41641

Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков

Лабораторная работа

Физика

Общая характеристика содержания работы: Основным содержанием практической части работы является определение магнитных характеристик магнитных сердечников тороидального типа изготовленных из магнитодиэлектриков и ферритов экспериментальное исследование частотных и температурных изменений начальной магнитной проницаемости H и тангенса угла магнитных потерь tgδM. Для измерения магнитных характеристик используется лабораторная установка включающая измеритель добротности Е4 7...

Русский

2013-10-24

6.56 MB

79 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков

               Цель работы:

     Освоить методику экспериментального исследования высокочастотных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков, используемых в качестве сердечников для катушек индуктивности радиоэлектронной аппаратуры, исследовать частотные и температурные зависимости основных параметров магнитных материалов.

             Общая характеристика содержания работы:

               Основным содержанием практической части работы является определение магнитных характеристик магнитных сердечников тороидального типа, изготовленных из магнитодиэлектриков и ферритов, экспериментальное исследование частотных и температурных изменений начальной магнитной проницаемости µH и тангенса угла магнитных потерь tgδM. Для измерения магнитных характеристик используется лабораторная установка, включающая измеритель добротности Е4 - 7, термокамеру и набор кольцевых сердечников с разными марками ферритов. При выполнении работы используется резонансный метод и технические средства измерения магнитных параметров ферритов и

магнитодиэлектриков в диапазоне 10 кГц - 10 МГц. В процессе работы необходимо соблюдать правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В.

Краткие теоретические сведения:

Под ферритами понимают соединения окислов железа Ре20з с окислами других металлов, например соединения со структурной формулой Me0Fe203, где Me - двухвалентный металл (Ni, Со, Fe, Mg, Си, Zn и др.) Одни из этих ферритов (Ni0Fe203, Mn0Fe203) обладают высокими магнитными свойствами, другие (Zn0Fe203, Cd0-Fe203) немагнитны. Существуют ферриты и с другими структурными формулами. Например, ферриты со структурной формулой R3Fe50]2 (ферро-гранаты), где R - иттрий Y или редкоземельный металл (Sm, Pr, Се, La).

Ферриты изготавливают по керамической технологии из смеси солей или окислов соответствующих металлов. После обжига из спрессованных исходных компонентов образуется магнитная керамика с высоким

удельным сопротивлением (ρ до 107 Ом•м). В отличие от диэлектрической керамики ферриты не содержат аморфной (стеклообразной фазы). В зависимости от химического состава исходных компонентов образуются различные кристаллические структуры, определяющие названия ферритов (ферриты-шпинели, ферро-гранаты, ортоферриты, гексаферриты), имеющие различные магнитные свойства и диапазон частот, на которых они могут применяться в качестве магнитных сердечников.

Наиболее широкое применение в области радиочастот нашли ферриты- шпинели: марганец-цинковые и никель-цинковые ферриты, имеющие химическую формулу MeО∙Me'О∙Fe203 (Ме∙О - окислы немагнитного двухвалентного цинка). При маркировке этих ферритов на первом месте стоит цифра, обозначающая среднее значение начальной магнитной проницаемости µн. Затем после цифры стоят буквенные обозначения: Н - низкочастотный феррит, В - высокочастотный феррит. После этого вторая буква обозначает тип феррита по составу: М - марганец-цинковый феррит; Н - никель-цинковый феррит. Например, феррит марки 2000НМ - низкочасотный марганец-цинковый феррит с начальной магнитной проницаемостью 2000; феррит марки 200ВН - высокочастотный никель- цинковый феррит с начальной магнитной проницаемостью 200. В маркировке ферритов могут вводиться дополнительные цифро-буквенные обозначения, указывающие применение данного феррита в конкретных устройствах: П - ферриты, применяемые для перестраиваемых контуров (в ферровариометрах); С - ферриты, используемые в телевизионной технике; И -ферриты, используемые в импульсных трансформаторах; Т - ферриты, используемые для магнитных головок; цифра 1 или 3 - термостабильные ферриты.

      Для оценки допустимого частотного диапазона, в котором может быть использован данный феррит, вводят понятие критической частоты fKp. Обычно под fKp понимают такую частоту, при которой тангенс угла магнитных потерь tgδM достигает значения 0,1.

     Необходимо отметить, что никель-цинковые ферриты обладают лучшими частотными свойствами (большим значением fKp), чем марганец-цинковые ферриты, благодаря большему значению удельного электрического сопротивления. Однако в области частот до 1 МГц марганец-цинковые ферриты характеризуются меньшими потерями на гистерезис в слабых полях и пониженным значением тангенса угла магнитных потерь tgδM (при одинаковом значении µн).

    Ферриты представляют собой сложные оксидные химические соединения, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом, т.е. материалы, в которых ниже определенной температуры (точки Нееля) спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При перемагничивании ферритовых сердечников синусоидальным магнитным полем образуется динамическая петля гистерезиса, а потери, возникающие при этом, называют полными потерями.

    В слабых магнитных полях и на высоких частотах динамическая петля гистерезиса вследствие отставания индукции от напряженности поля имеет форму эллипса. Отставание по фазе индукции от напряженности объясняется действием вихревых токов, препятствующих согласно закону Ленца изменению индукции, гистерезисом и магнитной вязкостью. Угол отставания δМ называют углом потерь. Для характеристики магнитных свойств материалов, используемых в цепях переменного тока, существуют следующие виды магнитной проницаемости: упругая µ', проницаемость потерь (µ", определяющая величину необратимых потерь в общем случае на гистерезис, вихревые токи, магнитную вязкость, резонансное поглощение и комплексная µ.

Упругая магнитная проницаемость определяется отношением

µ=Вм1/(µ0Нм).                                                        (6.1)

где (µ0 - магнитная постоянная (4π∙10-7 Гн/м); Нм - амплитудное значение напряженности поля.

          Величина µ' совпадает со значением относительной магнитной проницаемости µ.

Проницаемость потерь равна

µ* = ВМ20НМ).                                                      (6.2)

Наиболее полно описывает процессы намагничивания в переменных полях комплексная проницаемость µ

µ=µ’ - jµ” .                                                       (6.3)

Для характеристики потерь в магнитных материалах в переменных полях вводят параметр tgδµ - тангенс угла магнитных потерь, который равен отношению

tgδµ = .                                                            (6.4)

         Он характеризует отношение активной мощности электромагнитного поля Ра, выделяемой в виде тепла, к полной мощности возбуждающего магнитного поля Р (tgS = Ра/Р).

         Обратную величину tgδµ называют добротностью сердечника (Q = l/tgSM).

                 

Лабораторное задание и методические указания к его выполнению.                              Определить   магнитную   проницаемость и тангенс угла магнитных потерь ферритов. Построить их частотные характеристики.

             Методические указания.

   Высокочастотные параметры ферритов определяются на лабораторной установке, структурная схема которой изображена на рис. 6.2. Перед снятием экспериментальных данных следует подготовить к работе лабораторный стенд: переключатель Si установить в положение, отвечающее измеряемой катушке индуктивности, задаваемой преподавателем.

Рис. 6.2. Структурная схема лабораторной установки: 1 - измеритель добротности Е4 - 7;  2 - термокамера

     Измеряемая катушка индуктивности подключается к гнездам “L” измерителя добротности, а частота настройки высокочастотного генератора куметра фиксируется по шкале генератора. Установив частоту генератора, соответствующего рабочей частоте феррита, изменением емкости образцового конденсатора Сх настраивают контур в резонанс и по максимуму отклонения стрелки “Q” определяют действующее значение добротности Q.

      При исследовании частотной зависимости магнитных свойств ферритового сердечника сначала необходимо определить минимальную рабочую частоту. Для этого надо установить емкость образцового переменного конденсатора на максимальное значение, а затем настроить в резонанс по максимальному отклонению стрелки «Q» высокочастотным генератором измерителя добротности. Верхняя рабочая частота исследований будет соответствовать минимальной емкости (С - 35 пФ) образцового переменного конденсатора. Измерение f, С и Q, по которым рассчитываются µ и tgδМ, производить с равномерным интервалом по частоте, включающем не менее десяти точек. Результаты измерений занести в таблицу.

Расчет магнитных параметров выполнить с использованием расчетной программы на ЭВМ. По результатам расчета построить графики зависимостей µ и tgδМ от частоты.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы освоили методику экспериментального исследования магнитных характеристик ферритов, используемых в качестве сердечников для катушек индуктивности радиоэлектронной аппаратуры, а также исследовали зависимости магнитной проницаемости и тангенса угла магнитных потерь ферритов от частоты. При выполнении работы используется резонансный метод и технические средства измерения магнитных параметров ферритов и магнитодиэлектриков в диапазоне 10 кГц - 10 МГц.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58202. Функции белков 74.5 KB
  Белки выполняют чрезвычайно важные и многообразные функции. Белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки. Двигательную функцию выполняют особые сократительные белки.
58205. Принципы бухгалтерского учета 75.5 KB
  Принципы бухгалтерского учета Развитие модели рыночной экономики в России вызывает необходимость изменения базисных категорий бухгалтерского учета к которым в первую очередь относятся принципы ведения бухгалтерского учета.
58206. Производство и потребности 39.5 KB
  Целью любого производства является удовлетворение человеческих потребностей. Связь между производством и потребностями проявляется в действиях: потребности запросы потребителя стимулируют производителя а производство создавая новые блага оказывает влияние на потребление...
58208. Создание web-страниц. Добавляем голос 30 KB
  Музыкальные файлы можно добавлять двумя способами: ссылка на файл, активация которой открывает диалоговое окно. С помощью этого окна можно сохранить файл или прослушать через программу – музыкальный проигрыватель...
58210. Створення молекули поліпептиду 221.5 KB
  Використання діалогового вікна амінокислот mino cids Очистіть робочий простір шляхом перезапуску HyperChem або вибравши пункт New в меню File. Перевірте чи неактивна команда Show Secondry Structure в меню Disply. Виберіть пункт mino cids в меню Dtbses. Виберіть пункт Lbels в меню Disply.