Пожалуй, самым простым способом измерения индукции насыщения будет применения специального прибора – тесламетра. Тесламетры выпускаемые промышленностью используют для измерений принципы преобразователя Холла, ядерного магнитного резонанса, баллистического гальванометра и других способов. Но такие приборы имеют один существенный недостаток – цена. К тому же они довольно дефицитные и встречаются довольно редко. Именно поэтому позволить использовать тесламетр могут себе не все, кто занимается разработкой электронных систем. Довольно часто применяют другой метод измерения – не требующий наличия тесламетра.
Более простой метод для измерения напряженности поля и индукции насыщения магнитопровода это применение электронно-лучевого осциллографа. При этом погрешность этого измерения не превысит и нескольких процентов. Схема установки:
Измерительный резистор R1 подбирают с сопротивлением, лежащим в пределах от 0,1 Ом до 1 Ом, чтоб минимизировать его влияние на измерение гистерезисной петли. Однако слишком малое R1 потребует более чувствительного осциллографа, так как падение напряжения на нем будет слишком мало. Спаянные выводы с R1, первичной трансформаторной обмотки TV1, а также провода ведущего к горизонтальной пластине X могут заземляться и электрически объединяться с цепью, которая соединяет провода к вертикальной пластине луча осциллографа Y, выводы обмотки вторичной TV1, конденсатора С1.
TV1 трансформатор, в котором происходит поиск магнитных параметров. Переменное напряжение, которое подано на первичную обмотку, будет пропорционально напряженности магнитного поля:
Где: R1 – ничто иное, как активное сопротивление резистора;
H – напряженность мгновенная поля магнитопровода, А/м;
l0 – длина магнитопровода тороидального вдоль осевой линии, м;
W1 – количество витков, присущих первичной обмотке трансформатора;
Протекающий через первичную обмотку трансформатора TV1 ток создает в резисторе R1 падение напряжения, которое подводится к измерительным пластинам осциллографа, отклоняющим луч по горизонтальной оси. Это падение напряжения будет пропорционально напряженности магнитного поля. Во вторичной же обмотке трансформатора, при условии протекании тока в обмотке первичной, будет наводится ЭДС величиной Е = -dФ*W2/dt. Для того, что бы получить на вертикальном канале осциллографа сигнал пропорциональный магнитной индукции Ф/S необходимо снимаемое со вторичной обмотки напряжение проинтегрировать. Эти действия выполняют с помощью RC цепочки, как показано на нашей схеме, или же могут использовать операционный усилитель, подключенный как интегратор. Для уменьшения влияния паразитных сопротивлений и уменьшения погрешности сопротивления R2 должно быть довольно высоким, и, при этом, превышать на несколько порядков реактивное сопротивление конденсатора С1. Выходное напряжение конденсатора С1, которое будет пропорционально магнитной индукции сердечника можно определить из формулы:
Где: S – площадь поперечного сечения сердечника;
Перед выполнением измерений необходимо отградуировать осциллограф. Для этого от генератора на горизонтальный и вертикальный канал подают напряжение среднеквадратичное известной величины Ux и Uy. После чего производят вычисления масштабных коэффициентов.
Для горизонтально отклоняющихся пластин (ось Х) коэффициент масштабирования вычисляется по формуле, выраженный в В/см:
Для оси Y:
lx, ly – расстояние, на которое смещаются лучи вдоль осей Х и Y соответственно, см.
Плюсом такого способа будет то, что присутствует возможность визуального контроля за гистерезисной петлей. Исследования могут проходить и на высоких частотах, если это позволяет полоса пропускания используемого осциллографа. Магнитную проницаемость можно легко вычислить, зная напряженность поля и индукция насыщения магнитопровода:
Где: В – индукция магнитная, Тл;
Н – напряженность поля, А/м;
μ0 – постоянная магнитная вакуума (справочная величина), Гн/м;
К недостаткам данного способа измерения можно отнести необходимость сборки макета, а также возможную большую погрешность, если применен осциллограф с недостаточным классом точности, или при визуальном считывании показаний, или все вместе.
