Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego z Metrologii Temat : „Pomiary magnetyczne” |
Sprawozdanie wykonał : Mieszko Mularczyk
Automatyka i Robotyka, rok III, grupa 1 Wydział Elektryczny, Politechnika Szczecińska |
1.Krótkie omówienie ćwiczenia
Ćwiczenie to składało się z dwóch części: w pierwszej z nich badaliśmy własności magnetyczne rdzenia, poprzez pomiar charakterystycznych punktów jego pętli histerezy magnetycznej (za pomocą oscyloskopu), w drugiej części przeprowadziliśmy pomiar rozkładu indukcji pola magnetycznego za pomocą teslomierza.
2.Schemat pomiarowy układu badania pętli histerezy magnetycznej.
Schemat pomiarowy przestawia się następująco:
Parametry fizyczne badanego rdzenia wynoszą:
długość drogi magnetycznej w rdzeniu Lx = 16,7cm = 0,167m
pole powierzchni przekroju poprzecznego S = 0,8cm2 =0,00008m2
Ilość zwojów w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym:
z1=z2=6000
Parametry układu całkującego: jako układ całkujący zastosowaliśmy najprostszy obwód RC o parametrach:
R=100kΩ
C=1μF
Stałą czasową takiego układu całkującego obliczamy ze wzoru:
Dla tak połączonego układu pomiarowego, otrzymujemy na oscyloskopie obraz pętli histerezy magnetycznej.
3.Omówienie punktów charakterystycznych pętli histerezy magnetycznej oraz wykorzystanych wzorów
gdzie:
Br - remanencja - pozostałość magnetyczna
Bs - indukcja nasycenia
Hc - koercja indukcji - natężenie powściągające indukcji
Hmax - natężenie maksymalne
Z oscyloskopu odczytujemy współrzędne tych charakterystycznych punktów (odczytujemy właściwe dla nich odchylenie w pionie lub w poziomie). Następnie obliczamy ze wzorów:
wartości dla natężenia pola magnetycznego:
wartości dla indukcji magnetycznej:
gdzie:
x - odchylenie w poziomie
y - odchylenie w pionie
z1 - ilość zwojów w uzwojeniu pierwotnym
z2 - ilość zwojów w uzwojeniu wtórnym
s - pole powierzchni przekroju poprzecznego
Lx - długość drogi magnetycznej w rdzeniu
Dx - czułość odchylania poziomego oscyloskopu
Dy - czułość odchylania poziomego oscyloskopu
Tc - stała czasowa układu całkującego
4.Wyniki pomiarów oraz obliczenie wartości punktów charakterystycznych pętli histerezy:
Grubość linii pętli histerezy na ekranie oscyloskopu wynosiła 0,5 mm - i z taką dokładnością odczytywaliśmy położenie punktów.
Czułość odchylania poziomego oscyloskopu wynosiła Dx = 1 V/cm
Czułość odchylania pionowego oscyloskopu wynosiła Dy = 2 V/cm
Tabela pomiarowa
(w tabeli podane są wartości bezwzględne dla punktów ze znakiem „-”)
Punkt odczytywany |
Hc+ |
Hc- |
Hcśr |
Br+ |
Br- |
Brśr |
Bs+ |
Bs- |
Bsśr |
Hmax |
Hmin |
Hmaxśr |
odczyt [mm] |
11,0 |
12,0 |
11,5 |
21,0 |
20,0 |
20,5 |
32,0 |
31,0 |
31,5 |
39,0 |
40,0 |
39,5 |
Uwaga: Jak wiemy punkty, np. Hc+ i Hc- - powinny być położone symetrycznie względem siebie i równe co do wartości średniej. W naszym przypadku występowały drobne różnice (w wyniku niedokładności pomiarowych), dlatego też obliczaliśmy średnią.
Wartości stałe potrzebne do wzorów:
Na podstawie tych danych obliczamy (błąd będzie zależał od niedokładności odczytu położenia punktu na oscyloskopie Δlo= 0,5mm; lo - odczyt położenia punktu). Dodatkowo obliczamy błąd względny:
5.Badanie rozkładu indukcji magnetycznej przy pomocy teslomierza.
W tej części ćwiczenia badaliśmy rozkład indukcji magnetycznej w przestrzeni przesuwając sondę teslomierza po punktach zwymiarowanej płaszczyzny, którą obejmowało pole magnetyczne, którego źródłem był magnes trwały.
Tabela pomiarowa - indukcja magnetyczna B podana w [mT]
Y [mm] |
X [mm] |
||||||||
|
8,0 |
8,5 |
9,0 |
9,5 |
10,0 |
10,5 |
11,0 |
11,5 |
12,0 |
5,0 |
11,2 |
14,4 |
17,2 |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
15,6 |
12,8 |
10,4 |
5,5 |
15,6 |
20,0 |
26,0 |
28,0 |
30,0 |
28,0 |
24,0 |
18,0 |
14,0 |
6,0 |
20,0 |
32,0 |
46,0 |
52,0 |
52,0 |
50,0 |
38,0 |
26,0 |
18,0 |
6,5 |
28,0 |
46,0 |
74,0 |
86,0 |
88,0 |
84,0 |
64,0 |
34,0 |
22,0 |
7,0 |
30,0 |
54,0 |
76,0 |
84,0 |
86,0 |
68,0 |
52,0 |
38,0 |
24,0 |
7,5 |
32,0 |
52,0 |
66,0 |
70,0 |
72,0 |
66,0 |
54,0 |
38,0 |
24,0 |
8,0 |
32,0 |
50,0 |
68,0 |
74,0 |
74,0 |
70,0 |
52,0 |
36,0 |
26,0 |
8,5 |
32,0 |
58,0 |
110,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
70,0 |
38,0 |
26,0 |
9,0 |
28,0 |
54,0 |
100,0 |
110,0 |
110,0 |
100,0 |
70,0 |
34,0 |
22,0 |
9,5 |
22,0 |
32,0 |
46,0 |
58,0 |
50,0 |
48,0 |
40,0 |
26,0 |
20,0 |
10,0 |
16,0 |
20,0 |
26,0 |
30,0 |
28,0 |
28,0 |
22,0 |
18,0 |
14,0 |
Przestrzenny oraz poziomicowy wykres rozkładu indukcji magnetycznej załączamy na następnych stronach.
6.Podsumowanie
W pierwszej części ćwiczenia dokonaliśmy pomiaru charakterystycznych punktów histerezy magnetycznej (zwaną inaczej krzywą magnesowania). Ogólnie wyróżniamy materiały magnetyczne o:
normalnej pętli histerezy, gdy Br/Bs = 0,5 … 0,8
prostokątnej pętli histerezy, gdy Br/Bs = 0,9 … 0,98
płaskiej pętli histerezy, gdy Br/Bs = 0,1 … 0,17
W naszym przypadku Br/Bs = 0,65, co kwalifikuje badany materiał magnetyczny do grupy materiałów o normalnej pętli histerezy.
W drugiej części ćwiczenia, przy pomiarze rozkładu indukcji magnetycznej, zauważamy (na podstawie wykresów), że B osiąga wartość największą przy krawędziach bocznych magnesu trwałego (stąd dwa maksima), a wartość indukcji w punkcie środkowym jest mniejsza. W miarę oddalania sondy od źródła pola (u nas magnesu) wartość B maleje.
Bs
Hmax
B
H
C=1μF
RN=100Ω
oscyloskop
z1
R=100kΩ
badany rdzeń
∼220V
autotransformator
transformator separujący
z2
Br
Hc
- Hc
- Hmax
- Bs
- Br
