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:
[pic]
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:
[pic]
Зная поток и поперечное сечение испытуемого образца, находят значение
магнитной индукции
[pic]
где s — сечение образца, см2.
Найденное значение В и ранее вычисленное значение Н позволяют подсчитать
магнитную проницаемость
[pic]
2. Флюксметр
Весьма удобным прибором для измерения постоянного магнитного потока
является флюксметр, называемый иногда веберметром или милливеберметром.
Флюксметр представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, в
котором подвод тока к подвижной рамке осуществляется не через пружинки, а
через безмоментные спирали, т. е. в его измерительном механизме отсутствует
противодействующий момент. Вследствие этого указатель флюксметра при
отсутствии тока в обмотке рамки может занимать любое положение относительно
шкалы.
Флюксметр, как и большинство гальванометров магнитоэлектрической системы,
Страницы: 1, 2
