LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Transkript

1 VUT FSI BRNO ÚVSSaR, ODBOR ELEKTROTECHNIKY JMÉNO: ŠKOLNÍ ROK: 2010/2011 PŘEDNÁŠKOVÁ SKUPINA: 1E/95 LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika ROČNÍK: 1. KROUŽEK: 2EL SEMESTR: LETNÍ UČITEL: Ing. Jiří Toman DATUM MĚŘENÍ: DATUM ODEVZDÁNÍ: HODNOCENÍ: Číslo úlohy: 5 Název úlohy: Magnetické pole ve vzduchové mezeře Úkol měření: 1. Pomocí přípravku změřte závislost magnetické indukce B ve vzduchové mezeře C-jádra na budicím vinutí proudu cívky I b. 2. Proměřte průběh magnetické indukce v prostoru vzduchové mezery v závislosti na poloze měřící sondy.

2 Schéma zapojení: Zapojení pro měření magnetické indukce ve vzduchové mezeře magnetického obvodu: Soupis použitých přístrojů: 1x regulovatelný zdroj Tesla BK 126 1x přípravek feromagnetické jádro tvaru C vzorek 2, materiál: ferit 1x Teslametr s Hallovou sondou Stručný popis použité metody: Magnetický obvod ve schématu zapojení se skládá z feromagnetického jádra tvaru C s navinutou budící cívkou o N z závitech. Naše skupina měla k dispozici přípravek označený jako vzorek 2 následujících parametrů: a = 10,5 mm b = 10.5 mm c = 32,5 mm d = 27 mm l = 1,4 mm N z = 380

3 Magnetické pole ve vzduchové mezeře tohoto jádra tvaru C se vybudí stejnosměrným proudem I b, jenž jsme prostřednictvím regulovatelného zdroje nechali procházet vinutím cívky. Vzniklou magnetickou indukci B v mezeře jsme měřili teslametrem pomocí měřící Hallovy sondy, umístěné ve vzduchové mezeře. Nejdříve nám ovšem učitel nadiktoval rozměry jádra, počet závitů budící cívky a hodnoty relativní permeability feromagnetika pro daný proud a použitý materiál. V tomto případě byl použitým materiálem ferit. Závislost magnetické indukce B ve vzduchové mezeře C-jádra na budicím vinutí proudu cívky I b : Při prvním měření jsme sondu teslametru umístili do středu vzduchové mezery (poloha x=0). Změnou velikosti výstupního napětí regulovatelného zdroje jsme nastavovali hodnotu budícího proudu I b. Původně jsme měli použít rozsah 0A 1A, ale nejmenší možná nastavitelná hodnota byla 0,195A, proto jsme začali měřit až od 0,2A. Hodnoty budícího proudu I b jsme měnili s krokem 0,1A. Pro každou hodnotu I b jsme také naměřili velikost magnetické indukce B a vše zapsali do tabulky 1. Závislost magnetické indukce B ve vzduchové mezeře C-jádra na poloze měřící sondy: Pro druhé měření jsme nastavili hodnotu budícího proudu I b na učitelem zadaných 0,5A. Posuvem polohy měřící sondy od polohy -3mm do 15mm s krokem 1mm jsme proměřili průběh magnetické indukce B v celém průřezu vzduchové mezery i jejím okolí. Hodnoty jsme si opět zapsali do připravené tabulky.

4 Tabulky a grafy naměřených a vypočtených hodnot: I b hodnota budícího proudu N z počet závitů budící cívky μ rf hodnota relativní permeability feromagnetika (feritu) B magnetická indukce x poloha sondy 1) Závislost magnetické indukce na velikosti budícího proudu: B(I b ) Naměřené hodnoty I b [A] 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 μ rf [-] B [mt] - (1) 46,1 68,7 91,1 112, x [mm] Pozn.: 1) nejmenší možná nastavitelná hodnota budícího proudu na regulovatelném zdroji byla 0,195A, proto jsme začali měřit až od 0,2A Učitelem zadané vztahy: N B=μ 0. z. I b l j μ rf I b l v μ rv l j =l f =π c a 4d 2c l l v =0,0019 μ rv l v =e μ 0 =4π.10 7 permeabilita vakua B=μ 0. N z. I b l v chyba metody Příklad výpočtu pro I b = 0,2A: 4π ,2 B= =48,4 mt π 3, , , , , ,0019 B= 4π ,2 =0,035 mt e 1520

5 Vypočtené hodnoty I b [A] 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 B [mt] 24,3 48,4 72,4 96,3 120,0 143,6 167,2 190,7 214,2 237,5 B [mt] 0,018 0,035 0,053 0,070 0,088 0,105 0,123 0,141 0,158 0,176 Tabulka pro srovnání naměřených a vypočtených hodnot B n [mt] - 46,1 68,7 91,1 112, B v [mt] 24,3 48,4 72,4 96,3 120,0 143,6 167,2 190,7 214,2 237,5 B n naměřené hodnoty B v vypočtené hodnoty Závislost magnetické indukce na velikosti budícího proudu B [mt] Vypočtené hodnoty Naměřené hodnoty ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 I [A]

6 2) Závislost magnetické indukce na poloze měřící sondy: B(x) x B I b [mm] [mt] [A] , , , , , , , , , ,5 7 85,1 0,5 8 41,3 0,5 9 23,9 0, ,3 0, ,2 0,5 12 8,9 0,5 13 7,1 0,5 14 5,9 0,5 15 4,6 0,5 Výpočet pro I b = 0,5A: 4π ,5 B= =120 mt π 3, , , , , , B= 4π ,5 =0,088 mt e

7 Závislost magnetické indukce na poloze měřící sondy B [mt] x [mm]

8 Zhodnocení výsledků měření: V tomto měření jsme zkoumali nejprve závislost magnetické indukce na velikosti budícího proudu a poté závislost magnetické indukce na poloze měřící sondy. Obě měření jsme provedli na stejném stanovišti s totožným přípravkem, označeným jako vzorek 2. Při měření závislosti magnetické indukce B na velikosti budícího proudu I b při poloze Hallovy sondy x = 0 a hodnotách budícího proudu 0A 1A jsme zjistili, že se v této oblasti jedná o přímou úměru. Graf této závislosti má tedy lineární charakter. Čím vyšší budící proud prochází vinutím cívky, tím vyšší je magnetická indukce. Druhé měření spočívalo v určení závislosti magnetické indukce B na poloze Hallovy měřící sondy x při konstantní hodnotě budícího proudu 0,5A. Tato závislost je již poněkud složitější. Graf této závislosti bychom mohli pro účely analýzy rozdělit na čtyři oblasti. V oblasti x = -3 mm až x = 0 mm se jedná opět o přímou úměru se zvětšující se hodnotou polohy sondy se zvětšuje také samotná indukčnost. Ovšem v oblasti x = 0 mm až x = 6 mm již dojde k první změně. Přímá úměra přejde v nepřímou a tato oblast má navíc i přísně lineární charakter. Po poloze x = 6 mm začne křivka závislosti prudce klesat až do polohy x = 9 mm. Pokles indukčnosti B v této oblasti je o cca 80mT pokles je tedy velice výrazný. Od této polohy křivka nabude exponenciálního charakteru s rostoucí hodnotou polohy sondy magnetická indukce postupně klesá směrem k nulové hodnotě. Co se týče nepřesnosti měření, u prvního měření byla největší odchylka mezi naměřenou a vypočtenou hodnotou při budícím proudu o velikosti 1A. Chyba činila cca 5%, což je s přihlédnutím k omezeným školním podmínkám akceptovatelné. U měření závislosti indukce na poloze sondy jsme v poloze x=0 naměřili hodnotu lišící se od vypočtené o cca 4%, což je opět přiměřené podmínkám měření.