4.2 Определение основной кривой индукции и петли гистерезиса на тороидальных образцах

 

 Измерения производятся на предварительно размагниченном образце. Наиболее простой метод измерения кривой индукции состоит в следующем:

-подбирают значения напряженности магнитного поля, для которых необходимо определить магнитную индукцию.

-для образцов замкнутой формы напряженность магнитного поля подсчитывают по известному числу витков намагничивающей обмотки W₁, средней длине магнитной линии в образце - l (м) и величине тока -I (А).

В практической системе единиц МКСА:

                                         Н=.                                                   (4.4)

Для каждого выбранного значения напряженности поля по формуле (4.4.) рассчитывают соответствующую ей величину тока. Затем включают в цепь обмотки W₁, первое значение тока и отмечают при этом отброс миллиамперметра - I₂.

Величина индукции, соответствующая установленному значению напряженности поля , определяется по формуле:

                                         В=Тл,                                              (4.5)

где С - постоянная миллиамперметра;

W₂ - число витков измерительной обмотки;

S - сечение образца, м²;

I₂ - отброс миллиамперметра (А).

После этого скачком увеличивают ток намагничивающей обмотки до второго вычисленного значения и измеряют отброс миллиамперметра I₂, который пропорционален приращению индукции.

 

4.3 Принципиальная схема установки и порядок измерений

 

Принципиальная схема установки изображена на рисунке 4.1

R₁ - реостат для регулирования тока в намагничивающей обмотке образца;

A ₁  - амперметр для измерения тока в намагничивающей обмотке образца;

П - переключатель направления тока;

A₂  - амперметр для регулирования  тока в размагничивающей цепи;  

K₂ - ключ, замыкающий накоротко размагничивающую цепь;

Обр.- исследуемый образец;

W₁ - намагничивающая обмотка образца;

W₂ - измерительная обмотка образца;

mA - микроамперметр (гальванометр);

K₁  - ключ для включения измерительной цепи;

K₄ - ключ для закорачивания цепи рамки гальванометра.

Рисунок 4.1

Рисунок 4.2 - Построение основной кривой намагничивания

 

Измерение остальных точек кривой индукции проводится точно так же.

Измеренная таким образом кривая индукции (ступенчатая), только с известным приближением, может характеризовать свойства материала. Поэтому обычно для определения основной кривой индукции применяют коммутационный метод измерения.

Основной кривой индукции называют кривую, совпадающую с геометрическим местом вершин симметричных петель гистерезиса с изменяющимся от 0 до насыщения амплитудным значением магнитной индукции. Определение точек основной кривой на предварительно размагниченном образце  начинают с меньших значений напряженности поля: в противном случае после каждой точки пришлось бы производить размагничивание.

Измерение точки основной кривой индукции проводят в следующем порядке:

1) На все время измерений замыкают ключ К₂. Переключатель П ставят в положение 2 и при помощи реостатов R₁, по амперметру А₁, устанавливают ток (поднимая его от нуля), необходимый для получения первого значения напряженности намагничивающегося поля. После установки тока проводят коммутирование направления тока, необходимое для стабилизации магнитного состояния образца. Коммутирование  заключается в 10 - 15 кратных переключениях направления тока при неизменной величине в намагничивающей обмотке образца W₁. После коммутирования переключатель П оставляют в положении 2, замыканием ключа К₁ включают в цепь миллиамперметр и при перебрасывании переключателя в положение 1 отмечают отброс на шкале.

 Такое измерение величины отброса миллиамперметра при неизменной величине намагничивающего тока приводят 2 - 3 раза. Если проведенная подготовка (стабилизация) была достаточной, то величины исследуемых отбросов совпадут. При несовпадении повторных отклонений проводят коммутирование дополнительное до тех пор, пока отклонения не будут одинаковыми. Величину магнитной индукции в Тл в образце находят по формуле (4.5).

После определения отброса, соответствующего первой измеряемой точке кривой, миллиамперметр отключается и при помощи реостатов R₁, по амперметру А₁ устанавливается второе значение тока, соответствующее большему значению напряженности поля Н_2; проводят коммутирование  и измеряют величину второго отброса. По формуле 4.5) вычисляется следующее значение индукции В₂. Затем операция повторяется для третьей точки и т.д. до тех пор, пока не будет определена индукция для всех намеченных значений напряженности поля. Полученные результаты заносятся в таблицу.

2) При определении точек петли гистерезиса обычно измеряют только одну ее половину АВ₂СА₁ в соответствии с рисунком 4.3, поскольку  соответствующие точки второй половины отличаются только знаками индукции и напряженности поля при той же абсолютной величине.

 

Рисунок 4.3 - Построение петли гистерезиса

 

При измерениях пользуются несколькими различными приемами для определения  участка АВ₂ , где напряженность поля положительна и участка В₂СА₁, где она отрицательна. Измерения на участке АВ₂  начинают с точки А ( с координатами Вм и Нм), для чего при положении 1 переключателя П и замкнутом ключе К₂ реостатом R₁ устанавливают намагничивающий ток, соответствующий максимальной напряженности  намагничивающегося поля (обычно это последняя измеренная точка основной кривой индукции; петля гистерезиса может быть определена так, чтобы ее вершина совпадала с любой точкой основной индукции). Затем ключ К₂ размыкают и при помощи реостата R₂ по амперметру А₂ устанавливают значение тока, соответствующее напряженности  намагничивающего поля несколько меньше, чем точка Н₁ в соответствии с рисунком 4.4.

  

Рисунок 4.4- Зависимость В= f(Н) при Н↓0

 

После этого ключ К₂ замыкают, производят коммутирование тока, соответствующего напряженности поля Нм, и оставляют переключатель П в положении 1.

Включают миллиамперметр и отмечают отброс стрелки при замыкании ключа К₂ . Величина отброса пропорциональна разности индукции В_м―В₁, рассчитываемой по формуле:

                                               В_м―В₁=.                                              (4.6)

Индукцию В₁ легко определить, так как В_м известно из измерения основной кривой индукции. Аналогичным способом определяют следующую точку В₂, соответствующую  напряженности намагничивающего поля Н₂ Н₁. Точка остаточной индукции образца В₂ получается при включении переключателя П  из положения 1 в нулевое. Измерение на участке петли В₂СА₁ в соответствии с рисунком 4.5 начинают с установки значения размагничивающего поля ― Н₁, для чего при положении 1 переключателя П размыкают ключ К₂ и реостатом R₂ устанавливают по амперметру А₂ ток, соответствующий напряженности поля Н₁, заведомо много меньшей, чем коэрцитивная сила материала образца Н₀. После этого ключ К₂ замыкают, проводят коммутирование тока максимальной величины (соответствующей Н_м) и оставляют переключатель П в положении 2,размыкают ключом К₂ размагничивающую цепь, включают миллиамперметр и, перебрасывая переключатель П в положение 1, отмечают отброс ―  I₂. Это отклонение  пропорционально разности индукции В_м―В₁, которая подсчитывается по формуле (4.6) .

Напряженность поля рассчитывается по формуле (4.1.). Аналогично определяется вторая точка участка В₂СА₁ и т.д. до точки А₁ с координатами (―В_м; ―Н_м). Перед построением основной кривой индукции и петли гистерезиса необходимо знать данные испытуемого образца, которые задаются преподавателем.

 

Рисунок 4.5- Зависимость В=f (Н) при Н-Н