Электрическая схема установки

 

Электрическая схема (рис. 4) включает в себя: источник переменного напряжения (генератор) и сопротивление R ₁ в цепи намагничивающей катушки L ₁; вторичную измерительную катушку L ₂; (катушки L ₁ и L ₂ намотаны на общий ферромагнитный сердечник); сопротивление R ₂ и конденсатор С в цепи катушки L ₂.

Рис.2

Для получения петли гистерезиса на экране осциллографа необходимо подать на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (вход Х осциллографа) напряжение U _х, пропорциональное напряженности Н намагничивающего поля, а на вертикально отклоняющие пластины – напряжение U _y, пропорциональное индукции В в исследуемом образце. Тогда за один период изменения синусоидального тока в катушке L ₁ электронный луч на экране опишет полную гистерезисную петлю и в каждый последующий период повторит ее. (Устройство осциллографа описано в работе 13)

При изменении силы переменного тока через L ₁ будет изменяться и гистерезисная петля, причём вершины всех петель будут лежать на основной кривой намагничивания (рис. 5). Напряжение U _х снимается с сопротивления R ₁, соединённого последовательно с намагничивающей катушкой L ₁. Ток в намагничивающей цепи , а напряжённость намагничивающего поля , где N₁ и соответственно число витков и длина катушки L ₁.

Таким образом,

, (1)

 

следовательно, напряженность намагничивающего поля пропорциональна падению напряжения на сопротивлении R ₁.

Напряжение U _у, снимаемое с конденсатора С в цепи катушки L ₂ (Вход Y), пропорционально индукции В в образце. Известно, что падение напряжения на конденсаторе:

, (2)

где q – заряд конденсатора; С – ёмкость конденсатора; I ₂ – ток через конденсатор.

Мгновенное значение тока I ₂ в цепи L ₂ определяется ЭДС индукции , возникающей в L ₂, её индуктивностью и омическим сопротивлением, а также сопротивлением R ₂ и ёмкостью конденсатора С. Омическое сопротивление катушки ничтожно мало по сравнению с R ₂. Реактивные сопротивления катушки L ₂ и конденсатора С также значительно меньше R ₂ вследствие малой индуктивности и большой ёмкости конденсатора. Поэтому ток I ₂ определяется практически величиной сопротивления R ₂:

. (3)

По закону электромагнитной индукции:

, (4)

где – потокосцепление; N ₂ – число витков катушки L ₂; S – сечение образца; Ф – магнитный поток, пронизывающий образец; В – индукция в нём.

Из выражений (2)–(4) следует пропорциональность U _у и В:

. (5)

Так как напряжение на конденсаторе С в цепи катушки L ₂ определяется интегралом тока I ₂, то такая цепь в электротехнике называется интегрирующей цепью.

Напряжения U _х и U _у, соответствующие вершине петли гистерезиса, определяются следующим образом. Необходимо замерить на экране осциллографа координаты вершины петли гистерезиса x _макс и y _макс , тогда U _x = h · x _макс и U _y = b · y _макс , h и b цена деления по осям ОХ и ОУ соответственно.

Напряженность магнитного поля равна:

. (6)

Аналогично из формулы (5) определяется индукция В _макс:

. (7).

При увеличении частоты по закону электромагнитной индукции в проводящем ферромагнетике возрастают вихревые токи, которые, согласно правилу Ленца, создают своё магнитное поле, противодействующее изменению внешнего поля. Поэтому индукция в образце уменьшается, что в соответствии с формулой эквивалентно уменьшению магнитной проницаемости m. Кроме того, уменьшение магнитной проницаемости с ростом частоты объясняется инерционностью доменов – на высокой частоте они не успевают следовать за изменением внешнего поля. Однако, эта причина реально проявляется лишь на очень высоких частотах, и актуальна обычно для высокоомных ферритов, в которых индукционные токи, в отличие материалов типа железа, пренебрежимо малы.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с электрической схемой.

2. Включить осциллограф, отрегулировать яркость и фокусировку светового пятна регуляторами, расположенными под экраном осциллографа. Ручками смещения по осям ОХ (на рис. 6 ручка 3) и ОУ (на рис. 6 ручка 1) выставить пятно в центр экрана. Переключатель 5 установить в положение 1 В/дел (это значение соответствует коэффициенту b в соответствующих формулах расчета), а ручку 6 плавной регулировки, находящейся на переключателе 5, повернуть по часовой стрелки до упора.

3. Включить генератор в сеть. Регулятором частоты на генераторе (расположенном в центре лимба с круговой шкалой, обозначенной “ Hz ”) и множителем частоты (расположенном слева от лимба регулятора частоты) установить частоту 50 Гц. Регулятором амплитуды выходного сигнала на генераторе (расположен справа от лимба регулятора частоты) подать сигнал в электрическую схему и получить на экране осциллографа петлю гистерезиса (рис. 6). Добиться получения максимально возможной, но не выходящей за пределы экрана, гистерезисной кривой (при этом координата вершины петли x _max = 5 делений). Кнопки 2 и 4 должны быть нажаты. Убедиться, что петля гистерезиса расположена симметрично относительно начала координат, при необходимости с помощью ручек 1 и 3 провести дополнительную центровку.

4. Произвести отсчёт координат точек и гистерезисной петли и записать их в подготовленную форму (табл. 1): Для этой кривой снять также координаты точек, соответствующих H _к (у ^’ = 0, x ’), и B_ост (x ^’ = 0, y ^’). Измерения производить, уменьшая напряжение на выходе генератора, поворачивая против часовой стрелки ручку регулятора выхода так, чтобы координата x менялась через половину большого деления (» 5 мм). В процессе измерения по указанию преподавателя можно изменять масштаб по оси y (коэффициент b): при малых Н (x = 0 – 1 деление) можно использовать например, b = 0,5В/дел (регулировка осуществляется переключателем 5). Рекомендуемый масштаб для коэффициента b = 1 В/дел.

 

Таблица 1. Измерение параметров гистерезисной петли.

xмакс, дел	Hмакс, A/м	yмакс, дел	b, В/дел	Вмакс, Тл	, дел	Hк, А/м	, дел	Вост, Тл	µ	Dµ
4,5
…

*Записать погрешности всех прямых измерений.

 

5. Исследовать зависимость магнитной проницаемости от частоты. Для этого при x_макс = 3 деления зафиксировать значение y_макс на разных частотах в соответствии таблицей 2.

 

Таблица 2. Измерение параметров гистерезисной петли.

f, Гц	xмакс, дел	Hмакс, A/м	b, В/дел	yмакс, дел	Вмакс, Тл	µ	Dµ

*Записать погрешности всех прямых измерений.

 

6. Выключить генератор и осциллограф.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: