1.      Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie parametrów pętli histerezy materiału magnetycznego danego przez prowadzącego i umieszczonego w układzie pomiarowym. Ponadto badaliśmy rozkład indukcji magnetycznej w szczelinie magnesu.

2.      Spis aparatury

Do wykonania tego ćwiczenia wykorzystaliśmy następujący sprzęt laboratoryjny:

-          Oscyloskop Hung Chang 20 MHz Ocsylloscope 3502C, o niepewności czułości wychylenia na osiach ox i oy ±2% oraz dokładności pomiaru wychylenia do 0,1 działki.

-          Teslomierz TH26 firmy Aspan oznaczony PS-PN-19-07-10-840

-          Autotransformator laboratoryjny INCO AL.-2500 oznaczony 19-sT-IVa-305

3.      Opis układu pomiarowego

Do wykonania pomiaru pętli histerezy wykorzystaliśmy układ pomiarowy zbudowany zgodnie z rys 15.11 na stronie 182 w skrypcie Politechniki Szczecińskiej „Materaiły pomocnicze do laboratorium z metrologii elektrycznej i elektronicznej”. Parametry i niepewności poszczególnych elementów układu zgodnie z instrukcję pomiarową wyglądają następująco:

-          Rezystancja na której spadek napięcia badaliśmy:               RN = (1000,00 ± 0,10) W

-          Stała czasowa całkowania:                                                         TC = (0,90 ± 0,02) s

-          Dane próbki (ilości zwojów w uzwojeniach):               z1 = z2 = 6000,

-          Długość drogi magnetycznej w rdzeniu:                            lśr = (20,8 ± 0,3) cm,

-          Pole przekroju poprzecznego rdzenia:                             S = (1,77 ± 0,02) cm2.

Dane te przekształciliśmy i w dalszych przeliczeniach stosowaliśmy je w jednostkach SI.

4.      Wyniki pomiarów

Pomiary wykonywaliśmy tak, aby oscyloskop wskazał wyniki z możliwie największą dokładnością. Z tego powodu mierzyliśmy wielkości 2 razy większe (np. od - do ), a następnie uzyskany wynik dzieliliśmy przez 2. Odczytane wyniki przenieśliśmy do tabeli. W kolumnie „wartość” podaliśmy wyniki z dużą dokładnością, w dalszej części sprawozdanie wyliczymy z jaką dokładnością jest sens podawać wyniki. Pod tabelą wykonaliśmy przeliczenia, a w następnym punkcie wyliczyliśmy niepewności.

Ogólnie natężenie pola mierzone oscyloskopem wyraża się wzorem:, więc A/m

Indukcja magnetyczna mierzona oscyloskopem wyraża się wzorem: , czyli T

T

5.      Opracowanie wyników pomiarów

Ponieważ wielkość mierzona zależy od wielu wielkości należy policzyć pochodne cząstkowe po każdej z nich, aby wyznaczyć niepewność całkowitą.

Napięcie na osi ox wskazywane przez oscyloskop ma 2 składniki błędu: Dx i x. W związku z tym niepewność związaną z napięciem można przedstawić jako , gdzie . Ponieważ mierzyliśmy wielkość dwukrotnie większą, niepewność jest 2 razy mniejsza, więc należałoby wynik końcowy podzielić przez 2:

, więc:

Całkowitą niepewność pomiaru natężenia powściągającego indukcji liczymy następująco:

Po przeliczeniach otrzymujemy , czyli A/m

Podobnie przeliczyliśmy niepewność pomiaru parametrów i :

, gdzie . Podobnie jak w poprzednim przypadku, również tutaj . Niepewność pomiarowa związana z czułością odchylania plamki w pionie i w poziomie jest taka sama, jednak w tym przypadku zakres był inny, więc błąd był mniejszy. W pomiarze , jedna działka odpowiadała 20mV, czyli niepewność związana z napięciem na oscyloskopie w tym pomiarze wynosi:

                            przyjmijmy:              

Remanencja magnetyczna zapisana z niepewnością wynosi:

Analogicznie liczymy niepewność pomiaru indukcji nasycenia:

              przyjmijmy:             

Indukcja nasycenia zapisana z niepewnością:

6.      Badanie rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie magnesu.

Następnym naszym zadaniem było badanie rozkładu indukcji magnetycznej w szczelinie magnesu trwałego przy pomocy teslomierza hallotronowego. W tym celu przygotowaliśmy tabelę – macierz wyników pomiaru w której zapisywaliśmy odczytywane wartości. Indukcję badaliśmy na zakresie 2mT/działkę, a w szczególnych punktach o największej indukcji, przechodziliśmy na zakres 10mT/działkę. Po przeskalowaniu wyników na jednakowe jednostki nasza tabela wyników przedstawia się następująco: