ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 411
Скачиваний: 2
36
описывает петлю гистерезиса, повторяя ее в точности за каждый
следующий период. Поэтому изображение петли гистерезиса на экране
будет неподвижным.
Петля гистерезиса изображается на экране в координатах (х; у), причем
U
x
=
К
х
;
U
у
=
K
у
Y
,
(12)
где
Х
и
Y
- измеряются в «делениях шкалы» экрана осциллографа.
Рис. 8. Блок-схема экспериментальной установки
Значение масштабного коэффициента
К
у
указывается около ручки
ВОЛЬТ/ДЕЛ
(VOLTS/DIV)
усиления
по
оси
Y
(это
значение
действительно только когда ручка ПЛАВНО VOLT VAR. усиления оси Y
вывернута до упора по часовой стрелке).
Коэффициент чувствительности оси
х
осциллографа
К
х
(В/дел.)
определяется при помощи калибровки оси
x
с использованием цифрового
вольтметра, встроенного в лабораторную установку.
Напряжение
U
x
,
пропорциональное напряженности
Н
магнитного
поля, получается следующим образом
. Если образец выполнен в виде
однородного замкнутого сердечника, на котором равномерно распределена
первичная (намагничивающая) обмотка с числом витков
N
1
, то ток
I
1
в этой
обмотке и напряженность
Н
создаваемого им поля, связаны соотношением
37
1
1
1
1
2
N
N
H
I
I
l
r
,
(13)
где
l=2πr
- средняя длина сердечника (ферромагнитного образца),
r
–
средний радиус тороида.
Последовательно с обмоткой
N
1
включен резистор
R
, на котором
создается падение напряжения
1
1
x
l R
U
I R
H
N
(14)
Из (12) и (14) получается простая формула для измерения
напряженности магнитного поля в образце
X
H
,
(15)
где
1
1
2
x
x
K
N
K
N
l R
rR
.
Напряжение
U
у
,
пропорциональное магнитной индукции
В
поля
в образце, получается следующим образом
: вторичная (измерительная)
обмотка, нанесенная на образец и имеющая N
2
витков, пронизывается
сосредоточенным в ферромагнитном образце магнитным потоком
S
B
Ф
, где
S
- площадь поперечного сечения образца. В обмотке
N
2
индуцируется ЭДС
dt
dB
S
N
dt
dФ
N
2
2
2
,
создающая ток
I
2
и напряжение
U
2
-
2
на выходе обмотки (падение
напряжения на самой обмотке пренебрежимо мало). Отсюда следует, что
dB
S
N
dt
dt
U
2
2
2
и что
SB
N
dt
U
2
2
.
(16)
Из (5.5) видно, что интегрированием переменного напряжения
можно получить сигнал, пропорциональный мгновенному значению
В
(
t
)
индукции магнитного поля в образце.
Напряжение
U
2
создает ток
I
2
и переменный заряд конденсатора,
равный
dt
I
q
2
, вследствие чего на конденсаторе образуется
напряжение
2
1
y
è
U
I dt
C
,
(17)
поступающее на вход «Y» осциллографа (влиянием большого
входного сопротивления осциллографа пренебрегаем).
Для мгновенных значений напряжений
U
2
и
U
у
и магнитной
индукции
В
можно записать
38
2
2
1
y
è
è
è
è
N S
U
U
d t
B
R C
R C
.
(18)
Из (12) и (18) получается формула для измерения индукции
магнитного поля в образце:
Y
B
,
(19)
где
2
y
è
è
K
R C
N
S
.
Необходимые данные для вычислений
Резистор в цепи первичной обмотки –
R=400 Ом
.
Количество витков первичной обмотки –
N
1
=150 витков
.
Количество витков вторичной обмотки –
N
2
=650 витков
.
Резистор интегрирующей цепочки –
R
и
=10кОм=10000 Ом
.
Конденсатор интегрирующей цепочки –
С
и
=68нФ=0,68·10
-7
Ф
.
Исследуемый образец
Средний радиус тороида
r=0,015 м
.
Площадь поперечного сечения образца
S=3·10
-4
м
2
.
Порядок выполнения работы
1.
Включить лабораторный модуль и осциллограф в сеть ~220 В.
2.
Перевести переключатель СЕТЬ на панели установки и осциллографа в
положение «ВКЛ» при этом должны загореться соответствующие
сигнальные светодиоды. Дать приборам прогреться не менее 5-7
минут.
3.
Подключить выходы Х и Y учебной установки соединительными
проводами к соответствующим входам осциллографа.
4.
С помощью кнопок «ЧАСТОТА» на передней панели модуля
установить
частоту
для
исследования
явления
гистерезиса
ферромагнитного образца (оптимальное значение частоты 500-800 Гц),
текущее значение частоты генератора индуцируется на ЖКД дисплее
учебной установки.
5.
С помощью ручки «АМПЛИТУДА» на панели установки установить
уровень сигнала с выхода генератора U~2,5-3,5 В (индикация GN -
усиление=40-50 %).
39
6.
Перевести осциллограф в режим сложения двух колебаний (режим
фигур Лиссажу) переведя переключатель «+ - x-EXT» слева от входа
X осциллографа в положение «x-EXT».
7.
Ручкой ВОЛЬТ/ДЕЛ (VOLTS/DIV) оси Y установить уровень сигнала,
обеспечивающий наилучший масштаб для наблюдения петли
гистерезиса (рекомендуемое значение
.5
ВОЛЬТ/ДЕЛ). Ручка
ПЛАВНО VOLT VAR. при этом должна быть повернута до упора по
часовой стрелке, так как только в этом положении показания
чувствительности
K
y
канала Y определяются подписями около ручки
ВОЛЬТ/ДЕЛ оси Y осциллографа. В данном типе осциллографа не
предусмотрена возможность регулировки усиления канала X, поэтому
для получения наилучшего изображения петли по оси X в учебной
установке предусмотрена возможность регулировки коэффициента
чувствительности оси Х с помощью ручки «УСИЛЕНИЕ X».
8.
Вращением ручки «УСИЛЕНИЕ X» на панели учебной установки, а
также ручек «POSITION» для осей X и Y на осциллографе установить
изображение петли таким образом, чтобы картинка занимала ¾ экрана
и была расположена строго по центру относительно координатной
сетки осциллографа.
9.
Проверить симметричность установки изображения относительно осей
Х
и
Y
на шкале экрана.
10.
Произведите калибровку оси Х осциллографа. Для этого поставьте
переключатель «DC ╩ AC» на передней панели осциллографа в
среднее положение «╩» при этом ось Y выключается (заземляется), а
напряжение с генератора подается на горизонтально отклоняющие
пластины электронного осциллографа и на экране появляется
горизонтальная линия. Встроенный цифровой вольтметр измеряет
амплитудное
значение
напряжение, а так как длина
x
l
горизонтальной линии осциллографа пропорциональна удвоенной
амплитуде входного напряжения, то коэффициент
0
2
x
x
U
K
l
, где
0
U
-
показания вольтметра в вольтах,
x
l
- длина горизонтальной линии в
клетках (делениях).
ПОСЛЕ КАЛИБРОВКИ ОСИ X ПОЛОЖЕНИЕ РУЧКИ «УСИЛЕНИЕ
X» НА ПАНЕЛИ УЧЕБНОЙ УСТАНОВКИ НЕ ИЗМЕНЯТЬ!
11.
Рассчитайте коэффициенты
и
содержащиеся в формулах (15) и
(19).
12.
Включите ось Y, поставив переключатель «DC ╩ AC» в какое-либо
крайнее положение,
и повторите п. 5. Измерьте координаты
Х
С
(точка
пересечения с осью X) и
Y
r
(точка пересечения с осью Y) петли
40
гистерезиса на шкале экрана, и по формулам (15) и (19) вычислите
коэрцитивную силу
Н
С
и остаточную индукцию
В
r
ферромагнитного
образца.
13.
Измерьте координаты
Х
m
и
Y
m
(точка насыщения см. рис. 9) петли
гистерезиса и по формулам (15), (19) и (9) вычислите соответствующие
значения
Н
m
,
В
m
и
(см. рис. 7). Данные занесите в таблицу 2.
14.
Изменяя напряжение с выхода генератора ручкой «АМПЛИТУДА» в
пределах 0,00-4,00 Вольт установите поочередно другие значения
напряжения генератора GN (при низкой амплитуде петля гистерезиса
практически превращается в эллипс), получите соответствующие им
частные петли гистерезиса (не менее 7-9 циклов) и выполните
измерения и вычисления по п.13. Данные занесите в таблицу 2.
Таблица 2
15.
Используя данные таблицы 2, постройте график зависимости
В
=
f(H
)
– основную кривую намагничивания, а также график зависимости
f(H).
16.
Графически
оцените
напряженность
магнитного
поля,
соответствующего максимуму магнитной проницаемости материала
.
17.
Установите значение амплитуды генератора GN на уровне 35-60 и,
изменяя частоту генератора, понаблюдайте за возможным изменением
формы петли на различных частотах.
18.
По окончании работы поставьте все переключатели в положение
«ВЫКЛ» и выньте вилки из розеток.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие вещества называются магнитными?
2. Что такое магнитный момент системы, намагниченность?
3. Дайте определение магнитной индукции и напряженности магнитного
поля.
4. Что такое диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики? Приведите
примеры.
5. Как определяется магнитная восприимчивость вещества, какова ее
величина и какова ее связь с магнитной проницаемостью?
п/п Х
m
, дел
Y
m
, дел
Н
m
, А/м
В
m
, Тл
m
m
H
B
0
1
1
…
…
…
…
…
2