Экспериментальное Определение магнитных характеристик ферромагнитных материалов

Описанные ниже методики относятся к случаю , если не оговорено иное.

Образцы для исследований. Для определения магнитных характеристик материалов применяют образцы тороидальной или кольцеобразной формы (рис.). Напряженность поля в таком образце при равномерном распределении намагничивающей обмотки определяется из выражения:

, (5.1)

где I - ток в обмотке;

- число витков;

- средняя длина силовой линии магнитного поля в образце.

Для указанных образцов ,

. (5.2)

Рис. Вид образцов, применяемых для определения магнитных характеристик материалов

Из (5.2) следует, что у внутренней поверхности кольцеобразного образца напряжённость поля больше, чем у его наружной поверхности.

Так как напряжённость поля изменяется по гиперболическому закону, то для того, чтобы значение Н у наружной и внутренней поверхностей образца отличалось не очень сильно, должно выполняться требование:

.

В этом случае напряженность поля в обмотке можно определять по формуле (5.2).

Образец покрывают тонким слоем изоляции, затем наносят на него намагничивающую и измерительную (1-2 витка) обмотки. Для исключения посторонних ЭДС витки намагничивающей и измерительной обмоток должны быть перевиты.

Определение кривой первоначального намагничивания. Определение кривой первоначального намагничивания производится на размагниченном образце. Вначале выбирают значения напряжённости поля Н_i, при которых будут определять значения индукции.

По значениям напряжённостей поля , используя формулу (5.1), определяют соответствующие значения токов I₁, I₂, …I_n. Далее скачком в обмотку подают ток , которому соответствует напряжённость поля , и по формуле (5.3) определяют значение индукции :

, (5.3)

где С_б - баллистическая постоянная гальванометра;

a- величина отброса стрелки гальванометра;

w₂- число витков измерительной обмотки;

S- площадь сечения образца, охватываемого витком измерительной обмотки.

Далее также ток скачком увеличивается до значения (ему соответствует напряжённость поля ). При этом приращение индукции определяют по той же формуле (5.2).

Рис. Построение кривой первоначального намагничивания

Аналогично получают другие точки кривой первоначального намагничивания. Их соединяют плавной линией.

Определение основной кривой намагничивания. Переменным сопротивлением устанавливают наименьшее значение намагничивающего тока I₁ в обмотке, осуществляют 10-15-кратную коммутацию направления тока через обмотку. Затем отмечают отброс стрелки баллистического гальванометра при перебрасывании рукоятки переключателя тока из одного крайнего положения через нуль в другое. По формуле (5.3) определяют значение индукции , в кольцеобразном образном образце.

(5.4)

Число «2» в знаменателе этой формулы объясняется тем, что при перебрасывании рукоятки переключателя тока напряжённость поля в образце изменяется от –Н до +Н.

Затем увеличивают ток до значения и названные выше операции повторяют. Определяют при этом значение индукции в образце. Аналогично строят остальные точки кривой намагничивания, которые соединяют плавной кривой.

Построение петли гистерезиса. Вследствие кососимметричности определения точек петли гистерезиса осуществляют для одной её ветви АВ_rБ.

Рис. Построение петли гистерезиса

Вначале производят измерения на участке . Устанавливают максимальный ток , которому соответствует индукция и напряжённость поля (т. е. определяют положение точки А). Затем скачком ток уменьшают до значения , которому соответствует напряжённость поля . При этом уменьшение индукции . определяют по формуле (5.2).

Получают значение индукции . Аналогично получают и другие точки отрезка . Для получения точки намагничивающий ток отключают. При этом .

Для построения точек кривой меняют направление тока в намагничивающей обмотке. Скачком устанавливают ток . При этом получают приращение индукции . Значение индукции , определяют как .

Аналогично определяют и другие точки кривой .

Итак, мы получили ветвь петли гистерезиса .

Чтобы получить нижнюю ветвь кривой АБ, отражаем кривую АБ вначале относительно оси ординат, а затем относительно оси абсцисс.

Определение коэрцитивной силы по намагниченности. Методика определения описана для случая .

При определении магнитных характеристик конструкционных сталей возникают трудности, связанные с тем, что в тороидальных (или кольцеобразных) образцах невозможно получить требуемое значение намагничиваемых полей. Магнитные характеристики таких сталей определяют на образцах цилиндрической формы, помещаемых в намагничивающие соленоиды и создавая в них необходимое поле с учётом размагничивающего действия магнитных полюсов, возникающих на краях образца.

Для определения коэрцитивной силы по намагниченности применяют прямоугольные образцы в виде прутка круглого или прямоугольного сечения или из пластин, составленных в пакет. Отношение длины образца к корню квадратному из площади поперечного сечения должно быть не менее десяти. Измерительная катушка должна наматываться изолированным медным проводом на каркас цилиндрического или прямоугольного сечения, выполненный из диэлектрика. Ее длина составляет не более трети длины образца.

Образец намагничивают в поле соленоида до насыщения, затем ток медленно уменьшают до 0, меняют его полярность и далее подбирают такое значение напряжённости поля в соленоиде, которое соответствует нулевому отклонению стрелки баллистического гальванометра при сбрасывании с образца измерительной обмотки.

Рис. Установка для определения коэрцитивной силы по намагниченности

Определение абсолютной магнитной проницаемости . Строят основную кривую намагничивания материала. Затем, для каждой точки кривой определяют значение и . Подставляя в формулу , получают соответствующее значение магнитной проницаемости. Затем строят график зависимости или .

Определение дифференциальной магнитной проницаемости. определяется на баллистической установке. Для этого установка должна содержать одну цепь для создания сравнительно сильного поля, которое определяет положение точки на оси кривой намагничивания. Вторая цепь – для создания небольшого дополнительного поля + , которое вызывает приращение индукции на + .

Включение этого дополнительного поля сопровождается отбросом указателя баллистического гальванометра. Значения и определяют по формулам (5.1) и (5.2).

Измерение индукции магнитного поля в образце. В образце просверливают два отверстия диаметром 1,5-2 мм. Сечение образца, ограниченное этими отверстиями, обматывают одним-двумя витками провода, его концы перевивают и подключают к измерительному прибору, например, к микровольтампервеберметру типа Ф-18.

Рис. К пояснению измерения магнитной индукции в образце

Магнитный поток Ф измеряют при включении или выключении намагничивающего тока. В общем случае индукция определяется по формуле

, (5.5)

где a – угол между вектором и нормалью к сечению, охватываемому проводом;

n– число витков провода, охватывающего сечение металла образца, ограниченного отверстиями;

S– площадь сечения образца, ограниченного отверстиями.