Описание установки и метода
Установка, схема которой приведена на рис.3, включает в себя трансформатор TV1, сердечник которого является исследуемым образцом (материал – трансформаторная сталь) , регулируемый источник переменного тока (ЛАТР) TV2, осциллограф, амперметр PA и вольтметр PV.
Рисунок 3. Схема установки
Первичная обмотка трансформатора TV1 подключена к источнику переменного тока TV2 и используется для циклического намагничивания образца (частота тока 50 Гц). В цепь намагничивания последовательно с первичной обмоткой включены постоянный резистор R1 и амперметр PA. Снимаемое с резистора R1 напряжение подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа. Это напряжение пропорционально силе тока в первичной обмотке трансформатора и, следовательно, оно является линейной функцией напряженности магнитного поля Н в сердечнике трансформатора.
Вторичная обмотка трансформатора соединена последовательно с резистором R2 и конденсатором С. Напряжение на обкладках конденсатора:
(6)
где q(t) – заряд конденсатора, С – емкость конденсатора.
Величина заряда в момент времени t равна:
(7)
где I(t) – сила тока во вторичной обмотке трансформатора.
Если величины R2 и С достаточно велики, то емкостное сопротивление 1/(ωС) « R2 и им можно пренебречь (ω – циклическая частота переменного тока). Для этого случая справедливо приближенное равенство:
(8)
где ε2(t) – ЭДС , индуцируемая во вторичной обмотке трансформатора.
В соответствии с законом электромагнитной индукции:
(9)
где Φ – поток магнитной индукции через вторичную обмотку трансформатора:
(10)
где N – число витков в обмотке, S – площадь каждого витка.
Используя выражения (6) – (10), получим окончательную формулу для напряжения на обкладках конденсатора:
(11)
Следовательно, напряжение на обкладках конденсатора является линейной функцией величины магнитной индукции В(t) в железном сердечнике. Это напряжение подается на вертикально отклоняющие пластины осциллографа.
Таким образом, смещение луча осциллографа по горизонтали пропорционально напряженности магнитного поля Н(t), а по вертикали – магнитной индукции в ферромагнитном сердечнике В(t). На экране осциллографа луч будет описывать линию, форма которой соответствует кривой намагничивания (петле гистерезиса).
Измеряемые эффективные значения тока намагничивания и напряжения на обкладках конденсатора прямо пропорциональны значениям Н и В в точке А петли гистерезиса (рис.2). Для данной измерительной схемы:
(12)
где I - сила тока в миллиамперах, UC - напряжение в вольтах.
Измерив значения I и UC и рассчитав по формулам (12) соответствующие значения Н и В, можно с помощью формулы (5) определить значение магнитной проницаемости материала сердечника:
(13)