Лаб.раб.Исследование магнитного поля соленоида
.docxФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Электротехнологии и электротехники»
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
«Исследование магнитного поля соленоида»
Преподаватель
подпись, дата инициалы, фамилия
Студент ФЭ 16-05М, 071625248
номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия
Красноярск 2017 г.
Цель работы: исследовать распределение напряженности постоянного магнитного поля вдоль оси соленоида и магнитное экранирование.
Описание установки.
Для питания электронных узлов планшет оснащен разъемом, с помощью которого он соединяется с лабораторной станцией так, как показано на рис. Исследуемая катушка (соленоид), регулируемый источник постоянного тока и измерительная схема смонтированы на планшете. Поле соленоида измеряется датчиками Холла, которые размещены вдоль его оси через 5 мм друг от друга по одну сторону от центра. Выходы датчиков через буферные усилители подключены к гнездам, нумерация которых соответствует номеру датчика. Измерение необходимых параметров производится с помощью вольтметра, расположенного на лабораторной станции. Изменение направления тока соленоида производится с помощью тумблера.
Рисунок 1 – Функциональная схема исследуемой установки
Рисунок 2 – Геометрические размеры соленоида
При исследовании магнитного экранирования используются цилиндрические экраны, изготовленные из металлов, имеющих разную магнитную проницаемость (алюминий, электротехническая сталь) и толщину стенок. Есть также экраны с продольной и поперечной щелью. Длина экранов одинакова и равна длине соленоида. При измерениях, цилиндрический экран устанавливается во внутренний канал соленоида
Предварительный расчет
1. Для значения постоянного тока 100 мА, рассчитаем кривую распределения индукции магнитного поля B, Тл, вдоль оси соленоида, размеры которого указаны на рис. 2, по формуле:
Напряженность поля Н найдем по формуле:
где; α1, α2 – углы, под которыми из точки А видны концы катушек; w=3600 – число витков.
где x – расстояние от точки А до центра катушки.
В силу симметрии поля относительно центра соленоида рассчитаем одну половину. Соответственно при расчете координату X будем менять с шагом 5 мм в диапазоне от 0 до 40 мм.
Рисунок 3 – Расчётный график распределения магнитного поля вдоль оси соленоида
2. Рассчитаем напряженность поля в центре экрана, помещенного во внутренний канал соленоида, если наружный диаметр экрана 26 мм, внутренний – 25 мм, длина 80 мм, относительная магнитная проницаемость μr=103. Значение поля H0 возьмём из расчета по п. 1.
Рабочее задание
Исследуем распределение поля вдоль оси соленоида без магнитного экрана и при его наличии. Для этого, поочередно подключая вольтметр к выходам датчиков, произведем измерения.
Таблица 1 – Результаты измерений
|
Индукция магнитного поля |
Ток соленоида I=100 мА |
|||||||||||||||||||
|
Номер датчика |
||||||||||||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|||||
|
Расстояние от центра соленоида x, мм |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
|||||
|
B×10-3, без экрана |
4.675 |
4.61 |
4.65 |
4.52 |
4.4 |
4.155 |
0.485 |
0.715 |
1.09 |
1.635 |
2.465 |
3.255 |
3.79 |
0.37 |
0.255 |
5.145 |
||||
|
B×10-3,Тл, алюминиевый экран |
4.745 |
4.67 |
4.71 |
4.58 |
4.47 |
4.21 |
0.485 |
0.725 |
1.095 |
1.65 |
2.49 |
3.305 |
3.84 |
0.37 |
0.255 |
5.11 |
||||
|
B×10-3,Тл, стальной экран с продольной щелью |
0.845 |
0.825 |
0.8 |
0.75 |
0.71 |
0.695 |
2.96 |
3.925 |
4.74 |
4.315 |
2.585 |
1.28 |
0.805 |
2.135 |
1.62 |
5.135 |
||||
|
B×10-3,Тл, стальной экран с поперечной щелью |
7.55 |
5.2 |
2.765 |
1.16 |
0.625 |
0.6 |
1.74 |
2.435 |
3.35 |
4.09 |
3.64 |
1.975 |
0.975 |
1.255 |
0.95 |
5.11 |
||||
На рисунке 4 и 5 представлены кривые распределения магнитного поля вдоль оси соленоида.
Рисунок 4 – Распределение магнитного поля вдоль оси соленоида без экрана и с алюминиевым экраном
Рисунок 5 – Распределение магнитного поля вдоль оси соленоида со стальным экраном
Вывод: Полученный экспериментальный график распределения магнитного поля вдоль оси соленоида без экрана (рисунок 4), по значениям и характеру близок к графику распределения, полученному в предварительном расчете (рисунок 3).
Алюминиевый экран практически не экранирует магнитное поле вследствие своей низкой относительной проницаемости. Распределение индукции поля со стальным экраном существенно отличается от распределения при его отсутствии.