Список рекомендуемой литературы. 1. Электронный каталог РУП «Витебский завод радиодеталей «Монолит»» / catalog-2008.pdf - Витебск, 2008.- 66 с
1. Электронный каталог РУП «Витебский завод радиодеталей «Монолит»» / catalog-2008.pdf - Витебск, 2008.- 66 с.
2. УДК 621.315. С71 Справочник по электротехническим материалам в 3-х т. под редакцией Ю.В.Корицкого и др. Издание 3-е переработанное. М. «Энергия» 1988г.
4. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых диэлектрических материалов. – С.-Петербург: Лань, 2002.
Лабораторная работа № 5
«Измерение магнитной проницаемости и магнитной индукции ферромагнитных материалов»
Цель лабораторной работы:изучение методики измерения основных характеристик магнитных материалов и приобретение навыков их измерения. Ознакомление с основными свойствами ферромагнитных материалов электронной техники, сравнение магнитных материалов различных групп.
Краткие теоретические сведения
Магнитными веществами или магнетиками называются вещества, обладающие магнитными свойствами. Под магнитными свойствами понимается способность вещества приобретать магнитный момент, то есть намагничиваться при воздействии на него магнитного поля.
Магнитные свойства материалов определяются следующими основными характеристиками:
Намагниченность [А/м] – это отношение магнитного момента тела к его объему
 ;
| (5.1) |
Где: V – объем тела [м3], m – магнитный момент тела.
Магнитная восприимчивость χm (безразмерная величина) определяется как отношение намагниченности к напряженности магнитного поля
|
|
|
 ;
| (5.2) |
Где: H – напряженность магнитного поля для кольцевого проводника: 
где w – число витков, I – ток проводника, dср – средний диаметр кольцевого проводника (образца). Магнитная восприимчивость характеризует способность вещества изменять свой магнитный момент под действием внешнего магнитного поля. В вакууме χm=0.
Магнитную индукцию В [Тл] нужно рассматривать как сумму двух составляющих: внешней H и внутренней M
 ;
| (5.3) |
где: μ0 – магнитная постоянная или проницаемость вакуума μ0=4π∙10-7 [Гн/м].
Магнитная проницаемость является характеристикой среды, в которой возникает магнитное поле.
Абсолютная магнитная проницаемость μа [Гн/м] или [Тл/м] определяется формулой:
 ;
| (5.4) |
Относительная магнитная проницаемость (безразмерная величина) является свойством среды и определяется формулой:
 ;
| (5.5) |
Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью: 
.
По поведению в магнитном поле все материалы делятся на следующие группы: 1) диамагнетики ( 
); 2) парамагнетики ( 
); 3) ферромагнетики ( 
); 4) ферримагнетики ( ).
Принадлежность к той или иной группе определяется строением электронных оболочек атомов. Каждый атом можно рассматривать как элементарный магнитик (домен). От их взаимного расположения в отсутствие магнитного поля и зависит их поведение в магнитном поле.
|
|
|
В электронной технике, в качестве магнитных материалов применяются ферро- и ферримагнетики, имеющие высокую магнитную проницаемость.
К ферромагнетикам относят чистые металлы: железо, кобальт, никель, и их сплавы с неферромагнитными веществами, а также редкоземельные металлы при низких температурах.
Ферримагнетики (ферриты) представляют собой сложные оксиды металлов. Они широко применяются в электронной технике, благодаря большому разнообразию свойств.
Основной классификационный параметр ферромагнитных материалов, это его зависимость намагниченности М от напряженности внешнего магнитного поля Н. Эта зависимость сильно зависит от внешних воздействующих факторов (температура, давление, механические напряжения) и различных кристаллографических направлений приложенного поля. Кривая зависимости индукции первоначально размагниченного образца от напряженности внешнего поля носит название первичной, или основной, кривой намагничивания. Зависимость намагниченности, или индукции, от напряженности поля обычно имеет вид, представленный на рис. 5.1. В полях относительно малой напряженности намагничивание происходит в основном за счет роста доменов, имеющих вектор намагниченности, близкий к направлению внешнего поля. В этом случае процесс протекает обратимо. Дальнейшее увеличение внешнего поля приводит к росту границ доменов. Движение границ, в основном, не обратимое. Процесс смещения продолжается до тех пор, пока не исчезнут все домены. Дальнейший рост индукции возможен за счет вращения вектора намагниченности доменов параллельно внешнему полю. После того, как процесс вращения закончился, материал оказывается намагниченным до состояния технического насыщения, отмеченного точкой Bs.
|
|
|
Рис. 5.1. Петля гистерезиса и основная кривая намагничивания (пунктир).
Если после достижения магнитного насыщения уменьшить напряженность магнитного поля до нуля, то вектор намагниченности будет поворачиваться в направлении оси легкого намагничивания до совпадения с ней. Индукция при размагничивании, соответствующая нулевому полю, называется остаточной индукцией и обозначается Br рис. 5.1.
При приложении поля противоположного знака возникают домены с векторами намагниченности, направление которых близко к направлению этого поля. Рост границ этих доменов приводит к тому, что при некотором значении внешнего поля индукция обращается в нуль. Напряженность внешнего поля, которое необходимо приложить для размагничивания, называется коэрцитивной силой. Ее принято обозначать – Hc. Все процессы намагничивания и размагничивания описывают кривую перемагничивания, называемую петлей гистерезиса. Площадь этой петли пропорциональна работе, затраченной внешним полем на перемагничивание за один цикл. Эта работа идет на нагревание материала и называется потерями на гистерезис.
|
|
|
В большинстве случаев, на магнитные материалы действуют переменные магнитные поля. При этом к потерям на гистерезис, пропорциональным площади петли гистерезиса и частоте, добавляются потери , связанные с возникновением вихревых токов. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты и квадрату площади поперечного сечения токопроводящего контура, а также обратно пропорциональны проводимости материала.
При намагничивании переменным магнитным полем наблюдается отставание по фазе индукции от напряженности магнитного поля. Угол отставания принято называть углом потерь δ, а потери в сердечниках тангенсом угла магнитных потерь – tgδ.
Для изготовления электромагнитных элементов электронной аппаратуры используются магнитомягкие магнитные материалы, которые по принципу электропроводности разделяют на три группы: проводниковые (электротехнические стали и сплавы), полупроводниковые (ферриты), диэлектрические (магнитодиэлектрики).
В зависимости от конкретных условий применения к магнитным материалам предъявляются различные требования, но есть и общие.
1. Магнитный материал должен легко намагничиваться и размагничиваться, обладать узкой петлей гистерезиса, малой коэрцитивной силой, большими значениями μ.
2. Магнитный материал должен обладать большой индукцией насыщения, тем самым обеспечивать прохождение максимального магнитного потока через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода (при этом снижаются габариты устройства).
3. Магнитный материал должен иметь, возможно, меньшую мощность потерь. В некоторых случаях, например в дросселях фильтров, рационально использовать материалы с большими потерями. При этом затухание высоких частот будет вызвано не только действием самого фильтра, но и потерями в магнитопроводе.
4. Предпочтительно использовать материалы, имеющие высокую технологичность.
5. Желательно, чтобы материал обладал стабильностью параметров при воздействии дестабилизирующих факторов (температура, вибрация, механические напряжения и др.).
Описание стенда.
В лабораторной работе измерение параметров петли гистерезиса выполняется осциллографическим методом, схема стенда приведена на рис 5.2. Суть метода заключается в том, что на вход горизонтальной развертки подают сигнал воздействия (пропорциональный напряженности поля), а на вход вертикальной развертки подают сигнал реакции (пропорциональный индукции в сердечнике). При этом на экране осциллографа можно наблюдать изображение петли гистерезиса, аналогичной рис. 5.1.
Напряженность поля в любой точке петли определяется выражением:
 ,
| (5.6) |
где ux – напряжение, снимаемое с шунтового резистора R1, W1 – число витков первичной обмотки, lм – средняя длина магнитной линии сердечника (значения этих величин указаны на лабораторном стенде).
По закону электромагнитной индукции, ЭДС наводимая во вторичной обмотке W2 пропорциональна скорости изменения индукции, определяется
 ,
| (5.7) |
где W2 – количество витков вторичной обмотки, Sм – площадь поперечного сечения сердечника.
Рис. 5.2 Принципиальная схема стенда для измерения параметров ферромагнитных сердечников.
Для того, чтобы получить сигнал, пропорциональный индукции, необходимо интегрировать наводимую ЭДС
 ,
| (5.8) |
Функцию интегрирования в стенде выполняет цепь Rи Cи. Напряжение на конденсаторе uc пропорционально изменению индукции в сердечнике. Интегрирующая цепь имеет частотно-зависимый коэффициент передачи – k
 ,
| (5.9) |
Для определения модуля коэффициента передачи можно воспользоваться результатами измерения напряжений u2 и uс, выполненных вольтметром.
Решая совместно уравнения (4.8) и (4.9), можно показать соответствие текущих значений напряжения uс и индукции сердечника B
 ,
| (5.10) |
где f – частота, на которой производится измерение, k – модуль коэффициента передачи интегрирующего звена.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 328; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!