Основные характеристики магнитных материалов

Статические хар-ки определяются экспериментально при помещении магнитного материала в постоянное поле. Они зависят только от свойств материала и технологии его обработки.

Динамические характеристики также определяются экспериментально, но при перемагничивании образцов магнитных материалов в переменных магнитных полях. Однако, в отличие от статических характеристик, они зависят также от частоты переменного магнитного поля, формы кривой изменения во времени индукции и напряженности магнитного поля, размеров и формы образца.

Статические характеристики магнитных материалов

Наиболее полно свойства магнитных веществ и материалов характеризуют зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля . Поэтому основными характеристиками магнитных материалов являются основная и начальная кривые намагничивания и предельная петля магнитного гистерезиса. Магнитное состояние будет изменяться в соответствии с кривой намагничивания (кривая 1 на рисунке 2.1). Если намагниченный образец начать перемагничивать, изменяя напряженность магнитного поля от плюс Н_max до минус H_max и обратно, то индукция в образце будет изменяться по кривой, получившей название предельной петли магнитного гистерезиса. Индукция В_r, сохраняющаяся в магнитном материале после намагничивания его до насыщения и уменьшения напряженности магнитного поля до нуля, называется остаточной индукцией (точка " б " на рисунке 2.1). Значение напряженности магнитного поля Н_С, необходимое для изменения магнитной индукции в материале от В_r до нуля, называют коэрцитивной силой (точка " в " на рисунке 2.1).

Динамические характеристики магнитных материалов

Динамическими характеристиками магнитных материалов называют характеристики, получаемые в переменных магнитных полях, когда время установления напряженности поля становится соизмеримым с временем перемагничивания исследуемого материала. При измерении динамических характеристик приходится говорить об усредненных по сечению образца значениях магнитной индукции и напряженности поля.

Свойства образцов магнитных материалов, перемагничиваемых переменными магнитными полями, характеризуются набором динамических характеристик и параметров, аналогичным статическим характеристикам, но отличающимся от них.

Изменение индукции внутри магнитного образца при намагничивании его переменным магнитным полем происходит в соответствии с динамической петлей.

8. Физические основы преобразования магнитных величин в элек­трические. Методы и средства преобразования магнитных величин в электрические сигналы.

Для преобразования магнитных величин в электрические используются различные проявления магнитного поля – электрическое, механическое, оптическое и др. При создании магнитных ИП наиболее широко используются следующие проявления магнитного поля: явление электромагнитной индукции, силовое взаимодействие поля с телами и частицами, обладающими магнитными моментами, и гальваномагнитные эффекты.

Классифицировать магнитоизмерительные преобразователи можно по различным классификационным признакам:

- по принципу используемого физического явления или эффекта;

- по назначению;

-по виду ФВ, в которую преобразуется измеряемая магнитная величина.

.

9. Магнитные измерительные преобразователи: измерительные ка­тушки, схемы включения в измерительную цепь. Веберметры. Метрологиче­ские характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.

Индукционные магнитоизмерительные преобразователи представитель данного вида ИП - измерительная катушка (ИК), витки которых сцепляются с преобразуемым магнитным потоком Ф.

Если ИК содержит w_к витков, то при изменении потока Ф в катушке возникает ЭДС, описываемая формулой , где Y = w_kФ – потокосцепление магнитного поля с ИК.

Измерительная катушка является измерительным преобразователем, посредством которого магнитные величины Ф, В, Н могут быть преобразованы в электрическую величину – ЭДС.

Если ИК ориентирована в пространстве так, что ее ось составляет с направлением вектора угол a:

, из которого следует, что индукционные магнитоизмерительные преобразователи в виде ИК могут выполнены в виде трех основных разновидностей.

Важнейшей характеристикой ИК является ее постоянная K_SW, которая согласно определению находится как сумма площадей поперечных сечений S_k всех витков катушки: , или К_SW = w_ks_k при равенстве s_k для всех витков катушки.

Выходная ЭДС, возникающая в измерительной катушке при ее внесении в поле или удалении из него:

, где r – сопротивление цепи измерительной катушки; i - ток, протекающий в цепи ИК при условии, что она замкнута.

Первичным преобразователем является ИК, с которой сцепляется магнитный поток Ф. Изменение магнитного потока DФ, осуществляемое внесением катушки в магнитное поле или удалением ее из поля, преобразуется катушкой в импульс тока i, проходящий по замкнутой цепи ИК. Отклонение указателя баллистического гальванометра a_m, пропорционально количеству электричества Q, прошедшего через его рамку: , где C _б - баллистическая постоянная гальванометра.

Под воздействием изменяющегося магнитного потока Ф в ИК наводится ЭДС е в соответствии с выражением (2.18).

Отклонение a подвижной части веберметра пропорционально изменению DФ:

, где S_вб - чувствительность веберметра, связанная с ценой деления C_вб прибора соотношением .

Отсюда измеренное изменение магнитного потока выразится формулой

.

Магнитоэлектрические веберметры представляют собой высокочувствительные магнитоэлектрические приборы, у которых противодействующий момент подвижной части пренебрежимо мал по сравнению с моментом успокоения вследствие электромагнитного и воздушного торможения.

Вследствие малости противодействующего момента прибора его подвижная часть, отклонившись на угол a, остановится в этом положении, а затем начнет с малой скоростью перемещаться в положение, соответствующее нулю противодействующего момента. Это явление называют "сползанием" указателя, а скорость сползания указывается в технических данных прибора.

Веберметр выгодно отличается от баллистического гальванометра тем, что его показания практически не зависят от времени изменения измеряемого потока и от сопротивления измерительной катушки, если это сопротивление не превосходит определенного значения (для большинства отечественных веберметров равного 8 - 30 Ом) и электромагнитное торможение превышает успокоение из-за сопротивления воздуха.

10. Магнитные измерительные преобразователи - измерительные пре­образователи, основанные на эффекте Холла. Метрологические характеристи­ки. Схемы формирования электрических сигналов.

Преобразователь Холла представляет собой четырехполюсник, выполненный в виде тонкой пластинки или пленки из полупроводникового материала. Токовые электроды выполняются по всей ширине поперечных граней, что обеспечивает равномерное распределение входного тока по всей сечению преобразователя. Потенциальные (холловые) электроды расположены в центральной части продольных граней.

В магнитном поле носители заряда под действием силы Лоренца изменяют свою траекторию, вследствие чего на одной из боковых граней концентрация зарядов одного знака увеличивается, в то время как на противоположной грани – уменьшается. Возникающая при этом разность потенциалов (ЭДС Холла) определяется выражением

Типовая схема тесламетра с ПК представлена.

11. Магнитные измерительные преобразователи - преобразователи Га­усса. Метрологические характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.

Магнитоизмерительные преобразователи Гаусса, называемые магниторезисторами, основаны на использовании эффекта Гаусса, заключающегося в изменении внутреннего сопротивления некоторых материалов в магнитном поле вследствие изменения подвижности носителей электрических зарядов.

Под действием магнитного поля траектории носителей искривляются, вследствие чего скорость их движения в направлении электрического поля уменьшается. Уравнение преобразования магниторезистора имеет вид

R_B = R_B=0 [1 + A|uB|^m], где u - подвижность носителей заряда; R_B=0 – сопротивление преобразователя при В = 0; А – магниторезистивный коэффициент, зависящий от свойств материала и формы преобразователя; m – показатель степени, равный 2 в слабых магнитных полях (В£ 0,2…0,5 Т), для которых uB £ 1, и равный 1 в сильных магнитных полях, для которых uB ³ 1.

Основными метрологическими характеристиками магниторезисторов являются начальное сопротивление R_o, которое лежит в пределах от долей ома до десятков килоом, и магниторезистивная чувствительность . Обычно для характеристики магниторезистивных преобразователей используются зависимости , где DR₀ = R_B – R₀.

Преобразователи Гаусса используются в приборах для измерений индукции в постоянных и переменных магнитных полях. Особенно эффективно их применение при измерениях в сильных полях, так как функция преобразования в этом диапазоне для них достаточно линейная.

Магнитоизмерительные приборы с преобразователями Гаусса применяются в виде тесламетров постоянного и переменного магнитных полей. Простейший прибор может представлять собой неуравновешенный измерительный мост, в одно из плеч которого включен преобразователь Гаусса. При изменении сопротивления преобразователя в результате воздействия на него измеряемого магнитного поля в индикаторной диагонали моста возникает напряжение, или ток разбаланса.

Магниторезистивные преобразователи находят применение в качестве бесконтактных переменных резисторов и делителей напряжения с плавно регулируемым коэффициентом деления.

12. Магнитные измерительные преобразователи: ферромодуляционными преобразователи. Метрологические характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.

Принцип действия ферроиндукционных преобразователей (называемых также ферромодуляционными) основан на изменении под воздействием измеряемого магнитного поля В_Х магнитного состояния (магнитной проницаемости m) ферромагнитного сердечника, возбуждаемого переменным магнитным полем с постоянной напряженностью Н_~.

При одновременном воздействии на сердечник возбуждающего поля напряженностью Н_~ и измеряемого поля напряженностью Н_х изменение магнитного состояния будет происходить по несимметричным динамическим петлям и кривая изменения переменной составляющей индукции В_~ станет несимметричной относительно оси времени. Это будет означать, что в составе кривой индукции В_~ наряду с нечетными гармоническими составляющими появляются также четные гармоники. Оказывается, что степень асимметрии, т.е. амплитуды четных гармоник в индукции В_~, пропорциональна в определенных пределах интенсивности измеряемого магнитного поля. Таким образом, по значению амплитуд четных гармоник, в частности второй гармоники, можно определить напряженность или индукцию измеряемого поля.

Феррозонд помещается в измеряемое магнитное поле с индукцией В_Х. Возбуждающее поле в феррозонде создается током, поступающим в обмотку возбуждения от генератора синусоидального тока. Выделение второй гармоники из выходного сигнала феррозонда осуществляется селективным усилителем. Выходной сигнал усилителя детектируется синхронным детектором и подается на измерительное устройство. Синхронное детектирование в данной схеме используется для определения изменения фазы е_вых на 180° при изменении направления магнитного поля на обратное. Для улучшения технических и метрологических характеристик схема охвачена глубокой ООС.

Поиск по сайту: