МЭИ_Описание_лаб_магнит_изм (Лабораторные работы), страница 2

Uc(t) = 1/C∫I₂(t^/)dt^/ =─n_2•S•B(t)/R_2•C (15)

Из (15) следует, что на вход "У” осциллографа следует подать напря­жение с конденсатора С, т. е.

Uy=Uc =n₂•S•B(t)/R₂•C (16)

Таким образом, координаты электронного луча на экране осцилло­графа будут меняться пропорционально H(t) по оси "х" и —B(t) — по оси "у". Поскольку В =μо (Н + J), то по изменению величинь маг­нитной индукции В мы можем судить о намагниченности Jизучаемого образца; отметим, что при Н=0 остаточная индукция Вoст точностью до множителя μo равна остаточной намагниченности Jocт.

Изменяя амплитуду тока I₁ в первичной обмотке, мы будем менять, соответственно, Ux и Uy, а значит и размеры петли гистерезиса, Следо­вательно, для построения кривой первоначального намагничивания необходимо зафиксировать координаты вершин петель гистерезиса при различных амплитудах сигнала генератора и, перенеся их на график, последовательно соединить.

Для определения энергетических потерь на перемагничивание необ­ходимо при определенной амплитуде магнитного поля Hо(t) перенести петлю гистерезиса на миллиметровку (предварительно скопировав пет­лю на кальку). Затем откалибровать оси "H" и "B", подсчитав ампли­тудные значения Ho и Во по формулам (6), (7) и (15):

Ho=N₁•Uox/ℓ•R1, Bo=R2•C•Uoy/n2•S, (17)

После этого нужно подсчитать плошадь петли в единицах " BH”,

Поскольку энергия магнитного поля и среде единичного объема E_H =HB/2 , то энергетические потери на перемагничивание тороида за один цикл;

W=1/2•SгисV, (18)

где Sгис — площадь петли гистерезиса в единицах "BH", V — объем тороида. Соответственно, потери мощности на перемагничивание при частоте сигнала ν:

P= ν •W =1/2• Sгис •V•ν, (19)

2 Устройство и работа автоматизированного стенда

2.1 Состав аппаратной части стенда

Стенд выполнен на базе персонального компьютера, к ко­торому подключается измерительный блок со сменными об­разцами магнитомягких материалов. Измерительный блок включает в себя усилитель намагничивания (УН) и интегри­рующий усилитель (ИУ), которые используются, соответст­венно, для формирования напряженности магнитного поля и преобразования сигнала магнитной индукции в образце.

Для ввода / вывода измерительной информации в ПК ис­пользуется аудио плата. С помощью ПК осуществляется управление измерительным экспериментом и наблюдение ре­зультатов на экране монитора, как в графическом виде (петли гистерезиса, временные зависимости напряженности и ин­дукции магнитного поля), так и в табличном. Магнитные пре­образователи (МП) с образцами исследуемых материалов подключаются через гнезда, установленные на передней па­нели блока. Вставить МП в гнезда можно только в опреде­ленном положении, соответствующем правильному подклю­чению обмоток.

2.2 Структурная схема стенда и принцип измерений

Структурная схема стенда, поясняющая принцип измере­ний, изображена на передней панели измерительного блока.

Структурная схема стенда

ПК при помощи звуковой карты вырабатывает синусои­дальное напряжение в диапазоне частот 40-1000 Гц. Пере­менное напряжение поступает на вход УН, к выходу которого подключена намагничивающая обмотка МП. МП представля­ет собой образец исследуемого магнитного материала в фор­ме кольца с намотанными на него двумя обмотками: намагни­чивающей обмоткой 1 и измерительной обмоткой 2. Напря­женность магнитного поля в материале определяется током I в намагничивающей обмотке по формуле: Н=I•n, где n -плотность витков обмотки 1 (количество витков /м). Значение тока намагничивания и, следовательно, напряженности поля в образце определяется по значению падения напряжения на измерительном резисторе R, который включается последова­тельно с обмоткой 1.

Напряжение с измерительного резистора подается на один из линейных входов звуковой карты в ПК. Амплитуда напря­женности поля устанавливается программно с помощью эле­мента регулировки в окне характериографа программного приложения.

ЭДС, наводимая в измерительной обмотке 2 МП, пропор­циональна производной от индукции магнитного поля В в ис­следуемом образце. Напряжение обмотки 2 интегрируется ИУ, на выходе которого напряжение измерительного сигнала пропорционально уже непосредственно В. Напряжение с вы­хода ИУ подается на второй линейный вход звуковой карты в ПК. Таким образом, в ПК поступает информация о напряжен­ности Н, индукции В магнитного поля в исследуемом образце и их частоте, на основании которой осуществляется построение кривых намагничивания и расчет всех магнитных пара­метров материалов.

3 Программное обеспечение стенда

3.1 Структура программного обеспечения

Программное обеспечение лабораторного стенда включает комплекс программных средств для организации и проведе­ния автоматизированных измерений, обработки и представ­ления измерительной информации, сохранения результатов измерения в базе данных, генерации отчетов по результатам исследований, а также включает систему контроля знаний при допуске к выполнению лабораторной работы.

3.2 Описание программного интерфейса

Основная программа представляет собой интегрированную программную среду выполнения лабораторной работы, кото­рая работает под управлением операционной системы Windows и позволяет с помощью элементов экранного интер­фейса управлять процессом измерений и обработкой резуль­татов.

3.2.1 Основное меню

Главное окно программы содержит меню, которое включа­ет следующие пункты: Измерение, Буфер обмена, Настройки, Отчет, Окно, Справка. Некоторые из них содержат подменю.

При нажатии этой кнопки данные из выделенной

записи выбираются для использования в расчетах физических величин

Игнорирование. Окно закрывается, но выбора данных не

производится

3.2.6 Окно характериографа

Окно характериографа предназначено для отображения ре­зультатов текущих измерений. Результат представляется либо в виде кривой намагничивания В(Н), либо в виде временных функций H(t), B(t). Для переключения между этими двумя

режимами используйте кнопку на панели инструментов.

В левой части окна имеются кнопки выбора частотного диа­пазона измерительного сигнала и движки плавной установки частоты и амплитуды сигнала. При изменении амплитуды сигнала автоматически изменяется масштаб по осям В и Н в окне характериографа. Автоматическое изменение масштаба можно отключать и включать. Для этого используйте кнопку на панели инструментов.

4 Проведение измерений

4.1 Измерение петли гистерезиса

В меню Настройки выберите пункт Образец. В поя­вившемся окне Параметры образца выберите в таблице строку с параметрами того образца, который соответствует установленному на измерительном блоке. После выбора на­жмите кнопку Выбор. Для нового образца необходимо внести его данные в таблицу и выбрать эту строку.

Для измерения петли гистерезиса выберите пункт ме­ню Измерение. На экране появится окно характериографа.

Элементами регулировки Амплитуда и Частота с левой стороны окна изменяйте амплитуду и частоту напря­женности магнитного поля в образце.

Для сохранения результатов измерения в базе данных нажмите кнопку < Запись измерений >.

4.2 Измерение временных характеристик
напряженности поля и индукции

На экране можно наблюдать два вида характеристик: пет­лю гистерезиса или временные зависимости напряженности и

индукции магнитного поля. Выбор вида характеристик про­изводится при помощи панели инструментов, где надо нажать

кнопку <Вид графиках Для изменения вида характери­стик через контекстное меню подведите курсор мыши к окну характериографа и нажмите правую кнопку. В таблице выбе­рите команду <Вид>.

4.3 Измерение основной кривой намагничивания

Основная кривая намагничивания строится по значениям точек максимума и минимума частных петель гистерезиса, поэтому измерение происходит следующим образом:

• проделайте пункт: Измерение петли гистерезиса;

• зафиксируйте предельную петлю гистерезиса;

• фиксируйте координаты вершин частных петель с
  помощью кнопки «Фиксация точки>, которая располага­
  ется в строке панели инструментов. Для фиксации точки с
  помощью контекстного меню подведите курсор мыши к ак­
  тивному окну и нажмите его правую кнопку. В таблице выбе­
  рите команду <Фиксация точки>;

• фиксацию точки осуществляйте 10-15 раз (чем
  больше зафиксированных точек, тем более точно получается
  основная кривая). Зафиксируйте точку при нулевой амплиту­
  де сигнала, чтобы кривая начиналась из начала координат;

- запись результатов осуществляется кнопкой
<3апись измерений>.

4.4 Просмотр и анализ результатов измерений из ба­
зы данных

• в окне «База данных» выберите строку записи, ко­
  торую хотите просмотреть;

• в панели навигатора нажмите кнопку <Про-
  смотр> (на экране появится окно результатов измерения);

• для выбора характерных точек кривой подведите
  курсор мыши к нужному месту кривой графика и, когда он
  примет вид креста, нажмите левую кнопку мышки. При этом
  на графике появляется точка с номером, а с правой стороны

экрана появляются точные координаты отмеченной точки, (чтобы удалить отмеченную точку подведите к ней курсор мышки и нажмите левую кнопку);

• сохранение результатов происходит при нажатии
  кнопки <3апись измерений>;

• для уменьшения масштаба графика используйте
  кнопку <Масштаб 75>, при этом масштаб графика изме­
  няется на 75%;

для увеличения фрагмента графика установите
курсор мыши в верхний левый угол выбранного вами участка,
нажмите левую клавишу мыши и ведите, не отпуская клави­
ши мыши в правый нижний угол участка, при отпускании
клавиши произойдет изменение масштаба, при отсутствии
изменения проверьте состояние кнопки <Автомасштаб>, она должна быть в отжатом состоянии;

- для возврата к прежнему масштабу нажмите ле­
вую кнопку мыши и, не отпуская клавиши, проведите мышью
в сторону левого верхнего угла.

4.5 Формирование отчета

При формировании отчета приложение интегрируется с одним из текстовых редакторов: MS WinWord или WordPad. Выбрать редактор для отчетов можно из главного меню От­чет \ Параметры отчета.

Выбор редактора для отчета