Магнитные измерения

Министерство образования Украины

Запорожский государственный технический университет

Кафедра ЕПА

Выполнил студент группы Э-219 Шило С.И.

Принял Андрияс И.А.

2000

Содержание

 Общие сведения о магнитных измерениях

 Определение задач магнитных измерений

 Магнитные величины и их основные характеристики

 Электродинамический логометр

 Принципы построения приборов и способы измерения магнитного потока, магнитной индукции и напряженности магнитного поля

 Применение баллистического гальванометра

 Флюксметр

 Пермеаметры

 Исследование стали в переменном магнитном поле

 Осциллографирование кривой гистерезиса.

 Список использованной литературы

Введение

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 магнитных 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, определяются обычно всего несколько основных магнитных величин: магнитный поток Ф, магнитная индукция В, напряженность магнитного поля H, намагниченность М, магнитный момент т и др. Причем во многих способах измерения магнитных величин фактически измеряется не магнитная, а электрическая величина, в которую магнитная величина 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; эти поля являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем.

Используются в магнитных измерениях и другие (не только электрические) проявления магнитного поля, например механические, оптические.

Настоящая глава знакомит читателя лишь с некоторыми способами определения основных магнитных величин и характеристик магнитных материалов.

Меры магнитных величин. Единицы магнитных величин воспроизводятся с помощью соответствующих эталонов. У нас в стране имеется первичный эталон магнитной индукции и первичный эталон магнитного потока. Для передачи размера единиц магнитных величин от первичных эталонов рабочим средствам измерений используют рабочие эталоны, образцовые и рабочие меры магнитных величин и образцовые средства измерений. Примером передачи размера единиц может служить градуировка или поверка приборов для измерения магнитных величин, которая проводится с помощью мер магнитных величин и образцовых средств измерений.

В качестве меры магнитной индукции (напряженности магнитного поля) могут быть использованы катушки специальной конструкции (например, кольца Гельмгольца, соленоид), по обмоткам которых протекает постоянный ток, постоянные магниты.

В качестве меры магнитного потока обычно используют взаимоиндуктивную меру магнитного потока, состоящую из двух гальванически не связанных между собой обмоток и воспроизводящую магнитный поток, сцепляющийся с одной из обмоток, когда по другой обмотке протекает электрический ток.

Принципы построения приборов и способы измерения магнитного потока, магнитной индукции и напряженности магнитного поля

Принципы построения приборов для измерения магнитных величин. 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 двух частей — измерительного преобразователя, назначением которого является преобразование магнитной величины в величину иного вида (электрическую, механическую), более удобную для дальнейших операций, и измерительного устройства для измерения выходной величины измерительного преобразователя.

Измерительные преобразователи, входной величиной которых является магнитная величина, называют магнитоизмерительными и в соответствии с видом выходной величины делят на три основные группы: магнитоэлектрические преобразователи (выходная величина электрическая), магнитомеханические (выходная величина механическая) и магнитооптические (выходная величина оптическая).

В каждой из этих групп много разновидностей преобразователей, основой для создания которых служат те или иные физические явления. В качестве основных, наиболее широко используемых явлений могут быть названы следующие:

 явление электромагнитной индукции;

 силовое взаимодействие измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита или контура с током;

 гальваномагнитные явления;

 явление изменения магнитных свойств материалов в магнитном поле;

 явления, возникающие при взаимодействии микрочастиц с магнитным полем.

Вторая часть прибора для измерения магнитных величин может быть либо обычным прибором для измерения электрической величины, либо прибором со специальными характеристиками.

1. Применение баллистического гальванометра

В лабораторной практике при исследованиях электрических машин, аппаратов, трансформаторов, при испытаниях магнитных материалов, применяемых в производстве на электротехнических заводах, часто возникает необходимость измерения магнитных величин, как то: магнитного потока, магнитной индукции, магнитодвижущей силы, напряженности магнитного поля, магнитной проницаемости, а также потерь на гистерезис и вихревые токи в ферромагнитных материалах.

В большинстве случаев магнитные величины измеряют косвенным методом — путем измерения тех или иных электрических величин (тока, э.д.с., количества электричества), функционально связанных с измеряемой магнитной величиной. Измерения магнитных величин в настоящее время составляют большой самостоятельный раздел измерительной техники с глубоко развитой теорией.

Некоторые методы и аппаратуру для магнитных измерений используют не только в лабораториях, специализированных в области магнитных измерений, но также и в более универсальных лабораториях, занимающихся испытаниями и исследованиями электрических машин и аппаратов. К числу широко распространенных магнитных измерений относятся:

а) измерения при помощи баллистического гальванометра;

б) измерения с помощью флюксметра;

в) определение потерь в стали ваттметровым методом;

г) измерения переменных магнитных потоков при помощи потенциометра.

На рис.1 приведена схема, поясняющая общий принцип измерения постоянного магнитного потока с помощью баллистического гальванометра. Для измерения магнитного потока к гальванометру необходимо присоединить измерительную рамку с некоторым числом витков w, находящуюся в исследуемом постоянном магнитном поле. Витки рамки будут охватывать некоторый поток Фх.

В основу действия данного прибора положен принцип, согласно с которым первый наибольший отброс указателя баллистического гальванометра пропорционален числу потокосцеплений магнитного потока с витками измерительной рамки.

На рис. 2 приведена практическая схема применения баллистического гальванометра для снятия кривой намагничивания, т. е. для определения зависимости B=f(H). На кольцевой сердечник 1 из исследуемой стали накладывают две обмотки: намагничивающую 2 и измерительную 3. К измерительной обмотке подключается баллистический гальванометр. Намагничивающая обмотка питается от источника постоянного тока 4 через амперметр и реостат. Переключатель 5 позволяет изменять направление тока в обмотке.

Напряженность магнитного поля внутри кольцевого соленоида (тороида) может быть подсчитана на основании закона полного тока по формулам:

где wi — число витков намагничивающей обмотки;

l — значение тока, A;

lср — средняя длина силовой магнитной линии в тороиде, отмеченная на рис. 2 пунктиром и легко вычисляемая по геометрическим размерам испытуемого образца.

Для определения зависимости B=f(H) в намагничивающей обмотке устанавливают ток, соответствующий заданному значению H и заранее подсчитанный по приведенной формуле, затем быстро изменяют направление тока в обмотке при помощи переключателя 5. При перемене направления тока магнитный поток в сердечнике изменится по некоторому сложному закону от значения +Ф до значения —Ф, т. е. изменение потока в измерительной рамке будет равно 2Ф, и с учетом этого подсчитывают поток в сердечнике:

Зная поток и поперечное сечение испытуемого образца, находят значение