книга в верде после распозна (1024283), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

(3.7)

или

Ф = (wbVb/Wk> ав = (С4>кЧ >

(3.8)

0

Веберметр удобно использовать при измерениях магнитного потока, но его чувствительность и точность уступают измерителям на основе баллистического гальванометра. Классы точности веберметров 1,5—2,5.

Баллистические гальванометры и веберметры можно использовать также для определения магнитной индукции и напряженности постоян­ного магнитного поля исходя из соотношений между этими величина­ми и магнитным потоком:

В = Ф/5к; (3.9)

Н = Ф/(Ло«к). (ЗЛО)

где S — площадь витка измерительной катушки; /х0 — магнитная по­стоянная (ц0 = 4эт ■ 10" 7 Гн/м).

я

3.1.2. Использование гальваномагнитных преобразователей

Гальваномагнитными называются преобразователи, исполь­зующие гальваномагнитные явления, которые возникают при помещении некоторых материалов в магнитное поле. К таким явлениям, в частно­сти, относятся эффекты Холла и Гаусса. Эффект Холла заключается в возникновении ЭДС на боковых гранях помещенной в магнитное поле полупроводниковой пластинки, если по ней протекает ток. Принцип построения прибора для измерения магнитной индукции с преобразова­телем Холла представлен на рис. 3.3. Через полупроводниковую пластин­ку, плоскость которой расположена перпендикулярно магнитному по­лю В, от грани а к грани Ъ протекает постоянный ток /. На гранях end возникает ЭДС

Ех = (Кх^В' (311)

где Rx — постоянная Холла, зависящая от материала пластинки; h толщина пластинки.

Достоинствами приборов на основе эффекта олла является возмож­ность измерения как постоянных, так и переменных магнитных полей, хорошее пространственное разрешение благодаря малым размерам пре-

0

образователен. Недостатком является сравнительно большая зависи­мость ЭДС от температуры. Основная погрешность обычно составляет десятые доли процента, диапазон измерений — от сотых долей до единиц тесла.

. Эффект Гаусса положен в основу магниторезистивных преобразовате­лей, электрическое сопротивление которых изменяется под воздейст­вием магнитного поля. Приборы на эффекте Гаусса не получили широ­кого распространения, поэтому ограничимся лишь указанием на их существование.

3.1.3. Использование преобразователей на основе ядерного магнитного резонанса

Преобразователи этого типа используют квантовое явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которым обладают материалы, содержащие ядра атомов, имеющих магнитный момент (например, вода, содержащая ядра атомов водорода). Если, образец из такого ма­териала поместить в измеряемое постоянное поле с индукцией В- и, кроме того, воздействовать на него переменным высокочастотным маг­нитным полем с индукцией В^ И изменяющейся частотой, то при неко­тором значении частоты / возникает резонансное поглощение высоко­частотной энергии образцом. Эта частота равна

/ = (т/2я)Д_

(3.12)

где у — гиромагнитное отношение — величина, постоянная для данного вида атомов.

Принцип измерения индукции магнитного поля при помощи ЯМР-преобразователей ЯМРП иллюстрируется рис. 3.4. Образец (ампула с водой) помещен внутрь катушки К. Катушка подключена к высоко­частотному генератору G, поэтому вдоль ее оси возбуждается высоко­частотное магнитное поле В^. При измерениях индукции постоянного магнитного поля В_ поле В ^ должно быть расположено перпендикуляр­но ему. Плавное изменение частоты генератора G позволяет установить частоту /, на которой имеет место ядерный магнитный резонанс и рост поглощения высокочастотной энергии ядрами вещест­ва. При резонансе напряжение на зажимах катушки К уменьшается, что фиксируется на экране осциллографа. Резонансная час-гота / измеряется цифровым частотоме­ром Hz. Тесламетры с ЯМР-преобразовате-лями обладают высокой точностью (их по­грешность может не превышать КГ4 %) и широким диапазоном измерений (10~s — 102 Тл).

ЯМРП

г,

I

L

4е-

в-

S4

®

Рис. 3.4

0

3.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.2.1. Статические характеристики

Характеристики магнитных материалов, определяемые в по-

стоянных или медленно меняющихся магнитных полях, называются статическими. К основным статическим характеристикам относятся на­чальная кривая намагничивания, основная кривая намагничивания и предельная симметричная петля гистерезиса.

Начальной кривой намагничивания называется зависимость магнит­ной индукции В от напряженности намагничивающего поля Н. В началь­ном состоянии материал должен быть размагниченным (Н = О, В = 0). При достаточном увеличении Н начальная кривая намагничивания В (//) становится пологой (достигает насыщения) (рис. 3.5). Если движение по начальной кривой намагничивания прекратить, достигнув некото­рой точки A(HU Bi), и плавно изменить напряженность поля Н до значения — Ht и обратно, то кривая зависимости В (Н) опишет замкну­тую петлю, называемую симметричной петлей гистерезиса. Каждой точ­ке начальной кривой намагничивания будет соответствовать своя гисте-резисная петля. Если верхняя точка гистерезисной петли лежит в обла-

сти насыщения, то ее форма и размеры будут оставаться неизменны­ми. Такая петля называется предельной петлей гистерезиса (рис. 3.6). Практика показывает, что получить хорошо воспроизводимую началь­ную кривую намагничивания затруднительно, поэтому вместо нее пользуются близкой к ней по форме основной кривой намагничива­ния, которая является геометрическим местом вершины симметричных петель гистерезиса (рис. 3.7).

н

Рис. 3.7

Рис. 3.6

0

По\ основной кривой намагничивания (ОКН) можно построить кри­вую зависимости относительной магнитной проницаемости от магнит­ного поля:

цг(Н) = ВЩ)Ыт- ■ ■ (3-13)

*

3.2.2. Динамические характеристики

Динамическими называются характеристики, определяемые в переменных полях. Они зависят как от материала, так и от условий, при которых производится их определение (от формы образца, от па­раметров намагничивающего тока, режима намагничивания и т.п.).

Влияние вихревых токов, магнитной вязкости и других процессов деформирует гистерезисную петлю таким образом, что она становится ближе к эллипсу (особенно в области слабых токов и высоких частот). Такая кривая называется динамической петлей. Геометрическое место вершин динамических петель называется динамической кривой нама­гничивания.

В число основных динамических характеристик входят различные виды магнитной проницаемости и магнитные потери в материале при его намагничивании.

Так, в случае, если динамическая петля имеет форму эллипса, вводят понятие комплексной магнитной проницаемости:

М, = В/Qbty = цте-'8 = д, - /л2 , (3.14)

где ВиЯ - комплексы эквивалентных синусоид магнитной индукции и напряженности; [im = \цг | = y/fii + \i\' = Вт/ц(1Нт - модуль комп­лексной проницаемости, который называется амплитудной магнитной проницаемостью; tg6 = Л2/М1 — тангенс угла магнитных потерь.

Эквивалентные синусоиды выбираются такими, чтобы динамичес­кая петля имела ту же форму, что и при реальных магнитной индукции и напряженности, которые, как правило, не являются синусоидами од­новременно.

Полные потери на динамическое перемагничивание характеризуются площадью динамической петли. Поскольку динамические характери­стики зависят от условий, при которых они определяются, эти условия в каждом конкретном случае должны быть четко оговорены.

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Основным методом определения статических характеристик является индукционно-импульсный. Он реализуется при помощи балли­

0

Рис. 3.8

стической установки, схема которой приведена на рис. 3.8. Катушка Ы служит для намагничивания образца, катушки L2 и L3 являются измери­тельными. Намагничивающая катушка L1 и измерительная катушка L2, предназначенная для измерения магнитной индукции, охватывают обра­зец, тогда как катушка L3, с помощью которой измеряют напряжен­ность магнитного поля, располагается у поверхности образца, не охва­тывая его. Образцовая катушка взаимной индуктивности Мс обмотка­ми L4 и L5 используется для градуировки баллистического гальва­нометра PG. Цепь питания содержит источник постоянного напряжения, амперметры РА1 и РА2 с реостатами R1 и R2. Переключатель SA1 по­зволяет подключать источник питания либо к намагничивающей катуш­ке Ы, либо к первичной обмотке L5 катушки взаимной индуктивнос­ти М. Переключатель SA2 позволяет менять полярность напряжения, подаваемого на катушки L1 или L5. Ключ SB служит для успокоения подвижной части гальванометра PG, переключатель SA3 позволяет зако­ротить ту часть цепи питания, которая состоит из амперметра РА2 и реостата R2 и используется только при определении точек петли гисте­резиса. Переключатель SA4 дает возможность подключать гальванометр PG либо к катушке L2 для определения магнитной индукции, либо к катушке L3 для определения напряженности магнитного поля. Магази­ны сопротивления R3 и R4 позволяют изменять чувствительность изме­рительной цепи.

Экспериментальное определение постоянных по магнитному пото­ку £фд и £ф# > необходимых для измерения В и Н, производится при

0

установке переключателя SA1 в положение 2. При этом переключатель SA3 должен быть замкнут. Переключатель SA4 устанавливается в тре­буемое положение (в положение / для определения Сф^ и в положение 2 для определения Сф# ) ■ Процедура определения постоянных совпадает с описанной в § 3.1. Направление тока в обмотке L5 изменяется при помощи переключателя SA2.

В качестве примера определения статических характеристик рассмот­рим получение основной кривой намагничивания. Прежде чем присту­пить к получению точек этой кривой, магнитный образец следует раз­магнитить. Для размагничивания переключатель SA1 ставят в положе­ние 1, а переключатель SA3 — в замкнутое положение. Затем реоста­том R1 устанавливают в катушке L1 максимальное значение намагничи­вающего тока. После этого ток в катушке Ы медленно уменьшают до нуля, многократно меняя его направление переключателем SA2. Пос­ле размагничивания можно приступить к получению первой точки основ­ной кривой намагничивания. В катушке Ы устанавливают некоторое значение намагничивающего тока Jt и производят магнитную подготов­ку образца, заключающуюся в многократном (8—10 раз) изменении направления тока It. При этом переключатель SA4 должен находиться в нейтральном положении, т.е. гальванометр PG должен быть отключен. Цель магнитной подготовки — добиться устойчивого, стабильного маг­нитного состояния образца. Ток 1Х возбуждает магнитное поле Нх, напряженность которого измеряется посредством измерительной ка­тушки L3 и баллистического гальванометра PG (переключатель SA4 находится в положении 2). Направление тока в катушке Ы быстро изменяется на противоположное переключателем SA2 и производится отсчет первого максимального отклонения указателя баллистического гальванометра На основании соотношений, аналогичных при-

веденным В § 3.1, можно получить

Hi = Сф^вт^^з- (3-15)

Для измерения магнитной индукции В t переключатель SA4 должен находиться в положении /. При этом к баллистическому гальванометру подключается измерительная катушка L2. Изменение направления тока в катушке Ы приводит к перемагничиванию образца и наведению в катушке L2 ЭДС. Первое' максимальное отклонение указателя балли­стического гальванометра ct^j связано со значением магнитной ин­дукции В i соотношением

В (3.15) и (3.16) символами w2, w3 ns2, s3 обозначены числа витков и площади катушек L2 и L3. Последующие точки основной кривой намагничивания находятся аналогично первой, но при больших зна-

0

чениях тока намагничивания (/, </2 </3 ...)•

При помощи баллистической установки можно определить точки петли гистерезиса, а также некоторые важные статические параметры, такие, как коэрцитивная сила, коэффициент прямоугольности и др.

Характеристики

Список файлов книги