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

92 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

10594. Отечественная философия XIX - начала XX веков 82.5 KB
  Отечественная философия XIX начала XX веков Русская философия начинает свое существование с XIX века. Основная тема которая на протяжении почти целого столетия занимала умы русской интеллигенции историческая судьба России ее прошлое настоящее и будущее ее историче...
10595. Предмет и цель математического моделирования 19.24 KB
  Предмет и цель математического моделирования. В развитии различных областей человеческой деятельности математика оказывала и оказывает существенное влияние. Ее роль складывалась исторически и зависела от двух факторов: степени развития математических понятий и ма
10596. Математическое моделирование системы индукционного нагрева 32.53 KB
  Математическое моделирование системы индукционного нагрева. Система индукционного нагрева представляет собой в общем случае источник питания индуктор нагреваемое тело и окружающую среду. Источник питания будь то генератор повышенной частоты тиристорный п...
10597. Тепловая задача. Основные положения. Критерии и числа подобия 67.46 KB
  Тепловая задача. Основные положения. Критерии и числа подобия В настоящее время существует немало как аналитических так и численных методов решения тепловых задач для тел цилиндрической и прямоугольной формы. В случае нагрева тел более сложной формы для решения п...
10598. Методы решения краевых задач. Метод разделения переменных (Метод Фурье) 119.66 KB
  Методы решения краевых задач. Метод разделения переменных Метод Фурье. Метод разделения переменных относится к классическим методам решения линейного дифференциального уравнения теплопроводности. При его применении вначале находится совокупность частных решений...
10599. Методы интегрального преобразования 76.24 KB
  Методы интегрального преобразования. Операционные методы. Для многих задач теплопроводности использование классических методов оказывается неэффективным например применение метода разделения переменных для задач с внутренними источниками тепла. Основные пра
10600. Нагрев неограниченной пластины. Решение методом преобразования Фурье 73.38 KB
  Нагрев неограниченной пластины. Решение методом преобразования Фурье Дана неограниченная пластина толщиной 2R при температуре. Теплообмен с окружающей средой происходит при ГУ2. Нагрев осуществляется переменным источником ...
10601. Нагрев неограниченного цилиндра 67.29 KB
  Нагрев неограниченного цилиндра Решение задачи нагрева цилиндра произведем с помощью преобразования Ханкеля 81 Краевые условия Tr0=fr...
10602. Нагрев цилиндра конечных размеров 86.09 KB
  Нагрев цилиндра конечных размеров. Если имеется симметрия относительно оси z то оператор тождественно равен нулю тогда получим Рассмотрим решение уравнения для конечного цили...