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

---