Дослідження вебер-амперних характеристик магнітних кіл постійного струму (стр. 2 из 3)
. /5.9/Під дією е.р.с. eк в колі буде протікати струм
, /5.10/де R = Rк + Rд + Rг - загальний опір кола котушки, доти, доки відбувається зміна магнітного потоку, який пронизує котушку. Цей струм буде імпульсним і оцінити його можна за кількістю електричних зарядів (носіїв струму) за час зміни потоку від Ф до нуля, тобто можна записати, що
. /5.11/Заряд q, протікаючи через балістичний гальванометр, зумовить відхилення його стрілки. Отже, ступінь відхилення стрілки гальванометра буде мірою магнітного потоку.
Прилади, які призначені для вимірювання магнітного потоку описаним вище методом, називаються мілівеберметрами. Крім стрілочних, випускають і цифрові мілівеберметри.
Стосовно вимірювання магнітного потоку мілівеберметром формулу /5.11/ можна представити у виді
, /5.12/де Сф - ціна поділки мілівеберметра,
- кількість поділок, на яку відхиляється стрілка.При вимірюванні магнітного потоку електромагнітів можна не видаляти вимірювальну котушку з магнітного поля, а вмикати (вимикати) струм котушки, яка збуджує магнітне поле.
Для вимірювання магнітної індукції використовують ефект Холла, який полягає в тому, що в пластинці з металу або з напівпровідникового матеріалу, в якій протікає струм І і яка знаходиться в магнітному полі, вектор якого перпендикулярний до вектора струму, виникає електричне поле, направлене перпендикулярно до векторів
і 
. Напруженість цього поля (поле Холла) 
, /5.13/де d - товщина пластинки; Rx - стала Холла, яка залежить, в основному, від концентрації носіїв струму (рис.5.5).
Рис.5.5.
Із рівняння /5.13/ знаходимо, що магнітна індукція
, /5.14/тобто В буде пропорційна Ех за умови І = const.
За допомогою вимірювальних перетворювачів Холла можна вимірювати магнітну індукцію в межах 0,001...2 тесла.
Прилад, який побудований на використанні ефекту Холла і який призначений для вимірювання магнітної індукції, називається тесла-метром. Він складається з стрілкового або цифрового приладу, щупа, в який вбудовано давач Холла, і джерела живлення постійного струму зі стабілізованою напругою, щоби забезпечити І = const при вимірюванні.
5.3 Програма роботи
1. Вивчити будову та принципи дії мілівеберметра і мілітесламетра.
2. Вивчити лабораторну установку дослідження характеристик Ш-подібного електромагніта.
3. Експериментальним шляхом зняти вебер-амперну характеристику електромагніта
. На підставі експериментальних даних провести необхідні розрахунки і побудувати криву намагнічування B = f(H) і залежності 
і Lк =f(Iк).4. Зняти експериментально і побудувати характеристики, які вказані в п.3, якщо повітряний проміжок між ярмом і якорем електромагніта
= 1 мм.5. Зняти залежність магнітної індукції в повітряному проміжку від його величини
і побудувати залежності 
і 
.6. Зробити висновки щодо кривої намагнічування і впливу величини повітряного проміжку на характеристики і параметри магнітного кола.
5.4 Опис лабораторної установки
Лабораторна установка складається з Ш-подібного електромагніта, переносних мілівеберметра і мілітесламетра та джерела живлення з регульованою напругою.
Рис.5.6.
Магнітне коло електромагніта (рис.5.6) складається з ярма 1, якоря 2 і каліброваної прокладки 3 із немагнітного матеріалу товщиною
. Магнітне поле збуджується котушкою зі струмом 4 і з числом витків Wз. На боковому стержні магнітопроводу розміщена вимірювальна котушка 5 з числом витків Wв.Числа витків котушок і довжина середньої лінії магнітопроводу (без повітряних проміжків) наведені на панелі установки. Там же вказана і максимально допустима сила струму котушки збудження Ік.max.
На рис.5.7. наведена електрична схема установки. Вона складається із джерела живлення постійного струму G, регулятора напруги РН, котушки збудження електромагніта К3, вимикача SA, амперметра РА і вольтметра PV. Вимірювана котушка КВ під’єднана до мілівеберметра mB.
Рис.5.7.
Напругу на котушці збудження регулюють регулятором РН в межах 0...50В і вимірюють вольтметром РV. Це дозволяє регулювати силу струму в котушці збудження, тобто намагнічуючу силу (
), від нуля до насичення магнітопровода.Магнітний потік, зчеплений з вимірювальною котушкою, вимірюють мілівеберметром при вмиканні і вимиканні струму Ік вимикачем SA. При цьому вимірюється половина магнітного потоку, створеного котушкою збудження.
5.5 Порядок виконання роботи
1. Ознайомившись з будовою мілівеберметра і мілітесламетра, проведіть їх випробування, вимірюючи декілька разів магнітний потік і магнітну індукцію постійного магніту, який закріплений на стенді.
2. Вивчаючи будову лабораторної установки, зверніть увагу на спосіб зміни повітряного проміжку між ярмом і якорем магнітопроводу.
3. Вебер-амперну характеристику знімають у такій послідовності:
- розмикають вимикач SA;
- ручку регулятора напруги РН встановлюють в нульове положення, що контролюють вольтметром PV;
- під’єднують мілівеберметр до вимірювальної котушки і коректором переводять його стрілку на початок шкали;
- регулятором напруги РН виставляють напругу Uк , величину якої задає викладач;
- замикають вимикач SA і визначають відхилення стрілки мілівеберметра в момент вмикання, а також фіксують величину струму в котушці збудження;
- вимикають вимикач SA і знову визначають відхилення стрілки в момент вимикання;
- дані вимірювань заносять в табл.1.
Потім дослід повторюють ще чотири рази з кроком напруги на котушці збудження
, де Uк max - максимально допустима напруга, яка відповідає струму Ік max, вказаному на панелі лабораторної установки.Таблиця 1
| №з/п | Виміряти | Вирахувати | ||||||||
| Uк | Ік |  | Ф | В | Н | F |  |  | Lк | |
| В | А | В  с | В с | Тл | А/м | А | Гн/м | 1/Гн | Гн | |
| 1 | ||||||||||
| 2 | ||||||||||
| 3 | ||||||||||
| 4 | ||||||||||
| 5 | Uк max | Iк.max | ||||||||
На підставі експериментальних даних і параметрів (Wк, S, lср), вказаних на панелі установки, вираховують магнітний потік
, індукцію 
, напруженість 
, намагнічуючу силу 
, магнітну проникність 
, магнітний опір 
і індуктивність котушки збудження 
.За даними розрахунків побудувати залежності B = f(H),
і Lк =f(Iк).4. Встановити між якорем і крайніми стержнями магнітопроводу немагнітні прокладки товщиною
мм. Щільно притиснути якір до ярма. Вставити щуп з давачем Холла в повітряний проміжок між середнім стержнем і якорем. Потім провести п’ять вимірювань згідно методики, описаної в п.4, доповнюючи досліди вимірюванням магнітної індукції мілітесламетром. Дані вимірювань занести в табл.2.Таблиця 2
| №з/п | Виміряти | Вирахувати | |||||||
| Uк | Ік | | В | Ф | Н | Ік Wк |  | Lк | |
| В | А | Вб | Тл | Вб | А/м | А | 1/Гн | Гн | |
| 1 | |||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| 4 | |||||||||
| 5 | |||||||||
Магнітний опір
вираховують за формулою /5.7/.