Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Измерение магнитных величин.
Общие сведения.
Измерение магнитного потока в постоянном магнитном поле.
Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля.
Основные характеристики магнитных материалов.
Определение динамических характеристик.
Примеры.
Задачи магнитных измерений. Область электроизмерительной техники, которая занимается измерениями магнитных величин, обычно называют магнитными измерениями. С помощью методов и аппаратуры магнитных измерений решаются в настоящее время самые разнообразные задачи. В качестве основных из них можно назвать следующие: измерение магнитных величин (магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и т.д.); определение характеристик электромагнитных материалов; исследование электромагнитных механизмов; измерение магнитного поля Земли и других планет; изучение физико-химических свойств материалов (магнитный анализ); исследование магнитных свойств атома и атомного ядра; определение дефектов в материалах и изделиях (магнитная дефектоскопия) и т.д. Несмотря на разнообразие задач, решаемых с помощью магнитных измерений, определяется обычно всего несколько основных магнитных величин. Причем во многих способах измерения магнитных величин фактически измеряется не магнитная, а электрическая величина, в которую магнитная преобразуется в процессе измерения. Интересующая нас магнитная величина определяется расчетным путем на основании известных зависимостей между магнитными и электрическими величинами. Теоретической основой подобных методов является второе уравнение Максвелла, связывающее магнитное поле с полем электрическим, которые являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем.
Общие сведения.
Магнитоизмерительная техника особенно интенсивно развивается в последнее десятилетие. Это связано с широким использованием средств и методов магнитоизмерительной техники и магнитных материалов в различных областях науки техники и производства, а также обусловлено появлением новых возможностей магнитоизмерительной техники, основанных на новейших достижениях в области физики и электроники.
Основные задачи решаемые с помощью магнитоизмерительной техники: измерение магнитных величин, определение характеристик магнитных материалов; исследование электромагнитных механизмов; измерение магнитного поля Земли и других планет; изучение физико- химических свойств материалов; определение дефектов в материалах и изделиях. Несмотря на разнообразие задач решаемых с помощью магнитных измерений обычно определяется всего несколько магнитных величин: магнитный поток, магнитная индукция намагниченность, магнитный момент и другие.
Магнитоизмерительный прибор, как правило, состоит из двух частей – измерительного преобразователя для преобразования магнитной величины в величину другого вида, более удобную для дальнейших операций. И измерительного устройства для измерения выходной величины измерительного преобразователя.
В каждой из этих групп имеются разновидности преобразователей, основанные на различных физических явлениях. Наиболее широко используются следующие явления: 1) электромагнитная индукция; 2) силовое взаимодействие измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита или контура с током; 3) гальваномагнитные измерения; 4) изменение магнитных свойств материалов в магнитном поле; 5) взаимодействие микрочастиц с магнитным полем; 6) сверхпроводимость.
Наименование магнитоизмерительного прибора обычно определяется названием единицы физической величины, для измерения которой он предназначен, а иногда также наименованием используемого в не магнитоизмерительного преобразователя.
Для определения параметров и характеристик магнитных материалов используют либо специальные установки, предназначенные для испытания различных магнитных материалов при определенных условиях, либо набор средств измерений и вспомогательных устройств.
Измерение магнитного потока в постоянном магнитном поле.
При измерении магнитного потока обычно используют явление электромагнитной индукции. Магнитоизмерительный преобразователь основанный на этом явлении называют индукционным. Он представляет собой катушку, витки которой сцепляются с измеряемым магнитным потоком. При изменении потока Ф в катушке с число витков ώк возникает ЭДС e, определяемая соотношением:
Из этого выражения видно, что с помощью катушки магнитная величина поток Ф может быть преобразована в электрическую величину – ЭДС. Индукционный преобразователь с известной постоянной, определяемой как сумма площадей поперечных сечений всех витков обмотки, называют измерительной катушкой.
Существуют также вращающие и вибрирующие измерительные катушки для определения характеристик постоянных магнитных полей. Измерение выходной ЭДС в этом случае осуществляются вольтметрами средних значений.
Индукционные преобразователи, с периодически изменяющейся во времени выходной, ЭДС называют индукционно – периодическими.
Измерения в постоянных магнитных полях при помощи баллистического гальванометра.
При работе гальванометра в баллистическом режиме его показания пропорциональны количеству электричества импульса тока в подвижной части. На этом основано измерение значений магнитных величин в постоянных полях с использованием индукционно – импульсного преобразователя, который выполнен в виде измерительной катушки.
Для измерения магнитного потока измерительная ИК (рис 1.) катушка с известным числом витков помещается в поле так, чтобы ее осевая линия совпадала с направлением поля, подключается к баллистическому гальванометру БГ, а затем быстро удаляется из поля. Изменение потока Ф сцепленного с катушкой, вызывает в ней ЭДС которая уравновешивается падением напряжения в цепи:
(1)
или
(2)
рис 1.
Где R=Rr+Rк+RД – полное активное сопротивление цепи;
L – индуктивность цепи.
Интегрируя выражение (2) в пределах от 0 до t1 при начальных условиях Ф(0)=Ф; Ф(t1)=0; i(0)=0; i(t1)=0 и считая L постоянной величиной, получаем
Ф=(R/ώк)Q, (3)
где Q – количество электричества в импульсе.
При длительности импульса тока tи много меньшей периода свободных колебаний подвижной части гальванометра Т0, можно полагать, что первый максимальный отброс стрелки указателя с достаточной точностью пропорционален количеству электричества в импульсе
Q=CQa1m, (4)
где СQ – цена деления гальванометра по количеству электричества
подставив выражение для Q в (3), получим
Ф=(Сф/ώк) a1m, (5)
Где Сф=СQR – цена деления гальванометра по магнитному потоку.
Из (5) видно, что для определения магнитного потока необходимо располагать ценой деления Сф которая зависит от сопротивления цепи R. В связи с этим ее определяют экспериментально при включении в цепь используемой измерительной катушки магазина сопротивлений RД для создания оптимального режима с точки зрения чувствительности и успокоения(рис2).
рис 2.
Чтобы определить СФ переключатель SA переводят из положения 1 в положение 2. изменение тока от значения + I до значения –I вызовет изменение потокосцепления вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности М, используемой в качестве меры магнитного потока. Это изменение выражается соотношением :
2ώ2Ф=2МI1/a1m, (6)
где Ф – поток, создаваемый током I1, протекающим по обмотке ώ1; а1m – максимальное отклонение указателя гальванометра, обусловленное импульсом тока в цепи обмотки ώ2, при коммутации тока I1.
Из (6) следует, что
Сф=2МI1/a1m,
Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля принципиально не отличается от измерения магнитного потока и основано на известной зависимости между потоком, индукцией и напряженностью магнитного поля.
Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля.
Для измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля используют – Тесламетры. Тесламетр – магнитоизмерительный прибор для измерения магнитной индукции, шкала которого градуирована в единицах магнитной индукции – теслах.
Магнитоизмерительным преобразователем в рассматриваемом приборе является гальваномагнитный преобразователь Холла, в котором под действием магнитного поля возникает ЭДС.
К гальваномагнитным относятся также магниторезисторный преобразователь, в котором используется изменение его электрического сопротивления в магнитном поле.
Принцип действия тесламетра с преобразователем Холла показан на рисунке3
.
Рис 3.
Наряду с тесламетрами с преобразователем Холла широко используются ферромодуляционные тесламетры и тесламетры ядерно- резонансного типа.
Основные характеристики магнитных материалов и определение их динамических свойств.
К магнитным материалам относят кристаллические вещества, состоящие из областей, называемых доменами, результирующие магнитные моменты которых в отсутствие внешнего магнитно поля отличны от нуля.
Различают две группы магнитных материалов – ферромагнетики и ферримагнетики. В первую группу входят чистое железо, а также его соединения и сплавы с кремнием, никелем, хромом, кобальтом, молибденом и другими соединениями; во вторую – материалы на основе оксидов железа, цинка, никеля, лития и других металлов.
Практическое использование магнитных материалов требует знания их магнитных свойств. Для определения свойств проводят испытания магнитных материалов. В итоге получают магнитные характеристики.
Статическими называются характеристики полученные в постоянных ил медленно изменяющихся магнитных полях. При определении характеристик магнитных материалов используют образцы этих материалов в виде замкнутых или разомкнутых магнитных цепей.
Наиболее точным является определение характеристик магнитных материалов в замкнутой цепи, так как это исключает погрешности в измерении напряженности поля , вызываемые наличием воздушных участков цепи.
Динамическими называют характеристики магнитных материалов полученные в переменных полях. Эти характеристики зависят на только от свойств материала, но и от целого ряда факторов, таких как форма и размеры образца, толщина листа, форма кривой и частота поля, способ получения характеристик и др. ввиду этого они лишь условно могут быть названы характеристиками материала. Основными динамическими характеристиками магнитных материалов являются различные виды магнитной проницаемости, а также магнитные потери.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В. Н. Малиновский, Р. М. Демидова-Панферова, Ю. Н. Евланова и др.; Под ред. д-ра техн. наук В. Н. Малиновского. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 416 с., ил.
2. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник пособие
для вузов/ Б. А. Авдеев, Е. М. Антонюк, Е. М. Душин и др.; Под ред. Е. М. Душина. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. – 480 с.: ил.
3. Электрические измерения. Учебник для вузов. Изд. 4-е. Под ред.
А. В. Фремке. Л., «Энергия», 1973. – 424 с. с ил.
ОГЛАВЛЕНИЕ
|
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………….. |
2 |
|
ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ |
|
|
1. Общие сведения……………………………………………………………………………….. |
3 |
|
2. Измерение магнитного потока в постоянном магнитном поле …... |
4 |
|
3. Измерение магнитной индукции и напряженности магнитного поля…………………….............................................................................. |
7 |
|
4. Основные характеристики магнитных материалов и определение их динамических свойств…………..…………...................................................... |
8 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………….. |
9 |
А
mV
Y