мерения тесламеров, построенных по такой схеме, составляет 10-5 Тл на шкалу. При отсутствии термостабилизации преобразователя Холла погрешность доходит до ±2%.

Для измерения магнитной индукции, особенно малых её значений, используют магниторезисторы обычно в мостовой схеме включения. На рис.6.6а изображена соответствующая мостовая схема. В этом случае используется свойство характеристики магниторезистора сохранять симметрию ветвей при изменении направления магнитного поля (рис.6.6б). Внешними смещающими магнитными полями +Всм и – Всм при Вх = 0 сопротивления магниторезисторов устанавливаются на линейных участках характеристики. При наложении измеряемого поля Вх сопротивление одного магниторезистора уменьшается, а другого увеличивается, что вызывает разбаланс моста. Схема применима и при постоянном, и при переменном магнитном поле Вх.

Рис. 6.6. Измерение магнитной индукции с помощью магниторезисторов

6.4.Измерение характеристик магнитных материалов

6.4.1.Статические и динамические характеристики.

Статические характеристики получают в постоянных или квазипостоянных магнитных полях. На них влияют магнитные свойства самого материала и технология изготовления изделия. Магнитный материал в отсутствие внешнего магнитного поля может иметь суммарный вектор намагниченности равным нулю, хотя отдельные его области могут быть намагничены до насыщения. Если же его поместить во внешнее магнитное поле, векторы намагниченности отдельных областей повернутся в направлении приложенного поля, и в целом материал станет источником дополнительного поля.

Динамические характеристики получают в переменных магнитных полях. Они зависят не только от свойств самого материала, но и от его формы, частоты и формы кривой переменного магнитного поля и т.д. Поэтому динамические характеристики являются характеристиками изделия, а не только материала. На эти характеристики влияют вихревые токи, магнитная вязкость, потери за счёт явлений гистерезиса, амплитуды намагничивающего поля и пр.

43

6.4.3. Петля гистерезиса

Процесс намагничивания материала, за исключением начальной и конечной областей изменения напряжённости магнитного поля Н, является необратимым.

Если предварительно размагниченный образец намагничивать монотонно возрастающим магнит-

ным полем Н, то его состояние будет изменяться по кривой Оа (рис.6.8). При убывании поля от Нмакс. до нуля индукция в образце станет изменяться не по кривой Оа, а по кривой аб. Если в ту же сторону и з-

менять Н и увеличить напряжённость поля до –Нмакс., то магнитное состояние образца будет изменяться

по кривой бвг. При возрастании поля от –Нмакс. до +Нмакс. индукция в образце будет изменяться по кривой гдеа1. Кривая изменения магнитного состояния образца при изменении намагничивающего поля от

+Нмакс. до –Нмакс. и обратно называется петлей гистерезиса, причём симметричной, так как

+ Hмакс. = − Нмакс. .

Петля гистерезиса на рис.6.8. является неустановившейся, незамкнутой. Лишь после многократного изменения намагничивающего поля (5 …10 раз) от –Нмакс. до +Нмакс. петля гистерезиса становится

замкнутой. Каждому значению намагничивающего поля Hмакс. соответствует своя частная петля гистерезиса. Только после увеличения Hмакс. до индукции насыщения Bs ширина петли уже не изменятся

(рис.6.9), растут лишь её бесгистеризисные участки («усы»). Точки пересечения этой предельной петли гистерезиса с осями координат называются коэрцитивной силой Нс («с» от coercitio – удерживание) и остаточной индукцией Вr («r» от remanent - остаточный).

Ширина петли гистерезиса характеризует потери на перемагничивание материала. Величина Вr и Нс приводятся в справочниках по магнитным материалам.

44

6.4.4. Практическое получение кривых намагничивания.

Рассмотренные характеристики относятся к характеристикам материала, при их определении магнитная цепь должная быть замкнута, лучше всего если образец имеет форму кольца с элллипсообразным, круглым или прямоугольным поперечным сечением. Магнитопровод снабжается двумя обмотками (рис.6.11): намагничивающей обмоткой w1 , равномерно распределённой вдоль всего кольца, и

однослойной измерительной обмоткой w2 , возможно более плотно положенной на сердечник, которая

может быть как равномерно распределённой вдоль кольца, так и сосредоточенной. В таком кольцевом магнитопроводе напряжённость магнитного поля Н одинакова вдоль всей окружности кольца

H = IwπD1 , А/м

где D – средний логарифмический диаметр кольца, D = Dн − Dв ; ln Dн

Dв

Dн, Dв – соответственно наружный и внутренний диаметры кольца.

В большинстве случаев в качестве D можно принять средний диаметр кольца Dср:

Dср = Dн + Dв .

2

∆B = Ти ∆U , w2S

где ∆B – приращение магнитной индукции, Тл; w2 – число витков измерительной обмотки;

S – площадь поперечного сечения образца, м2.

∆U – изменение напряжения на выходе интегратора, В.

Для увеличения точности измерений, чтобы полнее использовать шкалу прибора РА, целесообразно после каждого измерения индукции сбрасывать выходное напряжение интегратора на нуль, а значение индукции в каждой точке вычислять, как показано на рис.6.12.

Для определения основной кривой намагничивания вначале магнитопровод размагничивается. Затем устанавливается намагничивающий ток обмотки w1 для получения напряжённости поля H1

(рис.6.10). Для получения установившегося гистерезисного цикла производится магнитная подготовка, заключающаяся в том, что с помощью переключателя SA (рис.6.11) 5 … 10 раз меняется направление тока. По окончании подготовки выход интегратора сбрасывается на нуль. Пусть переключатель SA при этом был в положении, соответствующем напряжённости поля Н1. Теперь переключателем меняется направление тока на противоположное, соответствующее напряжённости поля – Н1. Это соответствует

изменению магнитной индукции ∆В = 2В1, что вызывает на выходе интегратора появление напряжения ∆U. Индукция B1 в рассматриваемой точка вычисляется по формуле

Для получения следующей точки нужно увеличить ток, устанавливающий напряжённость поля H2, произвести магнитную подготовку, произвести переключение полярности H2 и вычислить В2 как указано выше.

Аналогичным способом можно получить точки, характеризующие петлю гистерезиса. Точки определяются путём ступенчатого уменьшения тока от максимального положительного, соответствующего +Нs, вначале до нуля, а затем до максимального отрицательного значения с отсчётами соответствую-

щих изменений напряжения на выходе интегратора и расчёте изменений ∆В. Так как петля гистерезиса симметрична относительно начала координат, вторую ветвь петли можно получить графически.

Как уже сказано, для размагничивания образца следует нагреть его выше точки Кюри, что не всегда возможно. В таких случаях производят размагничивание постоянным током в той же установке по рис.6.11. Для этого сначала через обмотку w1 пропускают ток такой величины, чтобы напряжённость

поля с гарантией была больше Нс. Затем многократно переключают направление тока, постепенно уменьшая его вплоть до нуля. Для получения надёжного размагничивания перед каждым уменьшением тока производят магнитную подготовку при предыдущем значении тока.

Более простым способом является способ размагничивания переменным током с частотой 50 Гц, подаваемым в обмотку w1 , с постепенным уменьшением тока вплоть до нуля.

6.4.5. Динамические характеристики магнитных материалов

46

ния близкой к статической петле гистерезиса и получать из неё основные параметры сердечников с точностью, достаточной для выполнения большинства инженерных расчётов.

Динамические параметры магнитопроводов проще всего получить с помощью амперметра эффективных значений и двух вольтметров – амплитудного и средневыпрямленного значения (рис.6.14). Благодаря включению в цепь намагничивающей обмотки w1 переменного резистора R динамические

параметры можно снимать в двух режимах намагничивания магнитопровода.

При сопротивлении R = 0 синусоидальной будет индукция B в образце. Для определения Нm измеряют пиковое значение тока в обмотке вольтметром амплитудных значений PV1 по падению напряжения на резисторе RH, и Hm вычисляют по формуле

Hm = Um w1 , А/м, RH π D

где Um – пиковое значение падения напряжения на резисторе RH.

Магнитная индукция Bm в обоих случаях определяется по средневыпрямленному значению э.д.с. на обмотке w2 , измеряемому вольтметром средневыпрямленных значений PV2:

Bm = E2ср. ≈ U2ср. , Тл,

4fw2S 4fw2S

где U2 – показания вольтметра, В; f – частота, Гц;

S – площадь поперечного сечения магнитопровода, м2.

eH = πDRH Ht = K1Ht , w1

где Ht – мгновенное значение напряжённости магнитного поля, А/м; w1 – число витков намагничивающей обмотки.

47

Мгновенное значение напряжения eB, пропорциональное мгновенному значению магнитной индукции Bt, подаваемого на вертикальные пластины, получается в результате интегрирования напряже-

ния на измерительной обмотке w2 :

где Tи – постоянная времени интегратора, с;

eω2 – мгновенное значение напряжения на обмотке w2 , В;

w2 – число витков измерительной обмотки; S – площадь поперечного сечения кольца, м2;

Bt – мгновенное значение магнитной индукции, Тл.

Для расшифровки осциллограммы отклонения луча на экране осциллографа следует откалибровать из следующих соображений.

Подадим на вход усилителя горизонтального отклонения вместо напряжения eН напряжение прямоугольной формы с размахом UК. Пусть длина изображения этого напряжения по горизонтали на экране осциллографа составит LК. Тогда масштаб напряжённости магнитного поля по горизонтали при данной регулировке чувствительности по Х составит

Ширина изображения петли перемагничивания по горизонтали от носика до носика LH пропорциональна удвоенному значению максимальной напряжённости магнитного поля Н в данном опыте, откуда получаем напряжённость поля, соответствующую носику:

Максимальное значение магнитной индукции B в данном опыте определим по показаниям вольтметра средневыпрямленных значений Vср:

B = Uср , Тл. 4fw2S

Высота изображения петли перемагничивания по вертикали от носика до носика LB пропорциональна удвоенному значению максимальной индукции в опыте, откуда при данной регулировке чувствительности осциллографа по Y получаем масштаб изображения индукции

Изменяя максимальное значение напряжённости поля, получаем ряд петель перемагничивания, по носикам которых можно построить зависимость Bm=f(Hm), аналогичную показанной на рис.6.10.

На рис.6.16 приведена практическая схема интегратора, применяемого в описанных способах измерения параметров магнитопроводов.

Когда размер кольца магнитопровода достаточно велик, чтобы разместить на нём обмотку w2 с

большим числом витков, и, следовательно, получить большое напряжение, можно использовать упрощённую измерительную схему, в которой интегрирование осуществляется простой RC-цепью (рис.6.17).

Если удовлетворено условие, что сопротивление конденсатора Сф пренебрежимо мало по сравнению с Rф на всех частотах сигнала, и сопротивление нагрузки очень велико, что имеет место на входе

осциллографа, то напряжение на конденсаторе, приложенное к каналу вертикального отклонения, eCф равно:

т.е. пропорционально мгновенному значению индукции Bt, как и в схеме по рис.6.15.

Практика измерений показывает, что вполне удовлетворительные результаты получаются при выборе элементов согласно следующим условиям:

48