1. Включить осциллограф нажатием кнопки «Вкл» и дождаться появления сообщения о прохождении проверки (рис. 5).
2. Вставить USB-флеш-накопитель в USB-порт и дождаться появления сообщения о подключенном устройстве.
3. Включить установку поднятием тумблера, при этом ручка ЛАТРа должна быть повёрнута до упора влево.
4. Зафиксировать образец между сердечником пермеаметра и прижимной пластиной (рис. 6). Записать номер образца в протокол.
5. Поворотом ручки ЛАТРа по часовой стрелке увеличивать ток намагничивания до тех пор, пока петля гистерезиса не займёт весь экран.
6. Роликами «Смещение Y» для каждого канала осциллографа отрегулировать положение петли гистерезиса так, чтобы точки пересечения с осями занимали симметричное положение относительно начала координат
7. Кнопкой «Сохр» сохранить снимок экрана. Записать номер снимка в протокол
8. С учётом того, что должно получиться 5-6 точек основной кривой намагничивания, уменьшить ток намагничивания поворотом ручки ЛАТРа влево на приемлемый угол.
9. Повторить последовательность действий 7-9.
10. После этого повернуть ручку ЛАТРа влево до упора, достать образец, заменить его на следующий и повторить действия 6-10
11. После того, как будут выполнены измерения для всех образцов. Повернуть ручку ЛАТРа влево до упора, выключить установку нажатием тумблера вниз. Вынуть USB-флеш-накопитель из USB-порта. Выключить осциллограф.
12. Запросить у преподавателя информацию с описанием геометрических размеров и плотности исследованных образцов
Рис. 5. Осциллограф цифровой запоминающий GDS-72072: 1 – Вкл; 2 – регулировка масштаба; 3 – регулировка смещения; 4 – сохранение экрана; 5 – USB-порт
|
|
Рис. 6. Пермеаметр: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка;
13. 3 – сердечник; 4 – прижимная пластина
Рекомендации к обработке осциллограмм
На рис. 7 представлен типичный снимок экрана осциллографа, с помощью которого предлагается получить основные экспериментальные данные.
Рис. 7. Осциллограмма петли гистерезиса
При обработке записи экспериментальных данных студентам рекомендуется заполнять следующую таблицу.
Таблица 2.
Экспериментальные данные
| Обр. № | Изм. № | Ux | Uy | Yr | Xc | Ym | Xm | S |
| ед. изм. | мВ | дел. | кл. | |||||
| ... |
Методика расчёта
С учётом характеристик измерительной схемы из основных уравнений, описывающих магнитное поле можно вывести соотношения для определения магнитных характеристик исследуемых материалов.
Определение масштаба по оси абсцисс для напряжённости магнитного поля
Интегральная форма закона полного тока имеет следующий вид
, (3)
где 
– вектор напряженности магнитного поля; l – контур, вдоль которого производится интегрирование; F – магнитодвижущая сила (МДС), равная сумме всех токов, охваченных этим контуром.
Поскольку ток и число витков во вторичной цепи пермеаметра малы по сравнению с параметрами первичной цепи, то МДС вторичной обмотки можно пренебречь. Выберем такой путь интегрирования, чтобы направления векторов 
и 
в любой точке замкнутой кривой 
совпадали. Таким образом от скалярного произведения векторов можно будет перейти к произведению их модулей. Будем считать, что нас интересует некоторое среднее значение напряжённости магнитного поля. За некоторым допущением, если производить интегрирование вдоль средней линии магнитной цепи, то так оно и будет. Тогда от интеграла (3) можно прейти к следующей формуле:
|
|
. (4)
где 
– длина контура, проходящего по средней лини магнитной цепи, 
– количество витков и ток в первичной обмотке пермеаметра.
Для измерения тока в первичной обмотке используется специальный токовый шунт, таким образом, зная падение напряжения на нём, можно определить среднее значение напряжённости магнитного поля в магнитной цепи.
, (5)
где 
– сопротивление токового шунта, падение напряжения на нём.
Учитывая масштаб осциллографа по оси абсцисс 
, получим выражение для масштаба напряжённости магнитного поля
. (6)
Определение масштаба по оси ординат для индукции магнитного поля
Согласно закону электромагнитной индукции, электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения магнитного потока:
, (7)
где 
– количество витков во вторичной обмотке пермеаметра, 
– магнитный поток, проходящий через поперечное сечение образца.
В свою очередь, напряжение, подаваемое на вход интегрирующей цепи, будет определяться как
. (8)
Сигнал на выходе интегрирующей цепи пропорционален интегралу входного сигнала:
, (9)
где произведение 
равно постоянной времени интегрирующей цепи.
Поскольку амплитуда результирующего сигнала очень мала, то на выходе интегрирующей цепи стоит усилитель. Тогда напряжение, подаваемое на вертикальное отклонение осциллографа, связано с этим сигналом следующим образом:
|
|
, (10)
где 
– коэффициент усиления осциллографа.
Вспомним, что индукция магнитного поля связана с потоком, как
. (11)
Конфигурация магнитной цепи позволяет предположить, что индукция магнитного поля по сечению образца не изменяется. Тогда от интегрирования можно перейти к простому умножению:
. (12)
где 
– площадь образца.
Тогда с учётом формул, получим выражение для индукции магнитного поля
. (13)
И с учётом масштаба осциллографа по оси ординат масштаб для индукции магнитного поля будет рассчитываться по следующей формуле:
. (14)
Таким образом, определить величины индукции и напряженности магнитного поля в любой точке гистерезисной петли можно по формулам:
. (15)
Одной из главных характеристик магнитных материалов является величина магнитной проницаемости, которую можно определить из следующей формулы (1)
В данной работе предлагается рассчитать величину мощности потерь энергии при перемагничивании, поскольку она также является одной из наиболее важных характеристик ферримагнитных. Этот параметр оценивается по площади петли гистерезиса, которая в координатах B-H имеет размерность энергии. Масштаб потерь энергии на единицу площади равен
, (17)
где Sгист – площадь петли гистерезиса, деления; f – частота приложенного напряжения, Гц; γ – плотность материала образца, кг/м3; [Pсумм.уд] =Вт/кг.
Индекс «сумм.» у величины Pсумм.уд означает, что сделанная оценка учитывает потери на гистерезис и на вихревые токи.
При обработке экспериментальных данных студентам рекомендуется заполнить следующую таблицу.
Таблица 3
Результаты обработки экспериментальных данных
| Обр. № | Изм. № | b | h | Bm | Hm | Br | Hс | µr | Pсумм.уд |
| ед. изм. | Тл/дел. | А/(м  дел.)
| Тл | А/м | Тл | А/м | - | Вт/кг | |
| ... |
Содержание отчёта
Отчет должен включать:
1. Цель работы.
2. Схему экспериментальной установки
3. Основные формулы и соотношения, используемые в работе.
4. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
5. Примеры расчета.
6. Графики зависимостей B = f(H), μ =f(H), Br =f(H), Hc =f(H), P =f(H)
7. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются все материалы по поведению в магнитном поле? Охарактеризуйте каждый класс.
2. Какой физический смысл имеет основная кривая намагничивания? Определите физический смысл величин Br и Hc.
3. Опишите класс ферромагнитных материалов: назовите основных представителей и свойства, присущие данному классу.
4. Опишите класс ферримагнитных материалов: назовите основных представителей и свойства, присущие данному классу.
5. В чём заключается принципиальное различие свойств ферро- и ферримагнетиков?
6. Опишите ход температурной и частотной зависимостей магнитной проницаемости ферромагнитных материалов. Что происходит с ферромагнетиками в окрестности температуры Кюри?
7. Назовите основные классы материалов, которые можно отнести к магнитотвердым материалам.
8. Назовите основные классы материалов, которые можно отнести к магнитомягким материалам.
9. Опишите свойства и назовите основных представителей магнитных материалов специального назначения, магнитных жидкостей и металлических стёкол.