Измерения магнитных величин

Рисунок 5. Схема для определения потерь в стали ваттметровым методом

 

Этот поток создает  в измерительной обмотке ЭДС.

Ваттметр, включенный по схеме (рисунок 5), измеряет сумму мощности, затрачиваемой на покрытие потерь в стали, и мощности, потребляемой вольтметром и параллельной обмоткой ваттметра. Учитывая это, потери в образце определяют по формуле (2.7):

 

                                      (2.7)

где Р_вт – показание ваттметра,

R_B – сопротивление вольтметра,

R_m – сопротивление параллельной обмотки ваттметра.

Индукционный  метод. Для исследования свойств образцов стали при намагничивании переменным током, а также для определения характеристик готовых магнитопроводов переменного тока широко применяют индукционный метод измерения магнитного потока.

Индукционный метод по существу заключается в измерении ЭДС, индуктированной исследуемым переменным магнитным потоком в измерительной обмотке с известным числом витков.

Измерение индуктированной  ЭДС может производиться различными средствами, одним из которых является потенциометр переменного тока. На рисунке 6 дан пример использования потенциометра для измерения переменного магнитного потока в какой-либо части сложной магнитной цепи.

 

Рисунок 6. Измерение магнитного потока

 

Измерительную рамку 1 с известным  числом витков помещают в данный аппарат  или машину так, чтобы она охватывала весь магнитный поток, подлежащий измерению.

Электродвижущую силу Е, возникающую  в рамке 1, измеряют потенциометром переменного тока, после чего магнитный  поток подсчитывается по формуле (2.8) :

                                                      (2.8)

По найденному значению Ф_m, зная размеры магнитопровода, можно подсчитать индукцию в данном участке магнитной цепи по формуле (2.9) :

                                                            _(2.9)

где s — сечение магнитопровода.

Этой же формулой пользуются и для определения магнитной  индукции в каком-либо воздушном  зазоре магнитной цепи, если можно  пренебречь явлением распора силовых  линий.

При необходимости измерить индукцию в воздушном зазоре магнитной  цепи, когда нельзя пренебречь явлением распора силовых магнитных линий, помещают непосредственно в зазор  миниатюрную измерительную рамку  с известной площадью s_p. В этом случае определяется среднее значение индукции в том месте зазора, где находится рамка, по формуле (2.10) :

                                                          (2.10)

где s_p — площадь рамки, м².

Особым преимуществом  описанного способа измерения магнитного потока является отсутствие тока в  измерительной рамке. Это позволяет  произвести измерение без нарушения  нормального режима и распределения  магнитных потоков в исследуемом  аппарате.

Измерение по схеме дает возможность определять не только модуль, но и фазу магнитного потока, и выяснять таким путем полную картину электрических  и магнитных процессов в данной конструкции.

При помощи потенциометра, в  частности, можно снимать основную кривую намагничивания кольцевой пробы  на переменном токе и определять потери в образцах стали.

Нужно отметить, что при  работе с потенциометром переменного  тока применяется вибрационный гальванометр, настраиваемый на основную частоту, поэтому измерение магнитного потока с помощью потенциометра дает хорошие результаты только в тех  случаях, когда форма кривой измеряемого  потока не очень существенно отличается от синусоиды.

 

2.5 Осциллографирование кривой гистерезиса

 

Кривую гистерезисного цикла  можно снять по точкам на постоянном токе при помощи баллистического  гальванометра, однако она будет  несколько отличаться от реальной кривой при работе магнитопровода с переменным магнитным потоком. Существует способ, позволяющий визуально наблюдать  кривую гистерезисного цикла при  намагничивании образца переменным током на экране электронного осциллографа. Применяемая для этого схема  приведена на рисунке 7. Подлежащий исследованию сердечник в форме, например, кольца 1, набранного из листов стали, снабжается намагничивающей 2 и измерительной 3 обмотками. Необходимое значение намагничивающего тока устанавливается по амперметру А. Напряжение с шунта r подается на пластины горизонтального отклонения электронного осциллографа; отклонение луча по горизонтали в каждый данный момент будет пропорционально намагничивающему току и соответственно напряженности поля Н, мгновенное значение падения напряжения на конденсаторе пропорционально мгновенному значению индукции в образце. Это напряжение подается на пластины вертикального отклонения осциллографа, и на экране получается изображение кривой гистерезисного цикла.

 

 

 

Рисунок 7. Схема для осциллографирования кривой гистерезиса

 

Кривая гистерезисного цикла, получаемая описанным способом на экране осциллографа, и по форме и по площади отличается от кривой, снятой с данного образца на постоянном токе с помощью баллистического  гальванометра. Причина этого заключается  в том, что площадь гистерезисной  кривой, снимаемой на постоянном токе, определяется только потерями на гистерезис, а на экране осциллографа получается кривая, площадь которой соответствует сумме потерь на гистерезис и на вихревые токи. 

 

3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  О МАГНИТНЫХ ЭТАЛОНАХ

 

3.1 Магнитные эталоны

 

Магнитные эталоны, применяемые для воспроизведения и хранения установленных законом (ГОСТ) единиц магнитных величин; обеспечивают единство магнитных измерений. Основными характеристиками магнитных полей и материалов являются: магнитный поток, магнитная индукция и магнитный момент. Единицы этих магнитных величин воспроизводятся государственными эталонами.

Эталон единицы магнитного потока представляет собой катушку  с двумя обмотками, расположенными на кварцевом каркасе. При прохождении  тока по первичной катушке в ней  создаётся магнитное поле, пронизывающее  плоскость витков вторичной её обмотки. Потокосцепление вторичной обмотки с первичной обмоткой при токе в последней, равном 1а, определяет значение магнитного потока эталона. В комплекс эталона магнитного потока входит установка для передачи размера единицы - вебера - вторичным эталонам и рабочим мерам. Номинальное значение постоянной катушки эталона, определяемой как отношение магнитного потока к возбуждающему его току в первичной обмотке, равно 0,0100176 Вб/а. Погрешность определения этой постоянной не выше 0,001%, а погрешность передачи размера единицы магнитного потока не превосходит 0,01%.

Эталон единицы магнитной индукции представляет собой 3 соленоида на кварцевых  каркасах. Индукция, создаваемая в  их центральной части при токе 1а, равна: 7,5×10^-4, 1,15×10^-4 и 0,57×10^-4 тесла. Влияние магнитного поля Земли компенсируется специальной системой катушек. Погрешность воспроизведения не превышает 0,0004%. Размер единицы индукции передаётся вторичным эталонам и рабочим мерам с погрешностью не выше 0,0005%.

Эталон единицы магнитного момента  включает 9 постоянных магнитов в форме  эллипсоидов вращения. Магнитные моменты определяются с помощью эталонного магнитометра и заключены в пределах 0,14 -1,7 а× м². Погрешность воспроизведения единицы магнитного момента не превышает 0,1%. Проводятся работы по созданию единого эталонного магнитометра, который мог бы воспроизводить все три основные магнитные единицы.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Дальнейшее повышение  уровня автоматизации средств магнитных измерений связано с созданием магнито-измерительных вычислительных устройств, ориентированных на решение широкого класса прикладных научно-технических задач. Расширение функциональных возможностей таких устройств в значительной степени определяется развитием и совершенствованием средств вторичной обработки измерительной информации [14].

Это  связано с созданием  эталонов магнитных единиц и образцовых магнито-измерительных средств, используемых для градуировки и рабочих  приборов. Дальнейшее совершенствование  рабочих приборов связано с совершенствованием эталонов и образцовых средств измерений.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Таранов, С.Г. Магнитные измерения : учеб. пособие / С.Г.Таранов, Н.Е. Феврлёва. – Волгоград : ВолгГТУ, 1996. – 192 с.

2. Маслов, Ю.Н. Магнитные измерения и приборы : учеб.пособие / Ю.Н. Маслов, В.П. Музюкин, В.И. Сафронов. – Иваново-Владимир, 1972. – 159 с.

3. Селезнев, Ю.В. Получение заданных режимов перемагничивания в ферромагнитных образцах / Ю.В. Селезнев, Д.К. Пискунов. – М. : Приборостроение, 1975. – 154 с.

4. Студенцов, Н.В. Магнитные измерения : учеб. пособие / Н.В. Студенцов, Н.Г. Чернышова, Е.Н. Чечурина. – 2-е изд. – М., 1969. – 238 с.

5. Бозорт, Р. Ферромагнетизм : учебн. пособие / пер. с англ. Р. Бозорт. – М., 1956. – 144 с: ил.

6. Дорфман, Я. Г. Магнитные свойства и строение вещества : учеб .пособие / пер. с англ. Я. Г. Дорфман. – М., 1982. – 192с.

7. Займовский, А. С.Магнитные материалы : учебник / А. С. Займовский, Л. А. Чудновский. – М, Л. : ГЭИ, 1957. – 256с.

8. Скляров, А.Е. Устройство для измерения и записи магнитного потока : учеб. пособие для вузов / А.Е.Скляров, А.И. Гриднев, В. П.  Музюкин. – Иваново, 1970. – 304с.

9. Мейер, Э. Зеркальные гальванометры и приборы со световым указателем : учеб. пособие / пер. с англ.  Э. Майер, К. Мердер. – М. : ГЭИ, 1993. – 268с.

10.  Сергеев, В.Г. Магнитоизмерительные приборы : учебник / В. Г. Сергеев, А.Я. Шихин. – М. : Энергоиздат, 1982. – 152 с.

11. Шихин, А.Я. Магнитоизмерительные приборы и установки для контроля качества магнитных систем, ферромагнитных материалов и постоянных магнитов : учеб. пособие / А. Я. Шихин, Е.В. Комаров. – М, 1977. –352с.

12. Маслов, Ю. Н. Цифровые измерители магнитной индукции магнитотвердых материалов : справ. пособие /  Ю.Н. Маслов, Б.И. Белянчикова. – Рязань, 1976. – 236с.

13. Вонсовский, B.C. Магнетизм : учеб. пособие / В. С. Вонсовский. – М. : Наука, 1971. – 328 с.

14.  Мишин, Д.Д. Магнитные материалы : учеб. пособие / Д.Д. Мишин. – М. : Высш. школа, 1981. – 336 с.

15.  Андриевский, Е.А. Измерение параметров постоянных магнитов : справ. пособие / Е.А. Андриевский. – Киев : Техника, 1977. – 172 с.

16. Ефименко, В.М. Разработка и исследование адаптивных методов и средств для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов : Дисс. канд. техн. наук. / В.М. Ефименко. – Омск, 1984 .

17. Шихин, А.Я. Магнитоизмерительные комплексты для испытания магнитных материалов и систем : учеб. пособие для вузов / А.Я. Шихин, В.Г.Сергеев, В.Л. Тугарин. – М. , 1983. – 189с.

18.  Комаров, Е.В. Магнитоизмерительные комплексы : справ. пособие / Е.В. Комаров, В. Г. Сергеев. – М, 1981. – 112с.

19. Шихин, А.Я. Автоматические магнитоизмерительные системы : учеб. пособие / А. Я. Шихин. – М. : Энергия, 1977. – 148с.

20. Преображенский, A.A. Магнитные материалы и элементы : учеб. пособие / А.А. Преображенский. М. : Высшая школа, 1976. – 336с.