеримента

Таблица 1 Результаты эксперимента по определению ЭДС индукции на оси обмотки возбуждения

	Eкр, В	Епр, В
0,5	6,746	2,649
1,0	1,744	1,1569
1,5	0,5884	0,5885
2,0	0,2742	0,3387
2,5	0,1441	0,2201
3,0	0,08287	0,14644
3,5	0,05205	0,10593
4,0	0,03424	0,07657
4,5	0,02321	0,05716
5,0	0,01611	0,04359
5,5	0,01158	0,03392

Показания вольтметра при перемещении измерительной обмотки по OY:

Ey1=Y/A=1

Ey2=Y/A=1.5

Ey3=Y/A=2

Ниже представлены графики зависимостей относительной напряженности от расстояния до обмотки. Точки на графике, через которые проходят тонкие интерполирующие кривые, соответствуют экспериментальным значениям. Линии большей толщины соответствуют теоретическим зависимостям.

Обозначения на графиках:

• Hk и Hp – экспериментальные данные для круглой и прямоугольной обмотки;

• hk и hp – теоретическая зависимость для круглой и прямоугольной обмотки;

Рисунок 2- Напряженность на оси OY круглой обмотки

Рисунок 3 - Напряженность на оси OY круглой обмотки (логарифмический)

Рисунок 4 - Напряженность на оси OY прямоугольной обмотки

Рисунок 5- Напряженность на оси OY прямоугольной обмотки (логарифмический)

Вывод: с увеличением расстояния от индуцирующей обмотки наблюдается ослабление её магнитного поля. На значительном отдалении от катушки магнитное поле ослабевает настолько, что сливается с общим магнитным полем, создаваемым окружающими электрическими приборами, ядром земли и так далее, поэтому приборы перестают его улавливать. Теоретические зависимости согласуются с результатами эксперимента, что позволяет говорить о их справедливости.

Рисунок 6 - Сравнение зависимостей для обмоток с диполем (логарифмический)

Вывод: магнитное поле прямоугольной обмотки при одинаковых размерах убывает медленнее, чем поле круглой обмотки. При расстояниях от индуцирующих обмоток, равных или превышающих размеры самих обмоток, магнитное поле обмоток изменяется аналогично полю диполя, которое описывается более простым выражением.

Ниже представлены графики зависимостей x и y составляющих относительной напряженности от расстояния до обмотки. Точки соответствуют экспериментальным значениям, непрерывная кривая – теоретической зависимости.

Рисунок 7 – X-составляющая напряженности при Y/A=1

Рисунок 8 – Y- составляющая напряженности при Y/A= 1

Рисунок 9 – X-составляющая напряженности при Y/A= 1.5

Рисунок 10 – Y-составлющая напряженности при Y/A=1.5

Рисунок 11 – X-составляющая при Y/A=2

Рисунок 12 – X-составляющая при Y/A=2

Вывод: теоретические зависимости согласуются с экспериментальными значениями, но с некоторыми отклонениями, возникшими в результате отклонений при позиционировании измерительной обмотки и погрешности приборов. Максимум Y – составляющей напряженности магнитного поля во всех случаях наблюдается на оси OY, при отдалении от оси напряженность убывает, и достигает минимального по модулю значения при определенном значении X₀: