ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 4 страница

Веберметр — прибор с градуированной шкалой для измерения магнитного потока. Существуют веберметры магнитоэлектричес­кие, фотогальванометрические, аналоговые электронные и циф­ровые.

Магнитоэлектрический веберметр представляет собой разновид­ность гальванометра с противодействующим моментом, равным нулю и с большим моментом магнитоиндукционного успокоения. При отсутствии противодействующего момента, подвижная часть веберметра может занимать любое случайное положение. Это дает возможность произвести правильный отсчет измеряемой величи­ны, так как указатель веберметра остается неизменным в положе­нии первого максимального отброса. По точности и чувствитель­ности он уступает баллистическому гальванометру. Диапазон из-

Мерений магнитоэлектрических микровеберметров — 500.. .10 ООО мкВб; Классы точности — 1,0; 2,5; 4,0 (в зависимости от сопротивления Внешней цепи — 10; 20; 30 Ом).

Фотогальванометрический веберметр представляет собой фо- гогальванометрический усилитель с отрицательной обратной связью, которая осуществляется с помощью /?С-цепи. Диапа­зон измерений фотогальванометрических микровеберметров — 2...2000 мкВб; классы точности — 1,0; 2,5 (сопротивление внеш­ней цепи 100... 1000 Ом).

Диапазон измерений цифровых микровеберметров — 10 мкВб... ЮмВб; класс точности — 0,05 (с внешним сопротив­лением 100 Ом). Диапазон измерений аналоговых электронных микровеберметров — 25...2500 мкВб; классы точности — 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Периодически изменяющиеся магнитные потоки измеряются индукционным методом, в основе которого лежит закон электро­магнитной индукции. Измерению подлежит переменная ЭДС, индуцируемая в ИК, которая и является неподвижным индукци­онным преобразователем, охватывающим переменный поток. Кон­цы ИК можно подключить к вольтметру среднего, действующего, амплитудного значения, к компенсатору, компаратору, в зависи­мости от требуемой точности и наличия СИ. В зависимости от СИ можно получить различные значения одного и того же потока, что особенно важно, когда кривая ЭДС несинусоидальна.

5.3. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Прямые измерения магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н в постоянных и переменных полях выполня­ются с помощью тесламетров с преобразователем Холла.

Преобразователь Холла. Преобразователь представляет собой пластину из полупроводникового материала, по которому про­пускается постоянный или переменный ток. При помещении пре­образователя в магнитное поле на боковых его гранях возникает ЭДС Холла. Выпускаемые промышленностью тесламетры с преоб­разователем Холла имеют следующие параметры: диапазон изме­рения — 0,002...2 Т; классы точности — 1,0; 1,5; 2,5; частотный диапазон — до 1000 МГц.

Достоинства: приборы просты и удобны в эксплуатации, име­ют достаточно высокие метрологические характеристики.

Недостатки: показания приборов зависят от температуры внеш­ней среды.

Ядерно-резонансные тесламетры. Это приборы, в которых в ка­честве преобразователя применяется разновидность квантового маг- нитоизмерительного преобразователя, действие которого основа но на взаимодействии микрочастиц (атомов, ядер атомов) с маг­нитным полем. В качестве квантового преобразователя можно ис­пользовать ядерно-резонансный преобразователь, позволяющий измерить магнитную индукцию с высокой точностью. Диапазон измерений — 0,01... 10 Т; классы точности — 0,001 ...0,1.

Ферромодуляционные тесламетры. Они предназначены для из мерения магнитной индукции В и напряженности Н в малых постоянных и низкочастотных переменных полях. Тесламетры основанные на явлении сверхпроводимости, позволяют изме - рить параметры магнитного поля биотоков сердца и мозга че - ловека.

Напряженность магнитного поля Н измеряют электродина мическим способом, который основан на взаимодействии тока, протекающего по рамке, с измеряемым магнитным полем. О зна чении напряженности судят по углу отклонения рамки, поме щенной в измеряемое магнитное поле, при неизменном значе нии тока в ней.

5.4. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Магнитные материалы делят на три группы: магнитомягкие (обычно используются для магнитопроводов); магнитотвердые (служат источниками магнитного поля); материалы со специаль­ными свойствами. Статические и динамические характеристики магнитных материалов и методы их определения регламентиру­ются соответствующими ГОСТами и стандартами.

Аппаратура для определения характеристик и параметров маг­нитных материалов состоит из намагничивающих и измеритель­ных обмоток, средств измерения, регистрации, обработки полу­ченной информации и различных вспомогательных устройств.

В промышленных установках для определения статических ха­рактеристик магнитных материалов определяют индукцию В с по­мощью индукционно-импульсного метода, а напряженность поля Н — косвенно по силе тока в намагничивающей катушке и ее параметрам или с помощью магнитоизмерительных приборов. В установках для определения динамических характеристик маг­нитных материалов обычно используют индукционный магнито- измерительный преобразователь и различные способы измерения его выходного сигнала.

Образцы для испытаний. Испытание магнитных материалов стре­мятся проводить при равномерном намагничивании материала, когда индукция в различных сечениях образца одинакова. Для ис­пытания магнитного материала в замкнутой магнитной цепи ис­пользуют образцы в виде кольца, что обеспечивает наибольшую

Точность измерения. Но изготовление таких образцов — сложное Дело, поэтому гораздо проще испытывать образцы материалов в Виде полос, стержней с помощью специальных устройств — пер­меаметров.

Основные статические характеристики. Это — характеристики Материалов, определяемые в постоянных магнитных полях и по­зволяющие отличить один материал от другого. К ним относятся: основная кривая намагничивания и симметричная петля гистере- зисного цикла, площадь которой пропорциональна энергии, за­трачиваемой на перемагничивание, а точки пересечения с осями координат позволяют определить основные магнитные характе­ристики материалов (рис. 5.1).

Начальная кривая намагничивания (см. рис. 5.1, а) представля­ет собой зависимость магнитной индукции от напряженности на­магничивающего поля В =/(#). Кривая OA получается при моно­тонном увеличении напряженности поля предварительно размаг­ниченного образца. На практике чаще пользуются основной кри­вой намагничивания В= f(H), являющейся геометрическим мес­том вершин симметричных гистерезисных петель (см. рис. 5.1, б). Из основной кривой намагничивания определяются значения нор­мальной магнитной проницаемости В/Ндля различных значе­ний В и Н. Из предельной гистерезисной петли находят остаточ­ную индукцию материала В_г и коэрцитивную силу Н_сВ (напря­женность поля, при которой В = 0), индукцию насыщения В относительную магнитную проницаемость ц_отн и ее начальное ц_нч и максимальное значения ц_тах.

Наиболее распространенный способ определения статических характеристик — индукционно-импульсный метод с использова­нием баллистического гальванометра и веберметра.

Динамические характеристики. Эти характеристики зависят не только от качества самого материала, но и от формы и размеров образца, формы кривой и частоты намагничивающего поля. При

Рис. 5.1. Основные статические характеристики материалов: а — начальная кривая намагничивания; 6 — основная кривая намагничивания

намагничивании магнитного материала переменным магнитным полем магнитная индукция изменяется по кривой, называемой динамической петлей. Динамическая петля и ее площадь определл ют полную энергию, рассеиваемую за цикл перемагничивания т.е. потери за счет гистерезисных явлений, вихревых токов, маг­нитной вязкости и т.д. Семейство динамических петель характе ризует магнитный материал при данных размерах образца, форме и частоте магнитного поля. Геометрическое место вершины дина мических петель называется динамической кривой намагничивания

Важными параметрами магнитных материалов в переменных магнитных полях являются различные виды магнитной проница емости.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основные задачи магнитных измерений.

2. Какие эталоны составляют метрологическую основу магнитных из мерений?

3. Назовите основную характеристику измерительной катушки.

4. Как измеряется магнитный поток?

5. В чем отличие баллистического гальванометра от обычного магни тоэлектрического?

6. Назовите основные метрологические характеристики баллистичес кого гальванометра.

7. В чем отличие веберметра от баллистического гальванометра?

8. Как измеряют напряженность и магнитную индукцию?

9. Что представляет собой преобразователь Холла?

10. Как измеряют переменные магнитные поля?

11. Приведите классификацию магнитных материалов.

12. Перечислите статические и динамические характеристики магнит­ных материалов.

ГЛАВА 6