Электричество и магнетизм (1188650), страница 33
Текст из файла (страница 33)
ä. çàâèñÿò îò ÷àñòîòû ïåðåìàãíè÷èâàþùåãî ïîëÿ.  íàñòîÿùåé ðàáîòå êðèâûå ãèñòåðåçèñà åððîìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ èçó÷àþòñÿ â ïîëå ÷àñòîòû 50 ö ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî îñöèëëîãðàà.Ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ óäîáíî îïðåäåëÿòü ñ ïîìîùüþ ÝÄÑ, âîçíèêàþùåé ïðè èçìåíåíèèìàãíèòíîãî ïîòîêà Φ â êàòóøêå, íàìîòàííîé íà îáðàçåö:Èçìåðåíèå ìàãíèòíîé èíäóêöèè â îáðàçöàõ.E =−dΦ.dt(1)Ïóñòü êàòóøêà ïëîòíî îõâàòûâàåò îáðàçåö, è èíäóêöèÿ B â îáðàçöåîäíîðîäíà.  ýòîì ñëó÷àåΦ = BSNè ,(2)ãäå Nè ÷èñëî âèòêîâ â èçìåðèòåëüíîé êàòóøêå, à S ïëîùàäü âèòêà.
Ïîäñòàâëÿÿ ýòî çíà÷åíèå Φ â îðìóëó (1), ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿíàéä¼ìZ1|B| =(3)E dt.SNèÒàêèì îáðàçîì, äëÿ îïðåäåëåíèÿ B íóæíî ïðîèíòåãðèðîâàòü ñèãíàë, íàâåä¼ííûé ìåíÿþùèìñÿ ìàãíèòíûì ïîëåì íà èçìåðèòåëüíóþ êàòóøêó, íàìîòàííóþ íà îáðàçåö.182Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâàÄëÿ èíòåãðèðîâàíèÿ ñèãíàëà ïðèìåíÿþò ðàçíîãî ðîäà èíòåãðèðóþùèå ñõåìû. Ïðîñòåéøàÿ èç íèõ ñîñòîèò èç ñîåäèí¼ííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî ðåçèñòîðà R è êîíäåíñàòîðà C (ðèñ. 1) è âûïîëíÿåò ñâî¼ íàçíà÷åíèå,åñëè ñîïðîòèâëåíèå R ðåçèñòîðà çàìåòíî ïðåâûøàåò ñîïðîòèâëåíèå êîíäåíñàòîðà (åñëè âûõîäíîé ñèãíàë ìíîãî ìåíüøå âõîäíîãî: Uâûõ ≪ Uâõ ). ñàìîì äåëå, ïðè ïðè âûïîëíåíèèRèýòîãîóñëîâèÿ òîê â öåïè ïðîïîðöèîíàëåí∅∅Cèâõîäíîìó íàïðÿæåíèþ: I ≃ Uâõ /R, à íàUâûõUâõI Wïðÿæåíèå íà ¼ìêîñòè C∅∅ZZ11qèñ.
1. Èíòåãðèðóþùàÿ ÿ÷åéêà Uâûõ = C = C I dt ≃ RC Uâõ dt. (4) RC -öåïî÷êàÝòîò âûâîä òåì áëèæå ê èñòèíå, ÷åì áîëüøå ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè τι = RC ïðåâîñõîäèò õàðàêòåðíîå âðåìÿ ïðîöåññà (íàïðèìåð, åãî ïåðèîä). Äëÿ ñèíóñîèäàëüíûõ íàïðÿæåíèéUâûõ =Uâõ,RCΩ(5)ãäå Ω ÷àñòîòà ñèãíàëà.Îáîçíà÷èâ ïàðàìåòðû èíòåãðèðóþùåé ÿ÷åéêè ÷åðåç Rè è Cè , âûðàçèì èíäóêöèþ B ñ ïîìîùüþ îðìóë (3) è (4) ÷åðåç Uâûõ íàïðÿæåíèåíà ¼ìêîñòè èíòåãðèðóþùåé ÿ÷åéêè:ZZ1Rè Cè1|B| =Uâûõ .(6)E dt =Uâõ dt =SNèSNèSNèÑõåìà óñòàíîâêè èçîáðàæåíà íàðèñ. 2. Íàïðÿæåíèå ñåòè (220 Â, 50 ö) ñ ïîìîùüþ ðåãóëèðîâî÷íîãîàâòîòðàíñîðìàòîðà Àò ÷åðåç ðàçäåëèòåëüíûé ïîíèæàþùèé òðàíñîðìàòîð Òð ïîäà¼òñÿ íà íàìàãíè÷èâàþùóþ îáìîòêó N0 èññëåäóåìîãî îáðàçöà.Äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå ïåðåìåííîãî òîêà â îáìîòêå N0 èçìåðÿåòñÿàìïåðìåòðîì À. Ïîñëåäîâàòåëüíî ñ àìïåðìåòðîì âêëþ÷åíî ñîïðîòèâëåíèå R0 , íàïðÿæåíèå ñ êîòîðîãî ïîäà¼òñÿ íà âõîä X ýëåêòðîííîãî îñöèëëîãðàà (ÝÎ).
Ýòî íàïðÿæåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó â îáìîòêå N0 , àñëåäîâàòåëüíî, è íàïðÿæ¼ííîñòè H ìàãíèòíîãî ïîëÿ â îáðàçöå.Äëÿ èçìåðåíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè B ñ èçìåðèòåëüíîé îáìîòêè Nèíà âõîä RC -öåïî÷êè ïîäà¼òñÿ íàïðÿæåíèå Uè (Uâõ ), ïðîïîðöèîíàëüíîåñîãëàñíî (6) ïðîèçâîäíîé Ḃ , à ñ èíòåãðèðóþùåé ¼ìêîñòè Cè ñíèìàåòñÿíàïðÿæåíèå UC (Uâûõ ), ïðîïîðöèîíàëüíîå âåëè÷èíå B , è ïîäà¼òñÿ íàâõîä Y îñöèëëîãðàà.Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà.àáîòà 3.4.5183ÄåëèòåëüK=6∅∼ 220 Â50 ö6,3 B∅Àò.Òð. ∅1:1006Îáùèé∅6∅∅?6V?∅-∅∅12,6 B∅1:10ÎáðàçåöN0?R∅A -∅6 UR - 6R0 = 2 Îì∅ RèNè?Êàëèáð.îñè YÈíò.ÿ÷åéêà∅CèU6C∅?-gXÝÎYgèñ.
2. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ èññëåäîâàíèÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ îáðàçöîâÇàìêíóòàÿ êðèâàÿ, âîçíèêàþùàÿ íà ýêðàíå, âîñïðîèçâîäèò â íåêîòîðîì ìàñøòàáå (ðàçëè÷íîì äëÿ îñåé X è Y ) ïåòëþ ãèñòåðåçèñà. ×òîáûïðèäàòü ýòîé êðèâîé êîëè÷åñòâåííûé ñìûñë, íåîáõîäèìî óñòàíîâèòüìàñøòàáû èçîáðàæåíèÿ, ò. å. ïðîâåñòè êàëèáðîâêó êàíàëîâ X è Y ÝÎ.Äëÿ ýòîãî, âî-ïåðâûõ, íàäî óçíàòü, êàêèì íàïðÿæåíèÿì (èëè òîêàì)ñîîòâåòñòâóþò àìïëèòóäû ñèãíàëîâ, âèäèìûõ íà ýêðàíå, è, âî-âòîðûõ,êàêèì çíà÷åíèÿì B è H ñîîòâåòñòâóþò ýòè íàïðÿæåíèÿ (èëè òîêè).Èçìåðåíèå íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðàà.
Èññëåäóåìûéñèãíàë ïîäà¼òñÿ íà âõîä X ; âåëè÷èíà ñèãíàëà õàðàêòåðèçóåòñÿ äëèíîé 2x ãîðèçîíòàëüíîé ÷åðòû, íàáëþäàåìîé íà ýêðàíå (x îòêëîíåíèåîò íóëÿ àìïëèòóäà ñèãíàëà).Åñëè èçâåñòíà ÷óâñòâèòåëüíîñòü óñèëèòåëÿ Kx â âîëüòàõ íà äåëåíèå øêàëû ýêðàíà, òî óäâîåííàÿ àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿïðîèçâåäåíèåì2Ux,0 = 2x·Kx .Íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà îñü Y , èçìåðÿåòñÿ àíàëîãè÷íî:2Uy,0 = 2y·Ky ,ãäå y îòêëîíåíèå îò íóëÿ â äåëåíèÿõ øêàëû, Ky ÷óâñòâèòåëüíîñòüóñèëèòåëÿ â Â/äåë.Íàëè÷èå â ñõåìå àìïåðìåòðà è âîëüòìåòðà ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè êàëèáðîâêó óñèëèòåëåé ÝÎ, ò. å. ïðîâåðèòü çíà÷åíèÿ êîýèöèåíòîâ Kx184Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâàè Ky , (èëè îïðåäåëèòü èõ, åñëè ðó÷êè ïëàâíîé ðåãóëèðîâêè óñèëåíèÿïðè èçìåðåíèÿõ íå áûëè óñòàíîâëåíû íà ìàêñèìóì).Êàëèáðîâêà ãîðèçîíòàëüíîé îñè ÝÎ ïðîâîäèòñÿ ïðè çàêîðî÷åííîé îáìîòêå N0 .
Ýòà îáìîòêà ñ ïîìåù¼ííûì â íå¼ åððîìàãíèòíûìîáðàçöîì ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíûì ýëåìåíòîì, òàê ÷òî òîê â íåé íå èìååò ñèíóñîèäàëüíîé îðìû, è ýòî íå ïîçâîëÿåò ñâÿçàòü àìïëèòóäó òîêàñ ïîêàçàíèÿìè àìïåðìåòðà.Ïðè çàêîðî÷åííîé îáìîòêå N0 àìïåðìåòð À èçìåðÿåò ýåêòèâíîåçíà÷åíèå ñèíóñîèäàëüíîãî òîêà Iý , òåêóùåãî ÷åðåç èçâåñòíîå ñîïðîòèâëåíèå R0 . Ñèãíàë ñ ýòîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäà¼òñÿ íà âõîä X ÝÎ.Èçìåðèâ 2x äëèíó ãîðèçîíòàëüíîé ïðÿìîé íà ýêðàíå, ìîæíî ðàññ÷èòàòü mx ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàíàëà X :√2R0 2Iý Âmx =.(7)2xäåëÊàëèáðîâêà âåðòèêàëüíîé îñè ïðîâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ ñèãíàëà,ñíèìàåìîãî ÷åðåç äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ ñ îáìîòêè 12,6 B ïîíèæàþùåãîòðàíñîðìàòîðà (ðèñ.
2). Âîëüòìåòð V èçìåðÿåò íàïðÿæåíèå Uý íàîáìîòêå. ×àñòü ýòîãî íàïðÿæåíèÿ ñíèìàåòñÿ ñ äåëèòåëÿ ñ êîýèöèåíòîì äåëåíèÿ K è ïîäà¼òñÿ íà âõîä Y ÝÎ (âìåñòî íàïðÿæåíèÿ UC íàðèñ. 2).Èçìåðèâ 2y äëèíó âåðòèêàëüíîé ïðÿìîé íà ýêðàíå, ìîæíî ðàññ÷èòàòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàíàëà Y :√2 2KUý Âmy =.(8)2yäåëÏðè êàëèáðîâêå êàíàëà Y òîðîèä äîëæåí áûòü îòêëþ÷¼í, òàê êàê íåñèíóñîèäàëüíûé òîê íàãðóçêè â ïåðâè÷íîé îáìîòêå N0 òîðîèäà ïðèâîäèòê èñêàæåíèþ îðìû êðèâîé íàïðÿæåíèÿ è íà îáìîòêå òðàíñîðìàòîðà, ïèòàþùåé äåëèòåëü.Êàëèáðîâêó îñåé îñöèëëîãðàà ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâîé ãèñòåðåçèñà â êîîðäèíàòàõ B è H . Çíà÷åíèÿ H ðàññ÷èòûâàþòñÿ ïî òåîðåìå î öèðêóëÿöèè [ñì.
(4.7)℄, çíà÷åíèÿ B ïî îðìóëå (6).Ïîñòîÿííóþ âðåìåíè RC -öåïî÷êè ìîæíî îïðåäåëèòü ýêñïåðèìåíòàëüíî. Ñ îáìîòêè 6,3 B íà âõîä èíòåãðèðóþùåé öåïî÷êè ïîäà¼òñÿñèíóñîèäàëüíîå íàïðÿæåíèå Uâõ . Íà âõîä Y îñöèëëîãðàà ïîî÷åð¼äíîïîäàþòñÿ ñèãíàëû ñî âõîäà (Uâõ ) è âûõîäà (Uâûõ = Uc ) RC -öåïî÷êè.Èçìåðèâ àìïëèòóäû ýòèõ ñèãíàëîâ ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðàà, ìîæíîðàññ÷èòàòü ïîñòîÿííóþ âðåìåíè τι = RC .
Êàê ñëåäóåò èç îðìóëû (5),RC =Uâõ.Ω Uâûõ(9)àáîòà 3.4.5185ÇÀÄÀÍÈÅ ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ïðè ïîìîùè ÝÎ èññëåäîâàòü ïðåäåëüíûå ïåòëè ãèñòåðåçèñà è íà÷àëüíûå êðèâûå íàìàãíè÷èâàíèÿ äëÿ íåñêîëüêèõåððîìàãíèòíûõ îáðàçöîâ; îïðåäåëèòü ìàãíèòíûå õàðàêòåðèñòèêè ìàòåðèàëîâ, ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàíàëîâ X è Y îñöèëëîãðàà è ïîñòîÿííóþâðåìåíè τι èíòåãðèðóþùåé öåïî÷êè.1. Äëÿ íàáëþäåíèÿ ïåòëè ãèñòåðåçèñà íà ýêðàíå ÝÎ ñîáåðèòå ñõåìó ñîãëàñíî ðèñ. 2. Ïîäãîòîâüòå ïðèáîðû ê ðàáîòå.2. Ïîäáåðèòå òîê ïèòàíèÿ â íàìàãíè÷èâàþùåé îáìîòêå è êîýèöèåíòû óñèëåíèÿ ÝÎ òàê, ÷òîáû ïðåäåëüíàÿ ïåòëÿ ãèñòåðåçèñà çàíèìàëàáîëüøóþ ÷àñòü ýêðàíà.Çàðèñóéòå íà êàëüêó ïðåäåëüíóþ ïåòëþ è îñè êîîðäèíàò; îòìåòüòåíà îñÿõ äåëåíèÿ øêàëû.
Óêàæèòå (íà êàëüêå!) ìàòåðèàë îáðàçöà, çíà÷åíèÿ êîýèöèåíòîâ óñèëåíèÿ Kx è Ky , òîê Iý â íàìàãíè÷èâàþùåéîáìîòêå, ïàðàìåòðû òîðîèäà.3. Ñíèìèòå íà÷àëüíóþ êðèâóþ íàìàãíè÷èâàíèÿ: ïëàâíî óìåíüøàÿ òîêíàìàãíè÷èâàíèÿ äî íóëÿ, îòìå÷àéòå íà êàëüêå âåðøèíû íàáëþäàåìûõ÷àñòíûõ ïåòåëü. Ýòè âåðøèíû ëåæàò íà íà÷àëüíîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ.4. Âîññòàíîâèòå ïðåäåëüíóþ ïåòëþ. Èçìåðüòå íà ýêðàíå (ýòî òî÷íåå,÷åì ïî êàëüêå) äâîéíûå àìïëèòóäû äëÿ êîýðöèòèâíîé ñèëû [2x(c)℄ èèíäóêöèè íàñûùåíèÿ [2y(s)℄.
Çàïèøèòå ñîîòâåòñòâóþùèå çíà÷åíèÿ Kxè Ky .5. Ïîâòîðèòå èçìåðåíèÿ ïï. 24 äëÿ äâóõ äðóãèõ êàòóøåê.6. Ïðîêàëèáðóéòå ãîðèçîíòàëüíóþ îñü ÝÎ. Äëÿ ýòîãî îòêëþ÷èòå íàìàãíè÷èâàþùóþ îáìîòêó N0 îò öåïè è ñíèìèòå çàâèñèìîñòü 2x[äåë] == f (Iý ).7. Äëÿ êàëèáðîâêè âåðòèêàëüíîé îñè ÝÎ ïîäêëþ÷èòå âîëüòìåòð ê îáìîòêå 12,6  (ðèñ. 2).Íå ìåíÿÿ êîýèöèåíòà Ky , ïîäáåðèòå íàïðÿæåíèå U ïðè êîòîðîìñòðåëêà âîëüòìåòðà îòêëîíÿåòñÿ ïî÷òè íà âñþ øêàëó; çàòåì ïîäàéòåíà Y-âõîä ÝÎ íàïðÿæåíèå ñ äåëèòåëÿ, ïîäîáðàâ êîýèöèåíò K äåëèòåëÿ òàê, ÷òîáû âåðòèêàëüíàÿ ïðÿìàÿ 2y çàíèìàëà ïî÷òè âåñü ýêðàí.Çàïèøèòå çíà÷åíèÿ 2y , U , k è ky .Ïîâòîðèòå êàëèáðîâêó äëÿ âñåõ Ky , êîòîðûå èñïîëüçîâàëèñü ïðèèññëåäîâàíèè ïåòåëü.8.
Îïðåäåëèòå τι ïîñòîÿííóþ âðåìåíè RC -öåïî÷êè [ñì. (9)℄. Äëÿ ýòîãîðàçáåðèòå öåïü òîðîèäà è ïîäàéòå íà âõîä RC -öåïî÷êè ñèíóñîèäàëüíîåíàïðÿæåíèå ñ îáìîòêè 6,3 B òðàíñîðìàòîðà.Ïîäêëþ÷èòå Y -âõîä ÝÎ êî âõîäó èíòåãðèðóþùåé öåïî÷êè, îòêëþ÷èòå X -âõîä ÝÎ è ïîäáåðèòå òîê, ïðè êîòîðîì âåðòèêàëüíàÿ ïðÿìàÿ186Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâàçàíèìàåò áîëüøóþ ÷àñòü ýêðàíà. Îïðåäåëèòå âõîäíîå íàïðÿæåíèå íàRC öåïî÷êå: Uâõ = 2y·Ky .Íå ìåíÿÿ òîêà, ïåðåêëþ÷èòå Y -âõîä ÝÎ ê èíòåãðèðóþùåé ¼ìêîñòèè àíàëîãè÷íûì îáðàçîì îïðåäåëèòå íàïðÿæåíèå Uâûõ íà âûõîäå èíòåãðèðóþùåé ÿ÷åéêè.àññ÷èòàéòå íà ìåñòå ïîñòîÿííóþ âðåìåíè τι = RC ïî îðìóëå (9) èñðàâíèòå ñ ðàñ÷¼òîì ÷åðåç ïàðàìåòðû Rè è Cè , óêàçàííûå íà óñòàíîâêå.9.
Çàïèøèòå ïàðàìåòðû RC -öåïî÷êè, àìïåðìåòðà, âîëüòìåòðà è çíà÷åíèå R0 .Îáðàáîòêà ðåçóëüòàòîâ1. àññ÷èòàéòå ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàíàëà X ïî îðìóëå (7) è ñðàâíèòåñ âåëè÷èíîé Kx , èñïîëüçîâàííîé ïðè êàëèáðîâêå.2. àññ÷èòàéòå ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàíàëà Y ïî îðìóëå (8) è ñðàâíèòåñ âåëè÷èíîé Ky , óêàçàííîé íà ÝÎ.3. Ñðàâíèòå ýêñïåðèìåíòàëüíîå çíà÷åíèå τι ñ ðàñ÷¼òîì ÷åðåç ïàðàìåòðû Rè è Cè , óêàçàííûå íà óñòàíîâêå. Ïðîâåðüòå óñëîâèå R ≫ 1/(ΩC ).4.
àññ÷èòàéòåíàïðÿæ¼ííîñòè ïîëÿ H â òîðîèäå ïî îðìóëå (4.7), ïðè√íÿâ I = 2Iý .Ïîñòðîéòå ãðàèê H = f (x) è ðàññ÷èòàéòå íàêëîí êàëèáðîâî÷íîéïðÿìîé∆H [À/ì]α=.∆x äåë5. àññ÷èòàéòå êîýðöèòèâíóþ ñèëó Hc , èñïîëüçóÿ èçìåðåííîå çíà÷åíèå 2x(c) (ñ ó÷¼òîì ðàáî÷åãî è êàëèáðîâî÷íîãî êîýèöèåíòîâ Kx ).àññ÷èòàéòå Bs ïî îðìóëå (6), âçÿâ çíà÷åíèÿ Rè è Cè , óêàçàííûåíà óñòàíîâêå. Ïðè ýòîì Uâûõ = UC = y(s) · Ky .6. Óêàæèòå íà êàëüêàõ ìàñøòàáû äëÿ ïðåäåëüíûõ ïåòåëü: H [À/ì] íàîäíî äåëåíèå âîçüìèòå èç ãðàèêà H = f (x) (ñ ó÷¼òîì êàëèáðîâî÷íîãîè ðàáî÷åãî êîýèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ÝÎ); B[Ò] íà îäíî äåëåíèå ðàññ÷èòàéòå ïî îðìóëå (6), âçÿâ âìåñòî Uâûõ ñîîòâåòñòâóþùèå çíà÷åíèÿ Ky .7. Îöåíèòå ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ µäè ïî îñíîâíûì êðèâûì íàìàãíè÷èâàíèÿ.8. Îöåíèòå ïîãðåøíîñòè.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
