3. 3. 3. Измерение кривой намагничивания и петли гистерезиса

Для определения магнитных свойств вещества (т. е. истинных значений магнитных свойств ферромагнетиков) необходимо измерять магнитную индукцию в образце и внутреннее магнитное поле.

Магнитную индукцию определяют по изменению магнитного потока , проходящего через измерительную обмотку, намотанную на образец предельно близко к его поверхности так, что площадь витка измерительной обмотки должна как можно меньше отличаться от площади поперечного сечения образца. В этом случае изменение магнитной индукции в образце можно определить по формуле:

, (1.17)

где – число витков измерительной обмотки;

–поперечное сечение образца.

Для измерения изменения магнитного потока могут быть использованы баллистический метод измерения [5] либо метод электронного интегрирования сигнала измерительной обмотки (например, микровеберметр Ф5050).

Наиболее просто определить магнитные свойства вещества образца тороидальной формы. При этом внутреннее магнитное поле рассчитывается по формуле (14), а индукция определяется с использованием формулы (17).

Определение магнитных свойств вещества разомкнутых образцов конечных размеров (шар, диск, цилиндр, прямоугольный параллелепипед и т. д.) может осуществляться при их намагничивании в разомкнутой (соленоид) или в замкнутой (пермеаметр) магнитной цепи. В случае разомкнутой цепи необходимо, чтобы форма образца допускала его однородное намагничивание, а также было известно значение его коэффициента размагничивания N. Это возможно для шара (N=1/3), бесконечно тонкой пластины при ее намагничивании перпендикулярно поверхности (N=1), бесконечно длинного цилиндра при поперечном (N=1/2) или продольном (N=0) намагничивании, а также для некоторых других форм образцов. На практике могут использоваться образцы, близкие по форме к указанным выше. Примером может служить продольно намагничиваемая длинная проволока маленького диаметра, для которой коэффициентом размагничивания можно пренебречь (N0).

Измерение магнитных свойств образцов, которые во внешнем магнитном поле намагничиваются неоднородно (например, прямоугольный параллелепипед), проводится в замкнутой магнитной цепи.

На рис. 1.4 приведена схема экспериментальной установки, предназначенной для измерения магнитных свойств ферромагнетиков. В состав установки входят: регулируемые источники намагничивающего (1) и размагничивающего (2) токов; пермеаметр (3); микровеберметр Ф5050 (4), цифровой вольтметр В7-34А (5) для измерения намагничивающего тока по падению напряжения на образцовом сопротивлении R; устройство автоматического размагничивания УАР (6); магнитометр (7) с малогабаритным датчиком поля; переключатель К1 для подключения источников намагничивающего 1 или размагничивающего 2 тока к обмоткам пермеаметра; ключ К2 для изменения полярности тока в обмотках пермеаметра.

Необходимые для расчета данные образцов (площадь поперечного сечения) и число витков измерительной обмотки должны быть самостоятельно определены при выполнении работы.

Перед измерением кривой намагничивания образцы должны быть размагничены. Для этого выход УАР через клеммы на задней панели и ключи К1 и К2 необходимо соединить с намагничивающей обмоткой тороида.

Рис. 1.4. Принципиальная схема лабораторной установки

для измерения магнитных свойств ферромагнетиков и ферритов

Включить УАР в сеть и прогреть в течение 10 минут. После загорания индикатора «Готовность» нажать на кнопку «Пуск». Устройство в течение 30-40 секунд будет подавать в намагничивающую обмотку знакопеременные импульсы тока с плавно убывающей амплитудой. Амплитуда размагничивающих импульсов может быть определена по амперметру на передней панели УАР или по показаниям цифрового вольтметра. По окончании размагничивания УАР выключить.

Измерение кривой намагничивания (коммутационной) проводится в следующем порядке. В намагничивающую обмотку образца от источника 1 подается ток . Переключателем К2 проводится 5–7 коммутаций (изменений направления тока). После этого измеряется изменение магнитного потока в образце при изменении намагничивающего тока отдо. Магнитный поток измеряется при помощи микровеберметра Ф5050 в соответствии с приложенным к данной работе описанием этого прибора. Значения изменения индукции рассчитываются по формуле (17). Учитывая, что индукция изменилась отдо, то есть, легко рассчитать индукцию. Измерив магнитометром 7 соответствующее значение внутреннего магнитного поля, получают координаты первой точки на кривой намагничивания. После увеличения намагничивающего тока цикл измерений повторяется. Шаг приращения тока выбирается с учетом формы кривой намагничивания (на участке крутого возрастания индукции приращение тока должно быть на порядок меньше, чем в высоких полях, близких к полю насыщения).

Максимальное значение намагничивающего тока Imax не должно превышать 3,5 А. Во избежание перегрева намагничивающих обмоток не следует на длительное время оставлять включенным ток более 1 А.

Измерение точек предельной петли гистерезиса проводится в следующем порядке. Вначале проводится магнитная подготовка, заключающаяся в 5–7 коммутациях намагничивающего поля . Величинадолжна обеспечивать намагничивание образца до насыщения. Затем при максимальном значении намагничивающего поляпо описанной выше методике определяется максимальное значение индукции. После этого намагничивающее поле уменьшается до величиныН' и при быстром изменении поля от доН' измеряется соответствующее изменение индукции . Далее по формуле (17) определяется значениеи магнитометром измеряется поле. Для измерения других точек петли гистерезиса образец снова должен быть приведен в состояние,включением и 5–7 кратной коммутацией максимального тока. При новом значенииопределяется новая точка петли.