МСиС-2019(ч1)

30

Т а б л и ц а 4.1

Результат измерения сопротивления методом двух приборов

Результат вычисления

Прямые

сопротивление

Измеряемое

Вариант

измерения

приборов

сопротивление

подключения

r'x

rx

метод

U

I

rх

r = rx r

и пределы из-

вольтметра

мерения

U

I

rA

rV

В

А

Ом

%

В

А

Ом

Малое сопро-

1

тивление

IN =

2

UN =

Большое сопро-

1

тивление

IN =

2

UN =

30

Лабораторная работа 5

ИСПЫТАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: определение динамических и статических характеристик магнитных материалов.

5.1. Основные теоретические сведения

При использовании магнитных материалов необходимо располагать их статическими и динамическими магнитными характеристиками. На основе измерения магнитных характеристик строятся приборы контроля электрических и физико-механических свойств материалов и изделий.

Магнитные характеристики ферромагнитных материалов определяются по параметрам статической и динамической кривой намагничивания. К статическим характеристикам относится основная кривая намагничивания – зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н, полученная на предварительно размагниченном образце. Основной кривой намагничивания называют геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, которые относят к динамическим характеристикам.

Компьютерные измерения реализуют осциллографический метод регистрации динамических петель в широком частотном диапазоне. Такой метод позволяет исследовать изменение формы и размеров динамической петли в зависимости от изменения сигнала намагничивания. Схема проведения измерений представлена на рис. 5.1.

Измерения проводятся с помощью двухканального цифрового USBосциллографа. На два канала осциллографа подается напряжение, пропорциональное току в намагничивающей обмотке и производной от ЭДС во вторичной обмотке. На канал горизонтального отклонения А подается напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля Н:

u		R i		R1lc	H		,	(5.1)
	R					t
		1 1		w1

где w1 – число витков намагничивающей обмотки; lc – длина средней линии сердечника;

Нt – мгновенное значение напряженности намагничивающего поля. Индукция магнитного поля определяется по выражению:

31

u		w		d	w		d SBt	.	(5.2)
	2		2			2
				dt			dt

Проинтегрировав напряжение на выходе измерительной обмотки u2 при выполнении условия R2 >> 1/ C, для определения мгновенных значений индукции магнитного поля можно записать выражение:

Bt R2C uc , w2 S

где w2 – число витков измерительной обмотки;

S – площадь поперечного сечения сердечника; uc – значение напряжения на конденсаторе;

ω – угловая частота.

На канал вертикального отклонения В подается напряжение uc, нальное индукции магнитного поля В.

(5.3)

пропорцио-

Модуль	Модуль		lc
«Автотранс-	«Измерительный	R1
форматор»	блок»		MO
L
	VΩHz РV	w	w2
TV	V			R2
		1
	COM
				С
N
		Rш
	А			В
		USB-осциллограф модуля «Модуль питания»

Рис. 5.1. Схема проведения измерений:

МО – магнитный образец; w1, w2 – число витков в намагничивающей и измерительной обмотках

32

5.2.Порядок выполнения работы

1)Заполнить таблицу исходных данных (табл. 5.1) по данным индивидуального макета, содержащего магнитный образец.

Та б л и ц а 5.1

Параметры испытуемого образца

Номер	R1,	w1,	lc,	w2,	R2,	C,	S,
макета	Ом	вит.	мм	вит.	Ом	мкФ	мм2
2	48	300	105	400	44910	1,85	36
5	136	250	90	400	23000	3	36
6	232	210	78	350	30000	2	36
8	604	350	110	450	25950	2	36

2)Собрать схему согласно рис. 5.1. При этом подключить канал А осциллографа к сопротивлению шунта Rш, канал В – к емкости С. В качестве источника питания использовать автотрансформатор TV из модуля «Автотрансформатор». Напряжение измеряется с помощью цифрового мультиметра Sanwa PC500 в режиме измерения переменного напряжения.

3)Запустить на компьютере программу «Цифровой осциллограф DOSCDLA». При необходимости ознакомиться с интерфейсом программы, для чего в меню «Справка» выбрать пункт «Помощь». В появившемся окне справки изучить пункты «Интерфейс» и «Режим работы/Осциллограф».

На вкладке «Осциллограф» выбрать режим линейной развертки, нажав кнопку Т. Задать размах шкалы напряжения 2 В/дел. канала А при помощи ручки настройки «Канал A (В/дел.)». Аналогичным образом для канала В установить значение 50 мВ/дел. Задать коэффициент развертки 5 мс/дел. при помощи ручки настройки «Время (с/дел.)» (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Внешний вид панели USB-осциллографа

33

4)Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Установить на автотрансформаторе TV заданное преподавателем напряжение (около 8 В) и проконтролировать это значение вольтметром РV.

5)В программе «Цифровой осциллограф DOSC-DLA» нажать кнопку «Цикл» и совместить маркеры А и 0 на оси ординат слева, а затем установить синхронизацию по каналу А (кнопка «А» в области «Синхронизация»). При необходимости изменить масштабы по напряжению и времени и занести их в табл. 5.2.

6)Проконтролировать измеренные напряжения uR(t) и uc(t) на экране монитора, для чего остановить цикл измерений. Нарисовать графики в окне

10 8 см. Указать масштабы по каналам А и В (mA, mB [В/дел.]) с учетом десятичного множителя, а также значение временной развертки (mт [мс/дел.]).

7) Рассчитать переводные коэффициенты для напряженности Н и индукции В, используя формулы:

m		w1	m		[(А/м)/дел.];		(5.4)
H	R1lc			A
mB		R2C		mB		[(Тл)/дел.].	(5.5)
		w2S

При расчете переводных коэффициентов в формулы (5.4), (5.5) следует подставлять значения в системных единицах – lc [м], S [м2], С [Ф], R [Ом]. Заполнить табл. 5.2.

					Т а б л и ц а 5.2
		Масштабы переменных
mА,	mВ,		mт,	mH,		mB,
В/дел.	В/дел.		мс/дел.	(А/м)/дел.		Тл/дел.

8) Выключить развертку по времени осциллографа путем нажатия кнопки XY для отображения динамической предельной петли гистерезиса B = f(H). Зарисовать график в окне 10 8 см, используя масштабы табл. 5.2.

9) Произвести измерение характерных точек на петле гистерезиса и заполнить первую строку табл. 5.3.

34

10)Уменьшить входное напряжение, повторить процедуры измерения для трех частных петель гистерезиса. Зафиксировать полученные петли гистерезиса в том же окне, в котором была построена динамическая предельная петля гистерезиса. В табл. 5.3 записать рассчитанные значения параметров частных петель гистерезиса, амплитудные значения напряженности и индукции Hm, Bm, коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Br.

11)Соединив вершины петель гистерезиса, построить основную кривую намагничивания для испытуемого материала.

Т а б л и ц а 5.3

Результаты измерения магнитных характеристик

	Номер	Uвх, В	Hm, А/м	Bm,Тл	Hc, А/м	Br,Тл
	опыта
	1
	2
	3
	4

B
Bm
Br
Hc	Hm	H
Рис. 5.3. Петля гистерезиса

5.3.Контрольные вопросы

1)Что характеризует площадь петли гистерезиса?

2)Назвать статические и динамические характеристики магнитных мате-

риалов.

35

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из направлений повышения качества учебного процесса является использование компьютерных и интерактивных технологий во всех видах занятий, в том числе при подготовке и проведении лабораторных работ по разделу исследования методов и средств измерения, включая применение компьютерных технологий.

Лабораторные работы с использованием стендов «Электрические измерения и основы метрологии. Вариант настольный с компьютерным управлением» (ЭИМ НК) модернизированы с целью полного перехода данного вида занятий на новые формы с использованием компьютерных технологий. Данный комплекс лабораторных работ является составной частью учебного плана по всем направлениям и специальностям подготовки, содержащим дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация», «Методы и средства измерений, испытаний и контроля», «Автоматизация измерений, испытаний и контроля» в Омском государственном университете путей сообщений (ОмГУПСе).

Апробация модернизированных лабораторных работ на стендах ЭИМ НК проведена на кафедре «Теоретическая электротехника» ОмГУПСа в 2016 – 2017 учебном году и показала преимущества данного подхода, так как использование современных цифровых, аналоговых и компьютеризированных средств измерения дает практическое представление обучающимся по широкому диапазону использования методов и средств измерений. Кроме того, выявлена необходимость дальнейшей работы по созданию новых разделов преподаваемых дисциплин и новых интерактивных форм, сопровождающих проведение лабораторных и практических занятий.

36

Библиографический список

1. Метрология и электрические измерения. Часть 1. Виды измерений. Обработка результатов наблюдений: Учебное пособие / А. Л. Каштанов, А. А. Комяков и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 67 с.

2.Кузнецов А. А. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие /А. А. Кузнецов, О. Б. Мешкова, Т. А. Тигеева / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. Ч. 1, 2. 144 с.

3.Кузнецов А. А. Применение комплекса NI ELVIS для исследования первичных измерительных преобразователей: Методические указания к выполнению лабораторных работ / А. А. Кузнецов, Д. В. Пашков / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2012. 37 с.

4.Ким К. К. Метрология и техническое регулирование / К. К. Ким, В. Ю. Барбарович, Б. Я. Литвинов. М.: Маршрут, 2006. 256 с.

5.Сергеев А. Г. Метрология, стандартизация и сертификация / А. Г. Сер-

геев. М.: Юрайт, 2011. 820 с.

6.Тартаковский Д. Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебник / Д. Ф. Тартаковский, А. С. Ястребов. М.: Высшая школа, 2008. 213 с.

7.Нефедов В. И. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник / В. И. Нефедов. М.: Высшая школа, 2005. 599 с.

8.Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте: Материалы III всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте» / Под ред. С. М. Овчаренко / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2018. 406 с.

37

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРОТОКОЛ ПОВЕРКИ

Протокол №

поверки _______________________________________________________

наименование СИ

Класс точности: _______Диапазон измерений:________

Заводской номер_____

Средство поверки: мультиметр __________________

Условия поверки: температура, ºС: влажность, %: давление, кПА:

1.Результаты внешнего осмотра:_______________________

2.Основная погрешность измерительного прибора

		Показания эталона Х0					Погрешности
						абсолютные		приведенные			Вариа-
Показания
											ция
поверяемого					при	при	при			при
		при						при уве-			показа-
прибора Х
				уменьше-		увеличе-	уменьше-			уменьше-
											ний b
		увеличении						личении
					нии	нии	нии			нии
дел.	В (мА)		В (мА)			В (мА)			%		В (мА)

Заключение:_______________

Поверку выполнил_________

Дата поверки:______________

38

Учебное издание

КУЗНЕЦОВ Андрей Альбертович, КОМЯКОВ Александр Анатольевич, КАШТАНОВ Алексей Леонидович, КУЗЬМЕНКО Антон Юрьевич

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

КВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ»

НА СТЕНДАХ ЭИОМ

Часть 1

Редактор Н. А. Майорова

***

Подписано в печать 18.01.2019. Формат 60 84 116 . Офсетная печать. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,4. Уч.-изд. л. 2,7.

Тираж 300 экз. Заказ	.
**

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа Типография ОмГУПСа

*

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

39