Измерение магнитного потока (МП)
МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Обычно измеряют всего несколько основных магнитных величин: магнитный поток Ф, магнитная индукция В, напряженность магнитного поля Н, намагниченность М, магнитный момент и др. Причем во многих способах измерения магнитных величин фактически измеряется не магнитная, а электрическая величина, в которую магнитная величина преобразуется в процессе измерения. Измеряемая величина определяется расчетным путем на основании известных зависимостей между магнитными и электрическими величинами.
В настоящее время известно много разнообразных приборов и способов для измерения магнитной индукции, магнитного потока и напряженности магнитного поля. Как правило, прибор для измерения магнитных величин состоит из 2 частей - измерительного преобразователя, назначение которого является преобразование магнитной величины в величину иного рода (электрическую, механическую, оптическую), более удобную для измерения выходной величины измерительного преобразователя.
При исследовании магнитных характеристик веществ применяются баллистический (или импульсно-индукционный), магнитометрический, электродинамический, индукционный, вибрационный, пондеромоторный, мостовой, ваттметрический, калориметрический, резонансный и нейтронографический методы.
Баллистический метод до недавнего времени был одним из наиболее распространенных методов определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов. Он основан на измерении количества электричества, протекающего через витки катушки, охватывающей образец, при быстром изменении магнитного по-
тока, сцепляющегося с этой катушкой. Изменение магнитного потока может быть осуществлено несколькими способами: удалением катушки из поля, изменением ее положения в пределах поля и изменением направления поля. Данный метод позволяет определить основную кривую магнитной индукции или намагниченности, петлю магнитного гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов. Основным недостатком баллистического метода является то, что он требует значительных временных затрат и плохо поддается автоматизации.
|
|
|
Электродинамический метод состоит в измерении угла поворота рамки с током, находящейся в магнитном поле намагниченного образца. Данным методом можно определить основную кривую и петлю магнитного гистерезиса, причем шкала прибора может быть проградуирована непосредственно в единицах измеряемой величины (индукции или напряженности поля).
Индукционный метод заключается в измерении электродвижущей силы (э.д.с.) индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке, намотанной на исследуемый образец, намагничиваемый полем, создаваемым пропусканием переменного тока через первичную обмотку. Индукционный метод позволяет определять основную кривую по намагниченности и по индукции, петлю магнитного гистерезиса и различные виды магнитной проницаемости. Данный метод может использоваться и для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях, а также магнитной восприимчивости диа- и парамагнетиков в радиочастотном диапазоне .
|
|
|
Мостовой метод заключается в измерении на переменном токе индуктивности и активного сопротивления катушки с сердечником, в качестве которого используется исследуемый ферромагнитный образец, путем уравновешивания измерительного моста с помощью переменных активного сопротивления и индуктивности или активного сопротивления и емкости. Этот метод позволяет определить зависимость магнитной индукции и намагниченности от величины намагничивающего поля, начальную, среднюю и комплексную магнитные проницаемости, комплексное магнитное сопротивление, коэффициент потерь и полных потерь. Недостатком метода является зависимость результатов измерений от взаимного влияния индуктивных и емкостных элементов моста друг на друга, индуктивности неиндуктивных элементов и наличие паразитных проводимостей. Погрешность измерений может быть доведена до 3-5 %.
|
|
|
Резонансный метод основан на сравнении индуктивности с исследуемым образцом и известной индуктивности посредством настройки измерительной схемы в резонанс или на определении индуктивности с образцом с помощью измерителя добротности (куметра).
Нейтронографический метод применяется для исследования магнитной структуры ферромагнитных и антиферромагнитных веществ. Он основан на явлении магнитного рассеяния нейтронов в результате взаимодействия магнитного момента нейтронов с магнитными моментами частиц вещества.
Измерение магнитного потока (МП)
Производится косвенным методом. С помощью баллистического гальванометра или веберметра находят потокосцепление Δψ, и на основании известного равенства Δψ=w*Фвычисляют значение Фх.
В схеме измерения магнитных величин, такой преобразователь называют измерительной катушкой (ИК). ИК должна иметь определенные размеры, форму и располагаться так, чтобы сцепляться только с измеряемым потоком.
|
|
|
С помощью ИК могут быть найдены параметры постоянного и переменного магнитного полей. При измерении параметров переменного магнитного поля, в зависимости от способа, могут быть определены мгновенные или амплитудные значения ЭДС, а также амплитуды первых гармоник при коммутации цепи.
Веберметр (Вм) представляет собой магнитоизмерительный прибор для нахождения величины МП в веберах. Градуировка шкалы в именованных единицах существенно упрощает работу по определению МП, в сравнении с измерениями баллистическим гальванометром.
По виду выходной величины Вм бывают магнитоэлектрическими (использование ИК), фотогальванометрическими (использование гальваномагнитных явлений), электронными аналоговыми и цифровыми.
Наиболее простая в применении, а значит и самая распространенная схема для измерений МП приведена на рисунке 1. В замкнутом контуре МП Ф стремится остаться неизменным. Изменение потокосцепления с ИК, вызовет изменение потокосцепления с подвижной катушкой веберметра μWb, которая повернется на соответствующий угол. Вместе с подвижной частью Вм перемещается и стрелка-указатель.
Магнитоэлектрические веберметры не имеют противодействующего момента, но это компенсируется большой силой магнитного успокоения, поэтому стрелка прибора может занимать произвольное положение по шкале. Измерение МП при этом сводится к вычитанию из текущих показаний прибора предыдущего значения.
Отклонение стрелки веберметра зависит от количества витков ИК, изменения МП и постоянной веберметра:
При необходимости измерений в области малых величин применяютфотогальванометрический веберметр (ФГВ). Схема ФГВ представлена на рис. 2. При изменении потокосцепления магнитного поля Фх с ИК, появляется ЭДС.
В цепи гальванометра появляется электрический ток, в результате поворотная часть гальванометра отклоняется пропорционально ЭДС. При повороте зеркала гальванометра, световой поток передающийся фотоэлементу изменяется. Ток на выходе фотоэлемента усиливается при помощи усилителя УПТ.
Из схемы видно, что гальванометр имеет обратную отрицательную связь по току. R и C элементы интегрируют выходной ток усилителя в напряжение обратной связи. Вращение гальванометра будет происходить до тех пор, пока не уравновесятся ЭДС катушки и напряжение обратной связи.
Шкала миллиамперметра градуируется в веберах. По показаниям амперметра судят о величине МП. Благодаря обратной связи, схема обладает высоким входным сопротивлением, что позволяет применять ИК с сопротивлением до 100 Ом. Погрешность ФГВ находится в пределах от 1 до 4%, диапазон измерений от 2 до 500 мкВб.
Измерение МП с меньшей погрешностью возможно при использовании электронных цифровых и аналоговых веберметров. В цифровом Вм измерение Фх осуществляется путем определения времени разряда конденсатора, заряжаемого током ИК. Погрешность определения цифровыми приборами составляет 0,5 %, в диапазоне работ от 0,01 до 10 мкВб.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!