36,37. Методы измерения параметров магнитных цепей (материалов), магнитной проницаемости материалов.

Кривая намагниченности: коэрцетивная сила, остаточнаянамагиченность, насыщение.

Полная магнитная индукция определяется внешними ( ) и внутренними ( ) полями.

I –намагниченность;

-магнитная воприимчивость;

H – напряженность.

-абсолютная проницаемость материала;

Магнитная восприимчивость ( ) определяется магнитными свойствами материала.

Выделяют 5 видов магнитного упорядочивания:

-Диамагнетизм -хар-ся отрицательным значением магнитной восприимчивости, он характерен для диамагнетиков в которых осущ-ся полная компенсация магнитных моментов атомов и молекул.

-Парамагнетизм – возникает за счет ориентации не полностью скомпенсированных атомных магнитных моментов, характерно минимальное значение ;(т. Кюри)

-Ферромагнетизм – заключается в существовании в материале веществ, так называемых доменов в пределах которых материалы насыщаются - до 10⁵ (т. Кюри).

- Антиферромагнетизм – обусловлен антипараллельной ориентацией равных по значению магнитных моментов соседних атомов, при этои результирующий магнитный момент равен 0.

- Ферримагнетизм – нескомпенсированный ферромагнетизм

достигает больших величин. (т. Негль)

2 метода измерения напряженности: статический и динамический. Для монолитных образцов (пермалои) частота изменения индукции не превышает 10-ков Гц.

Магнитотвердые материалы.

Большая остаточная коэрцетивная сила. II – рабочий участок.

Основные хар-ки: - легкость намагничивания; малые магнитные потери на перемагн-ание. АЛНИКО, АРМКО, ВИКАЛЛОЙ

Магнитомягкие материалы: Пермалои, стали.

Существуют так же магнитные жидкости.

38. Измерение параметров слабомагнитных материалов

Слабомагнитные материалы характеризуются сравнительно малыми значениями магнитной восприимчивости: =10^-10...10, практическим отсут­ствием ее зависимости от напряженности, а также пренебрежимо малыми гистерезисными явлениями. Отсюда следует, что магнитная восприимчивость явля­ется важнейшим магнитным параметром рассматриваемых материалов, к кото­рым относятся диа- и парамагнетики, материалы, частично содержащие ферро- и ферримагнетики.В зависимости от используемого для измерения магнитной восприимчиво­сти физического явления методы измерений ее разделяются на силометрический, магнитометрический, индукционный и параметрический.

Силометрический метод. Метод основан на силовом взаимодействии намаг­ниченного тела, помещенного в магнитное поле, с этим же полем, причем по­следнее должно иметь градиент индукции в пределах объема испытуемого об­разца. При таком условии на образец слабомагнитного материала с положи­тельной магнитной восприимчивостью будет действовать сила, пропорциональ­ная значению восприимчивости, влекущая образец в область поля с большим значением индукции. В случае отрицательной магнитной восприимчивости на­правление силы изменится 'на противоположное. Силометрический метод имеет две основные модификации — метод Фарадея и метод Гуи.

Метод Фарадея состоит в измерении с помощью чувствительных весов силы, действующей на небольшой образец, помещенный в неоднородное магнитное поле. Это поле создается постоянным магнитом или электромагнитом с формой полюсных наконечников, обеспечивающей в некоторой области постоянную производную составляющей вектора индукции, параллельной изме­ряемой силе. Сила, действующая на образец, выражается формулой

где V — объем образца; z— индекс, показывающий, что имеются в виду со­ставляющие векторов силы и индукции вдоль одной и той же оси z.

Метод Гуи отличается от предыдущего метода тем, что образец в виде длинного цилиндра или призмы с поперечными размерами, много мень­шими длины, помещен одним концом в однородное поле с индукцией В, созда­ваемое магнитом или электромагнитом, а другим концом — в магнитное поле Земли В_о. Выражение для силы, приложенной к образцу, в этом случае имеет вид

где S — площадь поперечного сечения образца. В этом случае как точность, так и чувствительность выше, чем в предыдущем методе, поскольку индукция одно­родного поля измеряется точнее, чем пара­метры неоднородного поля, а большие размеры образца позволяют при одной и той же чувствительности весов измерять меньшие значения магнитной восприимчи­вости. Процесс измерения восприимчивости может быть автоматизирован, если ис­пользовать для измерения силы чувстви­тельный динамометр с электромеханиче­ским обратным преобразователем.

Магнитометрический метод. Метод ос­нован на том, что помещенный в магнит­ное поле с индукцией В0 образец из слабомагнитного материала, будучи намаг­ниченным этим полем, создает в некоторой точке пространства индукцию B=kKBoV, где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от формы об­разца, его ориентации по отношению к указанной точке и расстояния между ними. При простой форме образца (шар, эллипсоид вращения) этот коэффициент поддается расчету. В противном случае градуируют прибор по стандартному образцу с известной восприимчивостью и с размерами, идентичными размерам испытуемого образца. В качестве измерителей магнитной индукции используются астатические тесламетры, которые не реагируют на магнитное поле удаленных источников, например на сравнительно однородное магнитное поле Земли. Сле­дует иметь в виду, что измеряемое значение магнитной индукции В меньше Во на пять-восемь порядков, поэтому очень важно снижать влияние намагничиваю­щего образец магнитного поля на тесламетр. Наиболее эффективной мерой яв­ляется создание намагничивающего поля системой с минимальным рассеянием магнитного потока. Это возможно, например, при помещении испытуемого об­разца внутрь тороидальной обмотки с намагничивающим током.

Весьма перспективным в отношении увеличения чувствительности и умень­шения нижнего предела измеряемых значений магнитной восприимчивости яв­ляется применение квантовых градиентометров на основе эффекта Джозефсона. Исследуемый образец помещается в одну из двух идентичных катушек дат­чика градиентометра, что вызывает появление градиента магнитной индукции между точками расположения этих катушек. Поскольку сверхпроводящие гра­диентометры имеют порог чувствительности 1• 10^-17 Тл • м^-1 • Гц^-1, то они яв­ляются наиболее чувствительными приборами для измерения магнитной воспри­имчивости.

Индукционный метод.

Метод основан на измерении магнитного потока в испытуемом образце посредством измерения индуцированной ЭДС в измеритель­ной обмотке, охватывающей образец. В простейшем случае образец помещается в одну из последовательно соединенных идентичных намаг­ничивающих катушек с числами витков Wi и Wz. Измерительные катушки W3 и W4 соединены встречно. Изменяя переключателем S направление намагничиваю­щего тока, измеряют соответствующее изменение магнитного потока, например, с помощью веберметра. При измерениях на переменном токе вместо веберметра применяются усилитель переменного тока и вольтметр средних значений. Ис­пользуя узкополосный усилитель, можно получить весьма большое усиление и, как следствие, более высокую чувствительность, чем при измерениях на по­стоянном токе.

Параметрический метод. Метод основан на изменении параметров колеба­тельного контура автогенератора при помещении в катушку индуктивности, включенную в контур, исследуемого образца из слабомагнитного материала. Происходящее при этом изменение частоты колебаний автогенератора линейно связано с магнитной восприимчивостью из-за малых значений последней. При значительных размерах образцов их не помещают внутрь катушки, а прибли­жают последнюю к плоской поверхности образца.