Определение статических характеристик ферромагнитных материалов Лекция по дисциплине

Определение статических характеристик ферромагнитных материалов Лекция по дисциплине «Измерения электрических, магнитных величин и неэлектрических величин»

Статическими называют характеристики, получаемые при измерениях в постоянных магнитных полях. К их числу относят: основную кривую намагничивания В = f(H); магнитную проницаемость (по основной кривой намагничивания); предельную петлю гистерезиса; остаточную индукцию; коэрцитивную силу.

В а А 1 С 1 А С 0 –Н +Н Н 0 +Н Н В б –Н Н Если размагниченный ферромагнитный материал намагничивать монотонно возрастающим полем от 0 до +Н, то состояние его будет меняться по кривой намагничивания 0‑А При убывании поля от +Н до 0 индукция будет меняться по кривой АС. Если далее изменять поле до –Н, а затем до +Н, то кривая индукции не замкнется, и при +Н будет соответствовать точке А 1. Если направление поля несколько раз менять от +Н до –Н и обратно, то петля гистерезиса постепенно становится замкнутой поскольку намагниченность материала

Поэтому при исследовании свойств ферромагнитных материалов необходимо образец несколько раз перемагнитить при заданной напряженности Н поля. Это называется магнитной подготовкой. Каждому значению напряженности соответствует своя петля. Если рассмотренную операцию повторить несколько раз при возрастающих значениях напряженности, то можно получить семейство петель гистерезиса. Геометрическое место вершин симметричных установившихся петель гистерезиса называют основной кривой намагничивания.

Характерными точками предельной петли являются остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Нс. Площадь предельной петли соответствует потерям на перемагничивание образца из ферромагнитного материала. В Предельная петля гистерезиса Br Основная кривая намагничивания В = f(H) Нс 0 Н С ростом максимального значения напряженности поля в области, близкой к насыщению, форма и размеры петли при дальнейшем увеличении напряженности уже не увеличиваются, а растут только её безгистерезисные участки. Такая петля называется предельной петлей гистерезиса

Наиболее распространенным методом определения статических характеристик магнитных материалов является индукционно‑импульсный с использованием баллистического гальванометра.

Определение магнитных характеристик на кольцевых образцах Магнитная цепь при испытаниях может быть замкнутой или разомкнутой. Наилучшей формой образца в замкнутой магнитной цепи является кольцо. Кольцевые образцы при правильном выборе их размеров не испытывают влияния собственных полей рассеяния и обеспечивают равномерное намагничивание. .

Образец‑кольцо, по периметру которого поверх изоляции наматывают вначале измерительную обмотку wио плотно, виток к витку, по возможности по всему периметру кольца. Сверху наносят намагничивающую обмотку wно обязательно равномерно по периметру кольца, чтобы индукция в различных сечениях образца была одинаковой

Перед измерением образец должен быть размагничен. Размагничивание проводят или в переменном магнитном поле, плавно уменьшая его напряженность, или в постоянном магнитном поле путем коммутации направления намагничивающего тока с одновременным уменьшением его значения до 0. Максимальная напряженность поля при размагничивании образца должна быть, по крайней мере в 10 раз больше коэрцитивной силы Нс.

Образец dвнутр Dнар Размеры кольцевых образцов должны быть такими, чтобы выполнялось соотношение ℓср иначе будет иметь место значительная погрешность в расчете напряженности, что связано с различием числа витков на единицу длины по внутреннему и наружному периметрам кольца.

Определение точек основной кривой намагничивания всегда начинают с наименьших значений напряженности, так как иначе пришлось бы размагничивать образец перед определением каждой точки кривой В = f(Н). + А 1 Образец R 1 А 2 БГ wно S 3 – 1 S 1 2 R 2 wио Rp S 2 М – мера магнитного потока + А 3 – S 4 R 3

, (14. 1) Процесс измерения заключается в следующем. Заранее рассчитывают значения напряженности по формуле: , где wно – число витков намагничивающей обмотки; I – ток в намагничивающей обмотке; Rср – средний радиус образца.

При замкнуом переключателе S 1 (в любом положении) и разомкнутых ключах S 2 и S 4 (ключ S 3 замкнут при определении точек основной кривой намагничивания) по амперметру А 1 устанавливают значение тока, рассчитанного по формуле для задаваемого значения напряженности Н. После 10‑ 14 коммутаций переключателем S 1 направления намагничивающего тока переключатель S 1 оставляют в каком‑либо положении, включают цепь баллистического гальванометра БГ, замыкая ключ S 2, и при перебросе переключателя в противоположное положение отмечают первый максимальный отброс баллистического гальванометра.

Индукция в образце при этом меняется от значения +В до значения –В и, следовательно, может быть рассчитана по формуле: где Сф – постоянная гальванометра по магнитному потоку; wио – число витков измерительной обмотки; Sобр – сечение образца в м 2. Аналогично определяют индукцию для всех точек основной кривой намагничивания.

Определение точек предельной петли гистерезиса Принцип определения точек предельной петли гистерезиса заключается в нахождении разности между Bm в вершине петли (точка А) и индукцией Bi в точке с напряженностью Hi

При определении точек петли с положительными значениями напряженности поступают следующим образом. Размыкают ключ S 3 не трогая R 1 и с помощью сопротивления R 2 устанавливают ток, соответствующий напряженности Hi. Замыкают ключ S 3. Коммутируют ток переключателем 10‑ 12 раз. Оставляют переключатель в положении 1. Замыкают ключ в цепи БГ и отмечают отброс гальванометра при размыкании ключа S 3

Аналогично проводится определение других точек петли с положительными значениями напряженности. Определение точек с отрицательным значением напряженности (например, –Н 4) намагничивающего поля отличается тем, что отброс гальванометра определяется при размыкании ключа S 3 и одновременно изменении направления намагничивающего тока с помощью переключателя S 1.

Определение магнитных характеристик стержневых образцов Кольцевые образцы являются идеальными с точки зрения простоты расчета напряженности магнитного поля и обеспечивают наибольшую точность результатов. Однако, они часто бывают неудобны, так как требуют индивидуальной намотки измерительной и намагничивающей обмоток, и не позволяют получать большие значения намагничивающих полей ( ).

Для испытания образцов разомкнутой формы из ферромагнитных материалов применяют пермеаметры, которые служат для определения точек основной кривой намагничивания и петли гистерезиса образцов разомкнутой формы (цилиндры, полосы, параллелепипеды и т. д. ).

Пермеаметр для испытаний образцов сталей в сильных полях ярмо wн C вставка C T T C вкладыши C wио wно Образец

В состав пермеаметра входят: ярмо, намагничивающее устройство и устройства для измерения индукции и напряженности. Ярмо из электротехнической стали служит для создания замкнутой магнитной цепи и состоит из двух половин. Имеется четыре вкладыша С и две Т‑образные вставки, между которыми зажимается образец. Благодаря такой конструкции можно применять образцы различной формы и размеров. Намагничивающее поле создают две обмотки wно, соединенные последовательно.

Для определения индукции в центральной части образца наматывается несколько витков провода, подключаемых к измерительной цепи баллистического гальванометра. Для определения напряженности используется своя измерительная катушка wн.

Определение магнитных характеристик стержневых образцов проводится в том же порядке, как и для кольцевых образцов. Отличие заключается в том, что поскольку при измерении с помощью пермеаметра не может быть точно рассчитана напряженность Н магнитного поля, то она устанавливается сначала приближенно. После определения индукции В при каждом значении тока в намагничивающей обмотке производится измерение напряженности Н с помощью баллистического гальванометра при удалении катушки wн с поверхности образца.