РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
По дисциплине: «Физические основы специальных измерений»
Вариант №8
Выполнил:Проверил:
Студент гр. «МР-01 », «ФЛА »
Еремин Д.О.Семенов Василий Тимофеевич
«___» ______ 20__г.«___» ______ 20__ г.
_________________ _________________
(подпись) (подпись)
Новосибирск, 2022
Оглавление
Введение. 3
1. Методы измерения магнитных параметров и характеристик материалов. 4
2. Приборы для измерения, структурные схемы, принцип действия и основные характеристики 6
3. Примеры практической реализации. 9
4. Заключение. 11
Список литературы.. 12
Введение
Все окружающие нас объекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц, находящихся внутри атомов - основы всей материи. Центральная часть или ядро большинства атомов включает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядра вращаются еще одни частицы - электроны, имеющие отрицательный заряд. Как правило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьи равные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга.
Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то заряды будут взаимодействовать друг с другом, значит в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Поле - особая форма материи, в которой происходит взаимодействие между телами. Электростатическое поле - поле, созданное неподвижными электрическими зарядами. В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, отрицательные против поля, т.е. в проводнике возникает электрический ток. Электрическим током называется любое направленное движение электрических зарядов. Если на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей от точек с большим потенциалом к меньшему, это приведёт к выравниванию потенциалов и, следовательно, к исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо создавать и поддерживать разность потенциалов за счёт работы сил не электростатического происхождения, физическая величина, определяемая работой, сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой. Опытным путём установлено, что подобно тому как в пространстве, окружающем электрические заряды возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты возникает силовое поле, называемое магнитным. Особенностью магнитного поля является то, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды, в отличие от электростатического поля.
Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток с помощью магнитного поля, в результате чего было открыто явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. т.е. любое изменение магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Порождающие друг друга, изменяющиеся электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитное поле. Переменное электрическое поле называется вихревым, его силовые линии замкнуты, подобно линиям индукции магнитного поля. Это отличает его от электростатического поля, которое существует вокруг неподвижных заряженных тел. Возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой ЭДС магнитной индукции.
Методы измерения магнитных параметров и характеристик материалов
Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы:
· баллистический;
· магнитометрический;
· электродинамический;
· индукционный;
· пондеромоторный;
· мостовой;
· потенциометрический;
· ваттметровый;
· калориметрический;
· нейтронографический;
· резонансный.
Баллистический метод основан на измерении баллистическим гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока.
Кроме баллистических гальванометров, для измерения магнитного потока применяют веберметры (Флюксметры) — магнитоэлектрические и фотоэлектрические.Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистическим методом определяют основную кривую индукцииВ(Н), кривую намагничивания J(H), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.
Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J, В и Н. Таким образом, метод даёт возможность найти зависимости В(Н) и J(H), петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрического метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологических задач.
Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в промышленных условиях, применяют электродинамический метод, при котором измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины (В или Н).
Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В(Н), J(H), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении ЭДС индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости, диа- и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.
Пондеромоторный метод состоит в измерении механической силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы, такие как: маятниковые, крутильные и рычажные. Магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и другие. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии.
Мостовой и потенциометрический методы определения магнитных характеристик в большинстве случаев применяются для измерений в переменных магнитных полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении параметров (индуктивности L и активного сопротивления R) электрической цепи с испытуемыми ферромагнитными образцами. Эти методы позволяют определять зависимости В(Н), J(H), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магнитного сопротивления в переменных полях, потери на перемагничивание.
Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание является ваттметровый метод, им пользуются при синусоидальном характере изменения во времени магнитной индукции. При этом методе с помощью Ваттметра определяется полная мощность в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца. Ваттметровый метод стандартизован для испытания электротехнических сталей.
Абсолютным методом измерения потерь в ферромагнитных материалах является калориметрический метод, который используется в широком частотном диапазоне. Он позволяет измерять потери при любых законах изменения напряжённости магнитного поля и магнитной индукции и в сложных условиях намагничивания. Сущность этого метода состоит в том, что мерой потерь энергии в образце при его намагничивании переменным магнитным полем является повышение температуры образца и окружающей его среды. Калориметрические магнитометры осуществляются методами смешения, ввода тепла и протока.
Магнитную структуру ферромагнитных и антиферромагнитных веществ исследуют с помощью нейтронографического метода, основанного на явлении магнитного рассеяния нейтронов, возникающего в результате взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитными моментами частиц вещества
Резонансные методы исследования включают все виды магнитного резонанса — резонансного поглощения энергии переменного электромагнитного поля электронной или ядерной подсистемой вещества. Эти подсистемы, кроме электромагнитной энергии, могут резонансно поглощать энергию звуковых колебаний — это так называемый, магнето-акустический парамагнитный резонанс, который также применяют в магнитных измерениях.
Важную область магнитных измерений составляют измерения характеристик магнитных материалов (ферритов, магнито-диэлектриков и др.) в переменных магнитных полях повышенной и высокой частоты (от 10 кГц до 200 МГц). Для этой цели применяют в основном ваттметровый, мостовой и резонансный методы. Измеряют обычно потери на перемагничивание, коэффициент потерь на гистерезис и вихревые токи, компоненты комплексной магнитной проницаемости. Измерения осуществляют при помощи пермеаметра, феррометра и других устройств, позволяющих определять частотные характеристики материалов.
Существуют и другие методы определения магнитных характеристик (магнитооптический, в импульсном режиме перемагничивания, осциллографический, метод вольтметра и амперметра и другие), позволяющие исследовать ряд важных свойств магнитных материалов.