книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

сят не только от свойств материала ооразца, но также от размеров образца, программы намагничивающих импульсов и их харак­ теристик (например, формы импульса), от электрических параметров намагничивающей цепи. И несмотря на это, этими характеристиками широко пользуются.

К основным динамическим характеристикам при импульсном на­ магничивании могут быть отнесены следующие:

1. Импульсная магнитная проницаемость ц , ш и и ее зависимость от наибольшего приращения намагничивающего поля (см. рис. 201):

риміі ~ д it '' ' ° = /і (Д//макс)- "•••'макс

2. Импульсная кривая намагничивания — зависимость наиболь­ ших приращений индукции от наибольших приращений напряжен­ ности намагничивающего поля для различных значений Я м а к с .

ДДмакс " /2 (Аймаке)-

3.Удельные потерн на перемагничиванио и их зависимость от наибольших изменений магнитной индукции:

Р= / 3 ( А 5 м а к с ) .

4.Время перемагничивания (длительность импульса индуциро­

одиополярным импульсом

несколько иной зависимостью (рис. 202), которую называют им­ пульсной характеристикой:

1

~^ — Іі (Ныакс)-

Эта зависимость в некоторых пределах линейна, точка пересече­ ния продолжения линейной части характеристики с осью дает поле

280

старта (трогания) Я с т , т. е. поле, соответствующее началу резкого изменения потока в материале образа.

5. Коэффициент переключения материала (или коэффициент перемагпичивания) S„. определяется импульсом поля, необходимым для изменения состояния материала от'—Вѵ до +-ВМакс в сердечнике, имеющем единичные размеры и один виток намагничивающей обмотки:

6. Скорость перемагпичивания материала и ее зависимость от амплитуды намагничивающего поля:

(ft — /5 (ЯМакс)-

В зависимости от условий работы элемента, содержащего маг­ нитный материал, его назначения, полезны те или иные характери­ стики. Так, например, для импульсных трансформаторов наиболее интересны первые три характеристики, а для элементов вычислитель­ ной техники с ГШГ больший интерес представляют последние три характеристики.

Для оценки материалов, работающих в режиме импульсного намаг­ ничивания, используют, кроме приведенных здесь, и ряд других ха­ рактеристик.

37. Аппаратура и образцы для испытаний

Испытание в замкнутой магнитной цепи. Испытания магнитных материалов стремятся проводить при равномерном намагничивании материала, когда индукция в различных сечениях образца одинакова. Магнитная цепь при испытаниях может быть замкнутой или разом­ кнутой. Выбор того или иного метода намагничивания обусловлен рядом факторов — удобством определения заданной характеристики, заданной точностью, имеющейся в наличии аппаратурой и т. д.

Наилучшей формой образца для испытания магнитного материала в замкнутой магнитной цепи является кольцо. Кольцевые образцы при правильном выборе их размеров не испытывают влияния собст­ венных полей рассеяния и обеспечивают равномерное намагничивание.

Намагничивающая и измерительная обмотки навиваются по пери­ метру кольца поверх тонкого слоя изоляции, причем измерительная обмотка может быть распределенной или сосредоточенной, а намаг­ ничивающая обмотка обязательно должна быть равномерно распреде­ лена по всему периметру кольца. Напряженность намагничивающего поля в этом случае подсчитывается по формуле

281

где / / — напряженность намагничивающего поля; w — число витков намагничивающей обмотки; / — ток в намагничивающей обмотке; Rcp — средний радиус кольца.

При выборе размеров образца необходимо учитывать, что внут­ ренний и наружный периметры кольца различны, что ведет к нерав­ номерному намагничиванию материала и появлению погрешности при подсчете напряженности поля.

цов и накладывание на них обмоток отличаются сложностью. Пермеаметры. Ввиду сложности изготовления кольцевых образ­

цов и невозможности получения в них больших намагничивающих полей при испытании магнитных материалов часто пользуются специ­ альными устройствами, называемыми пермеаметрами, которые поз­ воляют проводить испытание образцов в виде полос и стержней пря­ моугольного и круглого сечения в замкнутой магнитной цепи.

Основными частями пермеаметра являются: ярмо, которое служит для создания замкнутой магнитной цепи; намагничивающее устрой­ ство и измерительные катушки для определения магнитной индук­ ции и напряженности магнитного поля. В некоторых пермеаметрах измерительные катушки либо одна из них могут отсутствовать. Тогда для определения магнитной индукции на образец навивается спе­ циальная обмотка, а напряженность поля определяется по парамет­ рам намагничивающей катушки и силе тока в ней.

Рассмотрим устройство двух наиболее распространенных типов пермеаметров. На рис. 203 схематично показано устройство пермеа­ метра сильных полей (до 6 105 А/м), служащего для определения магнитных характеристик высококоэрцитивных сплавов для посто­ янных магнитов. Между двумя массивными полуярмами 1, изготов­ ленными из электротехнической стали, зажаты с помощью винта (на рис. 203 не показанного) вкладыши 2 с Т-образными полюсными наконечниками 3, перемещая вкладыши 2, можно изменять расстояние между полюсными наконечниками 3, что позволяет проводить испыта­ ния на образцах различной формы и размеров. Между полюсными на­ конечниками зажимается образец 4. Намагничивающие катушки 5 соединены между собой последовательно. Для определения магнит­ ной индукции в образце на него навивают измерительную обмотку WB .Напряженноств магнитного поля измеряется при помощи катушки

282

WH, которая плотно прилегает к образцу п в момент измерения уда­ ляется от него при помощи специального устройства (на рис. 203 не показанного). Изменение магнитного потока, сцепляющегося с вит­ ками измерительной Катушки, при удалении катушки из поля опре­ деляется соотношением

где (ws)u — постоянная катушка для измерения напряженности поля. Напряженность / / приближенно равна напряженности поля в образце, так как на границе двух сред тангенциальная составляю­

щая напряженности магнитного поля не изменяется, а в данном слу­ чае напряженность поля определяется ее тангенциальной составля­ ющей.

Устройство пермеаметра средних полей (до 8-101 А/м) схема­ тично показано на рис. 204. Пермеаметр, также имеет массивное ярмо 1, изготовленное из электротехнической стали и состоящее из двух половин, укрепленных на салазках, которые могут перемещаться. Образец 2 помещается внутри намагничивающей катушки 3 и зажи­ мается между полуярмами; для обеспечения возможности испытания образцов различной формы пермеаметр снабжается набором полюс­ ных наконечников 5,4 — измерительная катушка гѵв-

Испытание магнитномягких материалов с высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой проводить в пермеамет­ рах не рекомендуется, так как на результатах измерения значительно сказывается влияние ярма. При испытаниях подобных материалов используются обычно кольцевые образцы или в случае невозможно­ сти их изготовления испытания проводятся в разомкнутой магнитной цепи.

Испытания в разомкнутой магнитной цепи. Образец из испытуе­ мого материала с навитой на него измерительной обмоткой и>в поме­ щается в центре на оси намагничивающего соленоида. Индукция в образце определяется с помощью обмотки и>в и баллистического гальванометра. Вычисление напряженности намагничивающего поля осложнено необходимостью учета собственного поля образа.

283

Намагничивающее ноле определяется соотношением

применяется для определения коэрцитивной силы и магнитных моментов.

38. Определение статических характеристик

магнитных материалов

Индукционно-баллистический способ. В зависимости от вида определяемой характеристики, требуемой точности и условий экспери­ мента применяют различные способы измерения и приборы. Наиболее распространенным при определении статических характеристик маг­ нитных материалов является индукционно-баллистический способ (ранее его называли баллистическим).

Принципиальная схема установки для испытания магнитных

чается к намагничивающей катушке НК (положение 1) или к первич­ ной обмотке катушки взаимной индуктивности M (положение 2), ко­ торая используется как мера магнитного потока при градуировке баллистического гальванометра. Намагничивающая катушка H К

284

предназначена для намагничивания испытуемого магнитного мате­ риала.

Измерительная часть схемы состоит из двух измерительных кату­ шек — катушки для измерения магнитной индукции шв и катушки для измерения напряженности намагничивающего поля wa, балли­

При помощи переключателя По баллистический гальванометр вклю­ чается либо в цепь катушки іѵв для измерения магнитной индукции, либо в цепь катушки «"я.для измерения напряженности намагничи­ вающего поля. Ключ К1 предназначен для успокоения подвижной

баллистического гальванометра. Он должен находиться в пределах

В ряде случаев диапазон изменения В и Я по петле гистерезиса настолько велик, что возникает необходимость изменения чувстви­ тельности схемы при определении различных участков петли гисте­ резиса, а следовательно, и раздельной градуировки гальванометра для каждого из участков.

б. Определение постоянной баллистического гальванометра (для В и дляЯ). Для определения постоянной баллистического гальванометра по магнитному потоку обычно используется катушка взаимной индук-

285

тивности с известным коэффициентом взаимной индуктивности 'М. Постоянная баллистического гальванометра определяется при двухтрех значениях тока в первичной обмотке катушки взаимной индук­ тивности, обеспечивающих при изменении направления тока от­ бросы подвижной части гальванометра, соответствующие приблизи­

112 ставят в положение 2, предварительно снизив ток в цепи питания. Переключатель 113 ставят в положение В (или 11). Изменяют направ­ ление тока в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности с помощью переключателя 111 и замечают отброс подвижной части баллистического гальванометра ß l m .

Постоянная баллистического гальванометра подсчитываетен по формуле (см. § 35)

пММ

Сф = - 5 — , Во/дел.,

Plot

где Л/ — изменение тока (в случае переключения направления тока

AI = 21).

в. Размагничивание образца. Размагничивание образца произво­ дится путем снижения намагничивающего тока от максимума до нуля при одновременном непрерывном изменении его направления.

Для проведения размагничивания переключатель П2 ставят в по­ ложение 1, увеличивают ток до значения, соответствующего Нт

lfc. и плавно снижают ток, одновременно изменяя его направление с помощью переключателя /77. Гальванометр при этом должен быть отключен (переключатель 113 поставлен в нейтральное положение). Размагничивание может быть проведено и переменным полем с убы­ вающей до нуля амплитудой. Для этой цели применяются специальные размагничивающие устройства.

г. Определение точек основной кривой намагничивания. По опре­ делению, данному выше, основная кривая намагничивания представ­ ляет собою геометрическое место вершин симметричных установив­ шихся петель гистерезиса. Так как для получения установившейся петли необходимо многократное переключение направления тока в намагничивающей катушке, то основная кривая часто называется коммутационной кривой. Определение точек основной кривой начи­ нают с малых значений напряженности поля.

Переключатель П2 ставят в положение 1, т. е. подключают цепь питания к намагничивающей катушке НК. В намагничивающей катушке с помощью реостатов г\ устанавливают силу тока Іъ соот­ ветствующую напряженности намагничивающего поля Нх.

Для получения установившейся петли гистерезиса производят магнитную подготовку, которая состоит в многократном (5—10 раз) изменении направления намагничивающего поля. Цель баллистиче­ ского гальванометра во время магнитной подготовки должна быть разомкнута (переключатель ПЗ поставлен в нейтральное положение). После магнитной подготовки (переключатель П1 находится в поло-

286

жении 1, цепь намагничивающей катушки замкнута) магнитное состояние образца характеризуется точкой а на основной кривой намагничивания (рис. 207).

Для определения магнитной индукции В, необходимо замкнуть цепь гальванометра, поставив переключатель 113 в положение В, и, убедившись, что подвижная часть гальванометра находится в покое,

подвижной части его пропорционален изменению магнитного потока, сцепляющегося с витками измерительной катушки (см. § 35).

намагничивающей катушки и ее параметрам, которыми в основном определяется постоянная намагничивающей катушки Ск. В этом

287

случае напряженность намагничивающего поля подсчитывается по формуле

288

людают отброс подвижной части гальванометра а 1 т , соответствующий изменению индукции А # х --= Вт — Вѵ

Значения индукции /?, н напряженности поля 7/, определяют из соотношении:

!'„ (">S )H

С помощью реостатов г2 устанавливают следующее значение тока + / 2 <

<«спускаясь» но петле гистерезиса в точку б, и измеряют описанным выше

Обычно определяется лишь нисходящая ветвь, а восходящая строится сим­ метрично. При проведении ответственных измерений находятся точки восходя­ щей n нисходящей ветвей.

В качестве основного измерительного прибора в индукционно-баллистнче- ском способе можно применить милливеберметр, однако точность измерений при этом будет значительно ниже, чем при использовании баллистического гальва­ нометра.

Заводом «Точэлектроприбор» выпускается установка типа ВУ-3, предназна­ ченная для определения характеристик магнитномягких и магпитиотвердых материалов в постоянных магнитных полях.

Дифференциальный индукционно-баллистический метод. При массовых испытаниях листовых магнитных материалов для определения точек основной кривой намагничивания широко применяется дифференциальный метод, осно­ ванный на сравнении испытуемого образца с эталонным, характеристики кото­ рого известны и близки к характеристикам испытуемого образца.

Принципиальная схема дифференциальной пндукционно-баллистической установки приведена на рис. 209. Четыре пакета 1 испытуемого материала заклю­ чаются в намагничивающее устройство из четырех катушек wlx (на схеме рис. 209 показана одна катушка). Это устройство имеет также п измерительные катушки wix для определения магнитной индукции. Таким образом, получается почти замк­ нутая цепь. Аналогично выглядит и магнитная цепь эталонного образца.

Намагничивающие катушки испытуемого п эталонного образцов (ü\x и 1/>1ЛГ) включаются последовательно и согласно и питаются от сети постоянного тока. Измерительные катушки и wiN включаются встречно. При изменении