3. Экспериментальная установка

Схема экспериментальной установки показана на рис.5. Исследуе­мый образец представляет собой тороидальный сердечник трансфор­матора из марганец-цинкового феррита.

Рис.5

В сердечнике трансформатора Тр создаётся переменное магнитное поле, для чего через первичную обмотку трансформатора с числом витков N₁ подаётся напряжение с генератора. На резисторе R₁ возникает сигнал напряжения, пропорциональный току и напряжённости магнитного поля в образце. Этот сигнал подаётся на вход «Х» осциллографа (клемма «Синхронизация»).

Измерительная обмотка трансформатора с числом витков N₂ присоединена к интегрирующей цепочке R₂ – С. Сигнал напряжения с интегрирующей ёмкости С пропорционален величине вектора ин­дукции и подаётся на вход "У" осциллографа (клемма «1 45рF»). На экране осциллографа получится петля гистерезиса только в том случае, если напряжение прямо пропорционально напряжённости Н магнитного поля в сердечнике, а - прямо пропорционально индукции В в нём. Покажем, что это действительно так (см. рис.6).

Рис. 6

Ток создаёт в возбуждающей катушке N₁ магнитное поле с напряженностью

,

где - длина окружности сердечника по средней линии.

С резистора R₁ на X - вход осциллографа подаётся напряжение

, (1)

т.е. оно действительно пропорционально Н.

В индикаторной катушке N₂ индуцируется ЭДС

(2)

S - площадь поперечного сечения сердечника. Эта ЭДС обуслов­ливает ток . При этом индуктивным сопротивлением катушки и ёмкостным сопротивлением конденсатора пренебрегаем, т.к. они много меньше R₂.

Ток создаёт на конденсаторе С напряжение

, (3)

которое подают на Y- вход осциллографа. Оно равно

(4)

В соответствии с напряжениями на входах осциллографа на его экране возникает кривая, воспроизводящая в некотором масштабе петлю гистерезиса.

Для определения характеристик ферромагнетика необходимо знать цену деления масштабной сетки осциллографа по осям X и У, выраженную в единицах напряжённости Н и индукции В.

Калибровка осей X и У проводится путём подачи контрольного напряжения U_к = 800 mV на соответствующие входы и измерения отклонения луча Y_k по вертикали, соответствующего этому напряжению, после чего рассчитывается величина в В/см. С учётом ослабления сигнала получим:

- для установки №108А U_k / y_k ;

- для установки №108Б U_k / y_k = 0,04 В/см.

Аналогично калибруется ось X, в результате с учётом ослабления сигнала получим:

- для установки №108А U_k / x_k = 0,4 В/см;

- для установки №108Б Uk / x_k = 0,17 В/см.

Тогда из формулы (4) следует, что цена деления по оси У в единицах индукции (Тл/см):

(5)

Из формулы (1) следует, что цена деления по оси Х в единицах напряжённости поля (А/м / см):

(6)

Магнитная проницаемость определяется соотношением

, (7)

где Гн/м - магнитная постоянная.

Потери энергии в единичном объёме магнетика за цикл перемагничивания равны полной площади петли гистерезиса (в единицах ВН). Вычислив площадь петли гистерезиса S_Г (в единицах масштабной сетки), можно определить эти потери:

(8)

Подробно см. (6.1, с. 225).