Politechnika Śląska

Wydział : Inżynierii materiałowej, Metalurgii i Transportu

Kierunek: Inżynieria materiałowa

Temat: Pomiar parametrów magnetycznych ferromagnetyków

• Wstęp teoretyczny

Układem pomiarowym wykorzystanym w ćwiczeniu był ferrotester. Jest to urządzenie służące do szybkiego pomiaru magnetycznych parametrów materiałów ferromagnetycznych.

Rys. Schemat budowy ferrotesteru

Opis budowy ferrotesteru:

W cylindrycznej cewce S znajdują się 3 cewki pomiarowe A,B,C.

Cewka S zasilana jest prądem zmiennym o częstotliwości 50 Hz.

W cewce C indukuje się napięcie proporcjonalne do szybkości zmian natężenia pola magnetycznego H w cewce S. Napięcie to po scałkowaniu i wzmocnieniu przez wzmacniacz III podawane jest na płytki odchylenia poziomego oscyloskopu. Napięcie wyindukowane w cewce A zawierającej badany ferromagnetyk jest proporcjonalne do szybkości zmian namagnesowania w czasie T, a praktycznie mówiąc jest ono proporcjonalne do szybkości zmian indukcji magnetycznej badanego materiału w czasie.

Napięcie to po scałkowaniu i wzmocnieniu przez wzmacniacz I doprowadza się do płytek odchylania w pionie oscyloskopu. Na ekranie powstaje w ten sposób pętla histerezy magnetycznej w układzie H-B

Opis przebiegu ćwiczenia dla trzech badanych próbek: stali, stali transformatorowej, met-glass.

1. Umieszczenie badanej próbki w otworze F cewki pomiarowej

2. Włączenie ferrotesteru

3. Ustawienie na środku ekranu ostrego obrazu układu współrzędnych w układzie H-B

4. Ustawienie przełącznika w położeniu „test A”

5. Uzyskanie ostrego obrazu pętli histerezy magnetycznej

6. Namagnesowanie badanej próbki do stanu nasycenia, doprowadzenie obrazu pętli histerezy magnetycznej do takiej wielkości, aby zmieścił się na siatce skali ekranu.

7. Odrysowanie pętli histerezy magnetycznej na kalce technicznej (patrz załącznik na końcu sprawozdania)

8. Wycechowanie pętli histerezy magnetycznej.

• ustawienie przełącznika w położeniu „Calib. III”

• ustawienie odpowiedniego mnożnika dla napięcia cechującego

• uzyskanie linii o długości równej szerokości siatki skali ekranu.

• ustawienie przełącznika w położeniu „Calib. I”

• ustawnie mnożnika dla napięcia cechującego

• uzyskanie linii o długości równej wysokości siatki

• Opracowanie wyników

1. dla stali:

- maksymalna wartość pola magnesującego:

K₁ - stała aparaturowa K₁ = 3276 [A/m]

U_H - napięcie cechujące natężenia U_H = 2,9 x 0,1 = 0.29 [V]

950,04 - 0,05

x - 0,001

1mm=19,0008[A/m]

Hc=10mm

Hc=10x19=190 [A/m]

- indukcja magnetyczna maksymalnego namagnesowania:

S - pole przekroju próbki S= (0,4 x 10) [mm²]

K₂ - stała aparaturowa K₂= 0,90

U_B - napięcie cechujące namagnesowanie U_B= 3,9 [V]

Bs=

B_r=24mm

0,8775 - 0,06

x - 0,001

x=0,014625[T]

1mm=0,014625 [T]

Br=24x0,014625= 0,351 [T]

- H_c - pole magnetyczne korekcji H_c= 190 [A/m]

- B_s - indukcja magnetyczna namagnesowania B_s= 0,438 [T]

- B_r - indukcja pozostałości magnetycznej B_r= 0,351 [T]

- maksymalna przenikalność magnetyczna stali:

- przenikalność magnetyczna próżni:

• pole powierzchni pętli histerezy magnetycznej odpowiadające stracie energii na histerezę magnetyczną i prądy wirowe na jednostkę objętości w jednym cyklu przemagnesowania.

k - podatność magnetyczna

m_h - pole powierzchni histerezy magnetycznej m_h= 1153,5 mm²

m_s - pole powierzchni siatki skali ekranu ferrotesteru m_s= 3000 mm²

M_max - maksymalne namagnesowanie

2. dla stali transformatorowej

- maksymalna wartość pola magnesującego:

K₁ - stała aparaturowa K₁ = 3276 [A/m]

U_H - napięcie cechujące natężenia U_H = 3,2 x 0,1 = 0.32 [V]

1048,32 - 0,05

x - 0,001

1mm=20,966

Hc= 4mm

Hc=83,865[A/m]

- indukcja magnetyczna maksymalnego namagnesowania:

S - pole przekroju próbki S= (0,4 x 7,5) [mm²]

K₂ - stała aparaturowa K₂= 0,90

U_B - napięcie cechujące namagnesowanie U_B= 5,1 [V]

Bs=

Br= 1,5 - 0,05

X - 0,001

X=0,03

1mm= 0,03[T]

Br=8mm

Br= 8x0,03=0,24 [T]

- H_c - pole magnetyczne korekcji H_c= 83,865 [A/m]

- B_s - indukcja magnetyczna namagnesowania B_s= 0,75 [T]

- B_r - indukcja pozostałości magnetycznej B_r= 0,24 [T]

- maksymalna przenikalność magnetyczna stali:

- przenikalność magnetyczna próżni:

• pole powierzchni pętli histerezy magnetycznej odpowiadające stracie energii na histerezę magnetyczną i prądy wirowe na jednostkę objętości w jednym cyklu przemagnesowania.

k - podatność magnetyczna

m_h - pole powierzchni histerezy magnetycznej m_h= 296 mm²

m_s - pole powierzchni siatki skali ekranu ferrotesteru m_s= 3000 mm²

M_max - maksymalne namagnesowanie

3. dla met-glass

- maksymalna wartość pola magnesującego:

K₁ - stała aparaturowa K₁ = 3276 [A/m]

U_H - napięcie cechujące natężenia U_H = 4,9 x 0,1 = 0.49 [V]

Hc=

1605,24 - 0,05

x - 0,001

x=32,1048 1mm=32,1048[A/m]

Hc=2,5mm

Hc=2,5x32,1048= 80,262[A/m]

- indukcja magnetyczna maksymalnego namagnesowania:

S - pole przekroju próbki S= (0,04 × 9) [mm²]

K₂ - stała aparaturowa K₂= 0,90

U_B - napięcie cechujące namagnesowanie U_B= 12,9 × 0,01 = 0,129 [V]

Br = 0,3225 - 0,06

x - 0,001

x=0,005375

1mm=0,005375 [T]

Br=5mm

Br=5x0,005375= 0,0268 [T]

- H_c - pole magnetyczne korekcji H_c= 80,262 [A/m]

- B_s - indukcja magnetyczna namagnesowania B_s= 0,16125 [T]

- B_r - indukcja pozostałości magnetycznej B_r= 0,0268 [T]

- maksymalna przenikalność magnetyczna stali:

- przenikalność magnetyczna próżni:

• pole powierzchni pętli histerezy magnetycznej odpowiadające stracie energii na histerezę magnetyczną i prądy wirowe na jednostkę objętości w jednym cyklu przemagnesowania.

k - podatność magnetyczna

m_h - pole powierzchni histerezy magnetycznej m_h= 194 mm²

m_s - pole powierzchni siatki skali ekranu ferrotesteru m_s= 3000 mm²

M_max - maksymalne namagnesowanie

• Zestawienie wyników

Rodzaj próbki	Maksymalna wartość pola magnetycznego
stal	950,04 [A/m]
stal transformatorowa	1048,32 [A/m]
met-glass	1605,24 [A/m]
Rodzaj próbki	Indykcja magnetyczna maksymalnego namagnesowania
stal	0,8775 [T]
stal transformatorowa	1,5 [T]
met- glass	0,3225 [T]
Rodzaj próbki	Pole magnetyczne korekcji
stal	190 [A/m]
stal transformatorowa	83,865 [A/m]
met-glass	80,262 [A/m]
Rodzaj próbki	Indukcja magnetyczna namagnesowania nasycenia
stal	0,4387 [T]
stal transformatorowa	0,75 [T]
met-glass	0,1612 [T]
Rodzaj próbki	Indukcja pozostałości magnetycznej
stal	0,351 [T]
stal transformatorowa	0,24 [T]
met-glass	0,0268 [T]
Rodzaj próbki	Maksymalna przenikalność magnetyczna
stal	735,0477 [1]
stal transformatorowa	1138,6927 [1]
met-glass	159,8750 [1]

7

Pomiar parametrów magnetycznych ferromagnetyków

s- cewka magnesująca

A,B,C,-cewki

Pomiarowe

U - układy całkujące

I,III - wzmacnaicze

O - lampa

opcyloskopowa

P - badana próbka

---