4 Лабораторная работа № 10. Определение температуры кюри магнитных материалов

Цель работы: ознакомление с методикой измерения магнитной проницаемости высокочастотных магнитомягких материалов – ферритов; исследование температурной зависимости начальной магнитной проницаемости µ(Т); расчет температурного коэффициента магнитной проницаемости α_μ; определение магнитной точки Кюри Θ ферритов.

4.1 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рисунок 60) состоит из измерителя RLC и блока измерения. В блоке измерения расположены: термостат с исследуемыми образцами, выполненными в виде тороидов с обмоткой (обмотка содержит 20 витков), источник питания 9В, средства коммутации режимов работы и переключения номера образца, вентилятор для принудительного охлаждения образцов и средства индикации температуры и режимов работы.

Измеритель индуктивности представляет собой универсальный RLC измеритель с единым отсчетом. При измерении сопротивления, индуктивности или емкости питание осуществляется напряжением 9В от встроенного блока питания в блоке измерения. Термостат снабжен цифровым индикатором температуры и вентилятором для вынужденного охлаждения. Параметры исследуемых образцов приведены ниже.

Рассмотрим, как связаны между собой индуктивность сердечника L и магнитная проницаемость µ:

(16)

где L– индуктивность сердечника; Ф – магнитный поток; I–ток, текущий через обмотку; N- число витков, нанесенных на тороид; S– поперечное сечение тороида; µ₀– магнитная постоянная; µ– магнитная проницаемость материала сердечника;H– напряженность магнитного поля, создаваемого в образце током I .

Подставив в формулу 16 Н= N·I/d_ср, получим в системе СИ выражение

,

Таким образом, начальная магнитная проницаемость определяется по формуле:

, (17)

где L – индуктивность сердечника из исследуемого материала, Гн; µ₀= 4π·10^-7 Гн/м; N– число витков обмотки на исследуемом феррите, S– площадь поперечного сечения тороида, перпендикулярная магнитным силовым линиям, м²; d_ср – средний диаметр тороида, м.

Для оценки температурных изменений магнитной проницаемости пользуются температурным коэффициентом проницаемости TK_µ или α_µ; его рассчитывают для заданного интервала температур по формуле:

, град^.-1 , (18)

где µ_н1– начальная магнитная проницаемость образца при температуре Т₁ (комнатная температура); µ_н2– начальная магнитная проницаемость образца при.

Обычно считают α_µ в интервале температур от 20℃ (Т₁) до 60℃ (Т₂).

Рисунок 60 - Лабораторная установка для определения точки Кюри для магнито-мягких материалов

4.2 Порядок выполнения работы

Перед началом работы убедиться, что термостат и вентилятор выключены (нижнее положение переключателей К2 и К3 на блоке управления).

4.2.1 Включить питание БУ переключателем К1, находящимся с правой стороны блока (загорится зеленый светодиод на лицевой панели), и питание RLC измерителя кнопкой пуск, установив режим измерения индуктивности правой кнопкой.

4.2.2 Убедиться, что значение температуры термостата не выше 25-30 °С, в противном случае - включить вентилятор переключателем К3 и остудить до необходимой температуры.

4.2.3 Установить номер исследуемого образца на лицевой панели БУ слева внизу (К4).

4.2.4 Включить нагрев термостата (К2 - “вкл”), при этом загорается красный светодиод на лицевой панели БУ. Произвести измерения индуктивности L двух образцов через каждые 5° при нагреве образца от начальной температуры T₁ до такой более высокой T_n, при которой четко фиксируется очень резкое падение величины индуктивности L_n, поочередно переключая К4. Полученные данные занести в таблицу 6.

4.2.5 Выключить термостат, К2- в нижнее положение.

4.2.6 Рассчитать значения магнитной проницаемости µ_ni для каждой температуры и занести в эту же таблицу.

4.2.7 Рассчитать значение температурного коэффициента магнитной проницаемости α_µ в интервале температур от комнатной до 60 ℃, для каждого образца.

4.2.8 Параметры, исследуемых образцов: d_ср = 3,0 см, S = 0,24 см² , N=20.

4.3 Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- цель работы;

- краткое описание метода измерения индуктивности магнитной тороидальных сердечников;

- названия и марки приборов, которые используются при измерениях;

- описание исследуемого материала;

- расчетные формулы, их расшифровка, пример одного расчета;

- результаты эксперимента в виде таблицы и графика µ(T) для феррита 1000НН и 2000НМ;

-определение точки Кюри Θ по графику (в технике за точку Кюри ферритов принимают такую температуру, при которой µ принимает максимальное значение);

- расчет одного значения температурного коэффициента проницаемости в интервале температур от комнатой до 60 ℃;

- выводы по работе, краткое объяснение полученной зависимости µ(T), сопоставление полученных результатов с литературными данными.

Таблица 6 – Результаты расчета магнитной проницаемости

Т, °С		25	30	35	40	…..	…..	75	80	85
№1	L
	µ
№2	L
	µ

4.4 Список рекомендуемой литературы

4.4.1 Преображенский А.А. , Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы.- М.: Высшая школа, 1986. 352 с.

4.4.2 Рабкин Л.И., Соскин С.А., Эпштейн В.Ш. Ферриты.- Л.: Энергия, 1976. 386 с.

4.4.3 Пасынков В.В. Материалы электронной техники. - М.: Лань, 2004. 368с.

Таблица 4 - Значение B_d для МТМ различного химического состава с различными видами

термообработки и разными типоразмерами

№ обр	Материал и вид термической обработки	Длина см	Расч. диам., d,см	Сече- ние, см2	Измерение		Расчет
					Ψ, мВб	Bd, Тл	l/d	N	α°	Bd,Тл
1	Вольфрамовая сталь Е7В6 (закалка)	6,65	1,2	1,1
2	Вольфрамовая сталь Е7В6 (отжиг)	5,4	1,35	1,43
4	Сплав ЮНДК (без дисперс. твердения)
5	Сплав ЮНД4(диспер- сионное твердение)	5,7	1,47	1,7
6	Вольфрамовая сталь Е7В6 (закалка)
7	Вольфрамовая сталь Е7В6 (закалка)	13,5	1,35	1,43
8	Вольфрамовая сталь Е7В6 (закалка)	9,5	1,35	1,43

Таблица 5 - Влияние частичного размагничивания на величину B_d

№изм	Наименование Образца	Длина l,см	Диам., d,см	Cечен., см2	Ψ, мВб	Bd, Тл	l/d	N	α
1	№9,намагниченный	13,3	1,2	1,1
2	1/2, намагниченная	6,65	1,2	1,1
3	№9,ненамагниченный	13,3	1,2	1,1
4	1/2, намагниченная	6,65	1,2	1,1

Таблица 6 – Результаты расчета магнитной проницаемости

Т, °С		25	30	35	40	…..	…..	75	80	85
№1	L
	µ
№2	L
	µ

Таблица 6 – Результаты расчета магнитной проницаемости

Т, °С		25	30	35	40	…..	…..	75	80	85
№1	L
	µ
№2	L
	µ

Таблица 6 – Результаты расчета магнитной проницаемости

Т, °С		25	30	35	40	…..	…..	75	80	85
№1	L
	µ
№2	L
	µ

52