Схема вимірювальної установки
1. Для визначення параметрів ферромагнетика використовується петля гестірезісу , яка спостерігається на екрані осцилографа при перемагнічування даного феромагнітного зразка зовнішнім змінним магнітним полем. Схема вимірювальної установки показана на рис.10. Вона містить наступні елементи: генератор змінного напруги; ФО - феромагнітний зразок (осердя трансформатора); N1 - намагнічуються обмотка; N2 - вимірювальна обмотка; R та С - резистор і конденсатор RC - ланцюги; R1 - резистор для отримання напруги Ux, електронний осцилограф.
2. Відповідно до наведеної на рис. 10 схемою на вхід «U» осцилографа подається напруга Uy, пропорційне магнітної індукції В поля в досліджуваному зразку, на вхід «Х» - напруги Ux пропорційне напруженості Н поля, намагнічує зразок (внутрішній генератор горизонтальної розгортки променя осцилографа при цьому вимикається). За один період Т зміни напружень Ux и Uу, характеризує повний цикл перемагнічування зразка, електронний промінь на екрані осцилографа описує петлю
 |
гестірезісу , повторюючи її в точності за кожен наступний період. Тому зображення петлі гістерезису на екрані буде нерухомим.
Петля гестірезісу зображується на екрані в координатах (х; у), причому
Ux = Кх×C; Uу = Kу×У , (3)
де Х і У - вимірюються в «поділу шкали» екрана осцилографа;
Кх (В/дел.) та Ку (В/дел.) - масштабні коефіцієнти, значення яких вказуються або в паспортних даних осцилографа, або близько ручок осцилографа, перемикаючих посилення по осях «Х» та «У» відповідно, або в таблиці вихідних даних, розміщеної близько установки.
3. Напруга Ux, пропорціональна напруженості Н магнітного поля, отримують у такий спосіб. Якщо зразок виконаний у вигляді однорідного замкнутого осердя, на якому рівномірно розподілена первинна (намагнічуються) обмотка з числом витків N1, то струм I1 в цій обмотці і напруженість Н створюваного ним поля пов'язані співвідношенням 
, де l - середня довжина сердечника (феромагнітного зразка).
Послідовно з обмоткою N1 включений резистор R1, на якому створюється падіння напруги
(4)
Опір R1 малий. Цим забезпечується режим перемагнічування, при якому струм I1(t) і напруженість Н(t) не синусоїдальні, але синусоїдально магнітна індукція В = Вm sinwt (при синусоїдальній напрузі генератора, що живить схему).
З (3) і (4) виходить проста формула для вимірювання напруженості магнітного поля у зразку
, (5)
де 
.
4. Напруга Uу, пропорційне магнітної індукції В поля у зразку, отримують у такий спосіб. Вторинна (вимірювальна) обмотка, нанесена на зразок і що має N2 витків, пронизує зосередженим в феромагнітному зразку магнітним потоком 
, де S - площа поперечного перерізу зразка. В обмотці N2 індуцюється ЭРС
,
що створює струм I2 і напруга U2 » - e2 на виході обмотки (падіння напруги на самій обмотці дуже малий). Звідси випливає, що 
та
. (6)
З (6) видно, що інтегруванням змінної напруги (у нашому випадку - синусоїдальної, що змінюється з частотою w = 2p×n = 
, задається генератором), можна отримати сигнал, пропорційний миттєвого значенням В(t) індукції магнітного поля у зразку. Ця операція в схемі на рис. 10 виконується «інтегрує RC - ланцюжком», що складається з резистора R і конденсатора С.
Напруга U2 створює в RC - ланцюжку струм I2 і змінний заряд конденсатора, рівний 
, внаслідок чого на конденсаторі утворюється напруга
(7)
що надходить на вхід «Y» осцилографа (впливом великого вхідного опору осцилографа нехтуємо). Опором RC - ланцюжка синусоїдальній струму з частотою 
, де Т - Період коливань струму, дорівнює
.
де t = RC - «постійна часу» RC - кола. Загально вибирається значення відносини 30 < 
< 100, опір Z » R, т. е. є практично чисто активним і не створює помітного зсуву фаз між струмом I2 і напруга U2. У цьому випадку для миттєвих значень струму і напруги практично справедливий закон Ома
.
Ця обставина з урахуванням формул (7) і (6) дозволяє записати для миттєвих значень напруг U2 та Uу і магнітної індукції В наступну залежність:
. (8)
Відзначимо, що збільшення r = RC робить формулу (8) більш точною, тобто підвищує точність інтегрування, але одночасно приводить до зменшення напруги Uу.
З (3) і (8) виходить проста формула для вимірювання індукції магнітного поля у зразку...:
, (9)
де 
.
5. Формулу для визначення потужності 
, витрачається за один цикл Т = 1/n на перемагнічування феромагнітного зразка, знайдемо, використовуючи (2), (5), (9), в наступному вигляді:
, (10)
где 
,
- площа петлі гістерезису на екрані осцилографа в координатах (х; у), яка вимірюється у квадратних поділу шкали екрану осцилографа.
Завдання до роботи:
1. Зберіть схему установки, наведену на робочому місці (рис.10); після перевірки схеми викладачем увімкніть осцилограф і джерело живлення схеми.
2. Встановіть максимальне вихідна напруга генератора ГН.
3. Отримайте на екрані осцилографа зображення петлі гестірезісу і встановіть його симетрично щодо осі Х та У на шкалі екрана Масштабний коефіцієнт Ку осцилографа виберіть таким, щоб петля гестірезісу займала всю площу екрана.
4. Розрахуйте коефіцієнти a, b, c, що містяться у формулах (5), (9) та (10) відповідно.
5. Виміряйте координати ХС та Уr перетину петлі гестірезісу з осями координат на шкалі екрана, і за формулами (5) і (9) обчисліть коерцитивної силу НС та залишкову індукцію Вr феромагнітного зразка.
6. Виміряйте у квадратних поділу шкали осцилографа площа петлі гестірезісу і за формулою (10) обчисліть потужність, що витрачається на перемагнічування феромагнітного зразка.
7. Виміряйте координати Хm та Уm петлі гестірезісу і за формулами (5), (9) і (1) обчисліть відповідні значення Нm, Вm та m (см. рис.9). Дані занесіть у таблицю.
8. Встановлюючи по черзі інші значення напруги генератора ГН, отримаєте відповідні їм петлі гестірезісу і виконайте вимірювання і обчислення за п.7. Дані занесіть у таблицю.
9. Використовуючи дані таблиці, побудуйте графік залежності В = f(H) - криву початкового намагнічування, а також графік залежності m = f(H).
10.За результатами роботи зробити висновки.
Контрольні запитання
1. Магнетику та їх різновиди.
2. Особливості діамагнетиків і парамагнетики.
3. Феромагнетики, їх структура.
4. Спонтанна намагніченість доменів та її природа.
5. Процес початкового технічного намагнічування феромагнетиків.
6. Перемагнічування феромагнетиків і петля гестірезісу.
7. Зв'язок петлі гестірезісу з витратами енергії на перемагнічування феромагнетиків.
8. Причина освіти залишкової магнітної індукції в феромагнетиках. Коерцитивної сила ферромагнетика. Що вона характеризує?
9. Магнітна проникність магнетика. Її особливість у феромагнетиків.
10. М'які і жорсткі ферромагнетики, їх застосування в техніці.
11. Принцип отримання в лабораторній установці напруг, пропорційних напруженості і магнітної індукції поля у зразку.
12. Порядок розмагнічування ферромагнетика.