ГЛАВА ТРЕТЬЯ

Испытании

материалов

§3.1. Общие вопросы магнитных измерений

Магнитные измерения представляют собой общирную область измерительной техники. Испытания свойств магнитных материалов являются только частью этой-области. Методику испытаний и аппаратуру для них в зависимости от назначения можно разделить на три вида:

1) для приемно-сдаточных испытаний в соответствии с нормативными документами на магнитные материалы;

2) для текущего производственного контроля на отдельных стадиях производства магнитных материалов;

3) для научно-исследовательских работ.

В настоящей книге кратко рассмотрены только первые два вида испытаний.

Как следует из предыдущих глав, при испытаниях магнитных материалов в больщинстве случаев необходимо измерять напряженность магнитного поля, магнитную индукцию и потери на перемагничивание. Диапазон изменения этих величин и условия измерения (температура, частота и др.) для разных групп материалов весьма разнообразны. Приведем краткую характеристику наиболее широко используемых при испытаниях методов и приборов *.

Индукционно-импульсный (баллистический) метод позволяет Измерять изменение потокосцепления с измерительной катущкой

Дф=Сфа, (3.1)

где Сф - постоянная измерительного прибора (баллистического гальванометра или веберметра) по магнитному потоку; а - отклонение подвижной части указателя (для баллистического гальвано-

* Предполагается, что начальные сведения по магнитным и электрическим измерениям, например в объеме [3.4], читателю известны.

метра - первый максимальный или так называемый баллистический отброс), возникающее в результате изменения магнитного потока.

Постоянная Сф баллистического гальванометра сложным образом зависит от сопротивления внешней цепи. Поэтому при измерениях необходимо градуировать гальванометр по образцовой мере магнитного потока - катушке взаимной индуктивности, что значительно усложняет процесс измерения. Следует отметить, что точность измерений [справедливость уравнения (3.1)] зависит от отношения длительности импульса ко времени первого отброса. Чем меньше это отношение, тем выше точность, т. е. баллистический гальванометр точнее измеряет короткие импульсы. Ориентировочно можно считать, что при работе баллистического гальванометра в периодическом режиме погрешность, связанная с конечным временем импульса, составляет 0,2-0,3%, если длительность импульса в 10 раз меньше времени первого отброса.

Баллистические гальванометры, представляющие собой лабораторные приборы и требующие стационарной установки (переносные баллистические гальванометры применяют мало, так как они менее чувствительны), характеризуются следующими средними техническими параметрами: Сф = (0,8-=-50) 10- Вб/(мм/м), основная погрешность при работе в качестве прибора непосредственной оценки составляет около 0,8-1,0% [3.6].

Для измерения магнитного потока применяют также магнитоэлектрические и фотоэлектрические веберметры.

Постоянная Сф веберметра мало зависит от изменения внешнего сопротивления в некоторых пределах (для магнитоэлектрических веберметров - до нескольких десятков ом; для фотоэлектрических до нескольких сотен ом). Поэтому шкалы веберметров градуируют непосредственно в единицах магнитного потока, что является большим преимуществом этих приборов перед баллистическими гальванометрами.

Магнитоэлектрические веберметры, являющиеся переносными стрелочными приборами, относительно просты по устройству и в обращении; поэтому их широко используют при массовых испытаниях магнитных материалов в цеховых условиях. Основным недостатком этих приборов является низкая чувствительность, которая на 1,5-2 порядка ниже чувствительности баллистических гальванометров.

Веберметрами можно измерять медленно изменяющиеся потоки (секунды и минуты), когда баллистические гальванометры непригодны.

В СССР широко применяют магнитоэлектрический веберметр МИШ, обладающий следующими характеристиками: Сф = = 10~* Бб/дел; погрешности не свыше ±1,0% при сопротивлении внешней цепи до 10 Ом, ±2,5%, -до 20 Ом и ±4% - до 30 Ом.

Фотогальванометрические веберметры представляют собой сочетание гальванометра с фотокомпенсационным усилителем. Наибольшей чувствительностью обладает микровеберметр Ф191 с це-

ной деления от 200 до 0,02 мкВб при гарантированной погрешности 1,0-2,5% (предусмотрена автоматически коррекция и установка нуля). Отечественная промышленность выпускает электронный ве-берметр Ф199 с пределами измерений от 25 до 2500 мкВб (с погрешностью 1,5-2,5%) и высокоточный цифровой веберметр Ф5050 с нижним пределом 10 мкВб.

Для определения баллистическим методом магнитной индукции и напряженности магнитного поля на испытуемые образцы накладывают измерительные обмотки.

При измерении магнитной индукции измерительная обмотка должна охватывать образец, прилегая возможно ближе к его поверхности и располагаясь таким образом, чтобы витки были перпендикулярны направлению магнитного потока.

Изменение магнитной индукции

д (3.2>

где (Sw)b - произведение средней площади измерительной катушки на число ее витков (постоянная катушки).

Иногда, например при испытаниях образцов из пермаллоев & защитных каркасах (см. § 3.2), между образцом и измерительной обмоткой существует воздушный зазор, на поток в котором необходимо вводить поправку. В этом случае

где Н - напряженность магнитного поля; Sj - площадь сечения-образца.

При измерении напряженности магнитного поля в образце пользуются тем, что касательная составляющая напряженности магнитного поля на границе сред с разными значениями магнитной проницаемости (образец - воздух) непрерывна. Следовательно, измерив Н на поверхности образца, можно считать (с допустимым! для большинства практических случаев приближением), что эта Же напряженность поля имеет место и в образце.

Катушку для измерения напряженности поля выполняют в виде плоской обмотки, располагая ее перпендикулярно направлению поля на одной из сторон образца и возможно ближе к нему.

Изменение напряженности магнитного поля

где {Sw)h - постоянная измерительной катушки для измерения напряженности поля.

Некоторые нормативные документы предусматривают учет погрешности, возникающей при использовании баллистического галь-