ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 611
Скачиваний: 2
71
дуемом
образце
.
При
этом
ферромагнетик
подвергается
многократным
циклическим
перемагничиваниям
,
соответствующим
различным
петлям
гистерезиса
,
которые
,
постепенно
уменьшаясь
,
стягиваются
к
точке
0,
где
намагничивание
равно
нулю
(
рис
. 5).
Переключение
прибора
с
постоянно
-
го
тока
на
переменный
осуществится
с
помощью
коммутатора
К
1
.
Во
вре
-
мя
переключения
этого
коммутатора
с
переменного
напряжения
220
В
на
постоянное
36
В
коммутатор
К
2
должен
занимать
нейтральное
положение
.
Ключ
К
3
через
добавочное
сопротивление
включает
источник
постоянного
тока
с
U = 1,25
В
.
Выполнение
работы
1.
Собрать
схему
в
соответствии
с
рис
. 5.
Потенциометры
R
1
и
R
2
должны
быть
поставлены
в
нулевое
положение
,
коммутаторы
К
1
и
К
2
–
в
нейтральное
,
ключ
К
3
–
в
выключенном
положении
.
2.
Размагнитить
полностью
образец
.
Для
этого
его
вставляют
в
катушку
Рис
. 6
прибора
(
Пр
)
для
измерения
магнитной
индукции
в
относительных
единицах
,
коммутатор
К
1
ставят
в
положение
~220
В
и
подключают
схему
к
источни
-
ку
переменного
напряжения
220
В
.
После
этого
несколько
раз
увеличива
-
ют
и
уменьшают
потенциометром
R
1
переменное
напряжение
на
обмотке
электромагнита
.
Исследуемый
образец
ферромагнетика
можно
считать
размагниченным
,
если
в
отсутствие
тока
в
обмотке
при
замыкании
ключа
К
3
стрелка
прибора
не
отклоняется
.
3.
Снять
кривую
намагничивания
.
Для
этого
подключают
схему
ком
-
мутатором
К
1
к
источнику
переменного
напряжения
(36
В
),
замыкают
ключ
К
3
и
,
меняя
с
помощью
потенциометра
R
2
ток
в
катушке
через
0,02
А
,
Т
ран
с
-
ф
ор
-
~220
В
=36
В
R
1
R
2
К
1
К
2
К
3
А
1
=36
В
,~220
В
• • •
•
•
•
•
2
72
отмечают
соответствующие
показания
N
измерительного
прибора
и
со
-
ставляют
таблицу
значений
)
(
J
f
N
=
.
4.
Не
выключая
установки
после
выполнения
п
. 3,
уменьшают
с
по
-
мощью
потенциометра
R
2
через
0,2
А
ток
до
нуля
.
Затем
,
изменяя
с
помо
-
щью
коммутатора
К
2
направление
тока
,
увеличивают
его
до
возможных
пределов
и
снова
уменьшают
до
нуля
.
Переключив
коммутатор
К
2
,
снова
увеличивают
ток
–
полный
цикл
изменения
тока
завершен
.
Изменение
тока
сопровождают
записью
соответствующих
пар
значений
J
и
N
и
составляют
таблицу
значений
)
(
J
f
N
=
,
помня
,
что
при
переключении
коммутатора
К
2
ток
изменяет
направление
.
Необходимо
учитывать
знаки
показаний
прибора
.
5.
Измерения
повторяют
с
другим
ферромагнитным
материалом
.
6.
По
результатам
измерений
строятся
графики
)
(
J
f
N
=
,
что
ана
-
логично
( )
H
f
B
=
.
Контрольные
вопросы
1.
Как
классифицируются
магнетики
?
2.
Что
такое
магнитная
проницаемость
вещества
?
3.
Объясните
ход
основной
кривой
намагничивания
ферромагнетика
.
4.
В
чем
заключается
явление
магнитного
гистерезиса
?
5.
Что
такое
остаточная
индукция
и
коэрцитивное
поле
?
2.
Изучение
ферромагнетиков
в
динамическом
режиме
Приборы
и
принадлежности
:
тороидальный
трансформатор
,
пони
-
жающий
трансформатор
напряжения
,
реостат
,
осциллограф
с
координат
-
ной
сеткой
,
ламповый
вольтметр
.
Описание
схемы
и
методики
измерений
Для
исследования
характеристик
ферромагнетиков
одним
из
наиболее
удобных
и
быстрых
является
метод
снятия
петли
магнитного
гистерезиса
с
помощью
электронного
осциллографа
.
На
рис
. 7
приведена
схема
этого
метода
.
Рис
. 7
73
Исследуемый
ферромагнитный
образец
используется
в
качестве
сер
-
дечника
тороидального
трансформатора
.
Через
первичную
обмотку
транс
-
форматора
L
1
проходит
переменный
ток
J
1
,
создающий
магнитное
поле
Н
,
которое
для
этого
соленоида
определяется
по
формуле
:
,
1
1
l
w
J
H
=
(11)
где
w
1
–
число
витков
в
первичной
обмотке
,
ℓ
–
средняя
длина
магнитопровода
или
средняя
длина
окружности
сердечника
,
которая
равна
(
см
.
рис
. 8)
1
2
π
2
d
d
+
=
l
. (12)
Здесь
d
1
–
внутренний
,
d
2
–
внешний
диаметр
тороидального
сердечника
.
На
вход
горизонтальной
развертки
осцилло
-
графа
Х
подается
напряжение
U
х
,
снимаемое
с
сопротивления
R
1
.
Очевидно
,
что
.
1
1
1
1
H
w
R
R
J
U
x
l
=
=
(13)
Так
как
напряжение
U
х
пропорционально
Н
,
то
положение
луча
на
экране
осциллографа
вдоль
горизонтальной
оси
будет
определяться
величиной
напряженности
Н
магнитного
поля
.
В
результате
изменения
тока
в
первичной
обмотке
трансформатора
в
его
сердечнике
возникает
переменный
магнитный
поток
Ф
,
который
про
-
низывает
витки
вторичной
обмотки
L
2
и
индуцирует
в
ней
э
.
д
.
с
.
индукции
ε
,
d
Ф
dt
= -
(14)
где
Ф
=
В
Sw
2
, w
2
–
число
витков
во
вторичной
обмотке
,
S
–
площадь
попе
-
речного
сечения
сердечника
трансформатора
.
По
второму
правилу
Кирхгофа
для
цепи
вторичной
обмотки
имеем
:
2
ε
,
c
R
U
U
=
+
(15)
где
U
с
–
падение
напряжения
на
конденсаторе
С
,
а
2
R
U
–
падение
напря
-
жения
на
сопротивлении
R
2
.
Так
как
U
c
= J
2
R
c
,
а
емкостное
сопротивление
1
ω
c
R
C
=
,
где
ω
–
цик
-
лическая
частота
переменного
тока
,
то
2
2
1
.
ω
J
R
C
e
æ
ö
ç
÷
=
+
ç
÷
ç
÷
è
ø
(16)
Рис
. 8
74
При
условии
2
1
ω
R
C
ff
первым
членом
в
скобках
можно
пренебречь
и
тогда
.
2
2
2
dt
dB
Sw
R
J
-
=
=
e
Откуда
.
2
2
dt
dB
R
S
w
J
×
-
=
(17)
На
вход
У
вертикального
отклонения
луча
осциллографа
подается
напря
-
жение
U
y
= –U
c
,
снимаемое
с
конденсатора
емкостью
С
.
Тогда
,
2
C
dt
J
C
q
U
U
c
y
ò
=
-
=
(18)
где
q
–
заряд
на
обкладке
этого
кон
-
денсатора
.
Следовательно
,
.
2
2
2
2
B
C
R
S
w
dt
dt
dB
C
R
S
w
U
y
-
=
-
=
ò
(19)
Таким
образом
,
из
формул
(13)
и
(19)
следует
,
что
положение
луча
на
экра
-
не
осциллографа
вдоль
горизонталь
-
ной
оси
Х
определяется
величиной
напряженности
магнитного
поля
Н
,
а
вдоль
вертикальной
оси
У
–
величи
-
ной
магнитной
индукции
В
,
т
.
е
.
ос
-
циллограмма
отражает
зависимость
B = f(H)
.
Чтобы
получить
количественную
зависимость
B = f(H)
,
необходимо
прокалибровать
оси
экрана
осциллографа
в
единицах
Н
и
В
.
Пусть
одна
из
вершин
(
точка
А
)
осциллограммы
петли
гистерезиса
характеризуется
зна
-
чениями
N
x
и
N
y
,
а
соответствующие
этой
вершине
координаты
,
выражен
-
ные
в
делениях
координатной
сетки
,
имеют
значения
U
x
и
U
y
(
рис
. 9).
По
-
ложение
луча
в
вершине
петли
гистерезиса
определяется
амплитудными
значениями
напряжения
U
x
и
U
y
,
в
то
время
как
вольтметром
измеряются
эффективные
значения
напряжений
U
x
эфф
и
U
y
эфф
.
Тогда
,
согласно
форму
-
лам
(13)
и
(19),
число
делений
n
х
,
соответствующее
единице
напряженно
-
сти
Н
,
равно
1
1
,
2
x
x
x
A
эфф
N
N R
n
H
N
U
=
=
l
(20)
а
число
делений
n
у
,
соответствующее
единице
индукции
В
,
2
2
.
2
y
y
y
A
y
эфф
N
N w S
n
B
R C
U
=
=
(21)
Для
определения
основной
кривой
намагничивания
снимают
семейство
петель
гистерезиса
при
различных
токах
через
образец
.
Ток
регулируется
реостатом
R
.
Кривую
намагничивания
строят
,
проводя
плавную
кривую
через
вершины
петель
гистерезиса
(
А
1
,
А
2
,…).
B
B
A
Nx
Ny
H
H
A
A
Hc
Рис
. 9
75
Выполнение
работы
1.
Зарисовать
схему
(
рис
. 6),
элементы
которой
имеют
следующие
параметры
:
R
1
= (33,0 ± 1,5)
Ом
,
d
1
= (6,40 ± 0,05)
см
,
w
1
= 100
витков
,
R
2
= (100 ± 5)
кОм
,
d
2
= (8,00 ± 0,05)
см
,
w
2
= 200
витков
,
С
= (1,0 ± 0,1)
мкф
,
h
= (2,00 ± 0,05)
см
.
2.
Вычислить
необходимые
для
дальнейших
расчетов
значения
ℓ
и
S
по
формулам
(
)
1
2
π
2
d
d
=
+
l
и
(
)
2
1
2
h
S
d
d
=
-
и
их
абсолютные
погрешно
-
сти
(
см
.
рис
. 7).
3.
Включить
осциллограф
и
при
выключенной
развертке
вывести
электронный
луч
в
центр
осциллографа
.
4.
Подключить
схему
к
сети
.
5.
Реостатом
R
добиться
,
чтобы
петля
гистерезиса
имела
участок
на
-
сыщения
,
а
ручками
осциллографа
«
усиление
по
вертикали
»
и
«
усиление
по
горизонтали
»
добиться
,
чтобы
осциллограмма
занимала
большую
часть
экрана
.
Внимание
!
При
всех
дальнейших
измерениях
исключить
всякую
регулировку
осциллографа
.
6.
Измерить
ламповым
вольтметром
U
x
эфф
и
U
у
эфф
.
Записать
показа
-
ния
прибора
и
определить
абсолютные
ошибки
измерений
,
руководствуясь
классом
точности
,
указанном
на
шкале
вольтметра
.
7.
Определить
координаты
N
x
и
N
y
вершины
петли
гистерезиса
в
де
-
лениях
координатной
сетки
с
точностью
до
половины
деления
.
8.
Уменьшая
ток
реостатом
R
,
получить
и
зарисовать
на
одном
листе
прозрачной
бумаги
семейство
из
6–7
петель
гистерезиса
,
а
также
измерить
и
определить
соответствующие
им
значения
напряжений
и
координат
вер
-
шин
петель
гистерезиса
.
Результаты
измерений
вместе
с
рассчитанными
погрешностями
за
-
нести
в
табл
. 1.
Таблица
1
№
п
/
п
U
x
эфф
(
В
)
U
y
эфф
(
В
)
N
x
(
дел
.)
N
y
(
дел
.)
1
2
3
9.
Определить
число
делений
на
единицу
напряженности
и
на
еди
-
ницу
индукции
n
x
и
n
y
для
каждой
петли
гистерезиса
по
формулам
(20)
и
(21).
Результат
занести
в
табл
. 2.
Привести
пример
расчета
.
Следует
пом
-
нить
,
что
в
СИ
напряженность
магнитного
поля
измеряется
в
А
/
м
,
а
маг
-
нитная
индукция
–
в
тесла
(
Тл
).
Поэтому
при
соответствующих
расчетах
все
величины
должны
браться
в
единица
СИ
.