8/16/2019 L1-Laboratorul-1

1/14

Măsurări de câmp magnetic cu ajutorul gaussmetrului

de precizie LakeShore 455 DSP

1. Obiectivele lucrării :  –  utilizarea gaussmetrului de precizie LakeShore 455 DSP cu sonde Hall (longitudinală şi transversală) pentru măsurarea câmpului magnetic în aer;- caracterizarea experimentală a unui electromagnet de curent continuu cu întrefier variabil; - estimarea analitică a performanţelor unui electromagnet şi compararea cu datele măsurate  pentru câmpul magnetic.

2. Dispozitivul experimental

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

2/14

Mărime  Valoare  u.m. Semnificaţie 

l   90  mm Lungimea medie a circuitului magnetic h  60  mm Înãlþimea medie a circuitului magnetic N   1250  Spire  Numărul de spire al bobinei  I max  0,8  A Curentul maxim admisibil pentru bobină 

S   900*10-6

  mm²  Aria secţiunii circuitului magnetic μr   14.872  Permeabilitatea relativă a tolelor   L  60  mm Lungimea bobinei 

3. Chestiuni de studiat: 

a)  Utilizarea gaussmetrului de precizie LakeShore 455 DSP pentru măsurarea câmpului

magnetic axial şi transversal, cu ajutorul sondelor Hall longitudinală, respectiv transversală. Sevor folosi diferite surse de câmp magnetic (magneţi permanenţi, bobine fără miez etc.)

b) Estimarea inducţiei magnetice în întrefierul unui electromagnet având caracteristicilede mai sus, folosind teoria circuitului magnetic echivalent (vezi figura de mai jos). Se va stabili

expresiaB=f(  

c) Obţinerea caracteristicilor experimentale  B=f( I ) pentru electromagnetul avândîntrefierul de 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm; intensitatea curentului prin bobină va fi reglată în intervalul0,05-0,6 A, cu pasul de 0,05 A. Inducţia magnetică va fi măsurată în mijlocul întrefierului, pe axul jugului şi în cele 4 colţuri ale sale. Să se studieze fluxul magnetic de dispersie.

d) 

Obţinerea caracter isticilor experimentale  B=f(d ) pentru electromagnetul alimentat cu0,2 A şi respectiv cu 0,5 A; întrefierul va fi reglat în intervalul 3-30 mm, cu pasul de 3 mm. Inducţiamagnetică va fi măsurată în mijlocul întrefierului, pe axul jugului.

e) Compararea datelor experimentale obţinute cu valorile calculate analitic. Formularea deconcluzii şi recomandări de corecţie privind influenţa întrefierului şi a curentului de alimentare,fluxul magnetic de dispersie, întrefieruri parazite, neliniaritatea şi saturarea circuitului magneticetc. Ce valoare ar trebui să aibă permeabilitatea magnetică relativă a jugului pentru a avea eroriminime ?

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

3/14

Rezolvare :

a) Utilizarea gaussmetrului de precizie LakeShore 455 DSP pentru măsurarea câmpuluimagnetic axial şi transversal, cu ajutorul sondelor Hall longitudinală, respectiv transversală. Sevor folosi diferite surse de câmp magnetic (magneţi permanenţi, bobine fără miez etc.)

Pentru a observa functionarea gaussmetrului si a sondei Hall longitudinala am efectuatcateva masuratori ale inductiei pe surse de camp magnetic, , cum sunt reprezentate in figura demai jos si am incercat sa identificam polaritatea magnetului.

Magnet permanent de forma paralelipipedica:

Figura 1. Dimensiunile magnetului

Liniile de camp magnetic se inchid prin miez de la polul N la S al magnetului, iar prinexterior de la polul S la Polul N.

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

4/14

b) Estimarea inducţiei magnetice în întrefierul unui electromagnet având caracteristicilede mai sus, folosind teoria circuitului magnetic echivalent (vezi figura de mai jos). Se va stabiliexpresiaB=f(

Reprezentarea electromagnetului:

Figura 2. Reprezentarea electromagnetului

Exemplu de calcul pentru aflarea inductiei magnetice:

R1=R3=ℎ

  R2 =

− 

  R4 =

  R

 

= 

 

i=0.1 A

 N=1250 spire

 =1 cm 

R=ℎ

− 

   

ℎ

 

R=2ℎ+2− 

   

=

3−.

,7 · +

.

,3 · =8,84· 10 Ω 

B= f(, i) U= R I f=U

E  B=

f 

S 

B=

= 

.

8,84·109

900 ·106=1,57 · 10−5 mT

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

5/14

 c)  Obţinerea caracteristicilor experimentale  B=f( I ) pentru electromagnetul având întrefierul de 1cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm; intensitatea curentului prin bobină va fi reglată în intervalul 0,05-0,6 A, cu pasul de 0,05 A. Inducţia magnetică va fi măsurată în mijlocul întrefierului, pe axul jugului şi încele 4 colţuri ale sale. Să se studieze fluxul magnetic de dispersie.

Figura 3. Platforma de lucru

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

6/14

-Tabel de date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 1 cm:

d I B centru B Dreapta sus B Stanga sus B Stanga jos B Dreapta j

[cm] [A] [mT] [mT] [mT] [mT] [mT]

1 0.05 7.68 3.85 5.96 6.92 7.1

1 0.1 13.4 9.3 11.41 11.03 12.11 0.15 19.5 16.32 16.03 18.23 18.2

1 0.2 26.2 21.98 21.47 24.39 23.46

1 0.25 33.1 27.09 26.06 31.27 26.9

1 0.3 38.9 33.49 29.31 37.65 33.36

1 0.35 45.43 33.89 34.32 43.43 37.8

1 0.4 52.5 44.04 37.8 49.7 44.3

1 0.45 58.4 49.8 42.67 56.71 46.9

1 0.5 65.2 54.25 47.98 60.78 53.2

1 0.55 71.4 58.3 50.52 67.4 61.3

1 0.6 78.04 62.54 58.66 74.3 69.4

Tabelul 1. Date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 1 cm

Grafic 1.Caracteristica inductiei in centru si in cele 4 colturi ale jugului

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

7/14

 

Tabel de date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 2 cm:

d I B centru B Dreapta sus B Stanga sus B Stanga jos B Dreapta j

[cm] [A] [mT] [mT] [mT] [mT] [mT]2 0.05 3.6 3.18 2.53 3.47 3.47

2 0.1 7.21 6.1 4.57 6.52 5.26

2 0.15 10.46 9.04 6.8 9.17 8.25

2 0.2 14.25 12.25 9.19 11.97 10.11

2 0.25 17.95 14.75 10.5 14.89 15.22

2 0.3 21.32 17.19 12.7 17.89 18.86

2 0.35 24.03 20.9 15.3 21.23 22.21

2 0.4 27.95 21.26 18.55 23.62 24.42

2 0.45 31.54 26.59 21.1 26.32 28.5

2 0.5 34.6 30.1 22.98 29.53 32.092 0.55 38.13 31.5 25.01 32.45 34.9

2 0.6 41.47 35.5 27.37 34.95 38.22

Tabelul 2. Date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 2 cm

Grafic 2.Caracteristica inductiei in centru si in cele 4 colturi ale jugului

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

8/14

 

-Tabel de date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 3 cm:

d I B centru B Dreapta sus B Stanga sus B Stanga jos B Dreapta j

[cm] [A] [mT] [mT] [mT] [mT] [mT]3 0.05 2.8 1.8 1.61 2.1 2.13

3 0.1 4.4 3.6 3.3 3.9 4.2

3 0.15 6.54 5.4 4.9 5.6 6.2

3 0.2 8.9 7.3 6.6 7.4 8.2

3 0.25 10.9 9.6 8.2 9.7 11.5

3 0.3 12.3 10.5 9.7 11.3 12.1

3 0.35 15.5 13.5 11.2 13.2 14.5

3 0.4 17.7 15.06 12.7 15.2 16.09

3 0.45 19.9 16.38 13.8 17.6 18.9

3 0.5 22.3 18.5 15.1 19.3 19.33 0.55 24.5 20.8 16.38 20.3 20.5

3 0.6 26.7 22.7 18.6 22.9 23.7

Tabelul 3. Date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 3 cm

Grafic 3.Caracteristica inductiei in centru si in cele 4 colturi ale jugului

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

9/14

-Tabel de date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 4 cm:

d I B centru B Dreapta sus B Stanga sus B Stanga jos B Dreapta j

[cm] [A] [mT] [mT] [mT] [mT] [mT]

4 0.05 1.81 1.15 1.11 1.4 1.37

4 0.1 3.3 3.1 2.3 2.8 2.84 0.15 5.1 4.3 3.4 4.7 4.3

4 0.2 6.6 5.7 4.5 6.9 5.5

4 0.25 8.5 7.4 6.9 7.3 7.6

4 0.3 10.1 8.7 7.2 8.9 9.03

4 0.35 11.3 9.9 8.5 10.2 10.7

4 0.4 13.2 11.4 9.8 11.3 11.3

4 0.45 14.7 12.5 10.7 12.7 11.7

4 0.5 16.7 14.1 11.7 14.2 14.6

4 0.55 18.1 15.7 12.7 15.6 15.3

4 0.6 19.4 16.87 14.01 17.1 18

Tabelul 4. Date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 4 cm

Grafic 4.Caracteristica inductiei in centru si in cele 4 colturi ale jugului

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

10/14

  Tabel de date masurate si calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 1 cm,2 cm,3cm, 4 cm , avand sonda pozitionata in centrul electromagnetului:

Tabelul 5. Date masurate si calculate al inductiei in la o distanta a intrefierului de 1 cm,2 cm,3cm, 4 cm

Grafic 5.Caracteristica inductiei electromagnetice masurate la o distanta a intrefierului de 1 cm,2cm,3 cm, 4 cm

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

11/14

d) Obţinerea caracteristicilor experimentale  B=f(d ) pentru electromagnetul alimentat cu0,2 A şi respectiv cu 0,5 A; întrefierul va fi reglat în intervalul 3-30 mm, cu pasul de 3 mm. Inducţiamagnetică va fi măsurată în mijlocul întrefierului, pe axul jugului.

Tabelul 6. Date masurate la o valoare acurentului de 0,2 A si 0,5 A

Grafic 6.Caracteristica inductiei magnetice masurata si calculata in functie de distantaintrefierului si curentul ce trece prin bobina

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

12/14

e) Compararea datelor experimentale obţinute cu valorile calculate analitic. Formularea de concluzii şi recomandări de corecţie privind influenţa întrefierului şi a curentului de alimentare, fluxul magnetic de dispersie, întrefieruri parazite, neliniaritatea şi saturarea circuitului magnetic

etc.

Valorile calculate analitic la o distanta a intrefierului de 1 cm

Tabelul 7. Date calculate al inductiei la o distanta a intrefierului de 1 cm

Datelor obţinute experimental:

Tabelul 8.Datelor obţinute experimental:

Dupa cum se poate observa la un intrefier de 10 mm valorile inductei magneticeobtinute pe cale analitica sunt asemanatoare cu cele obtinute expeimental.

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

13/14

 

Observatii si concluzii:

In cadrul lucrarii de laborator am studiat functionarea gaussmetrul de precizie LakeShore455 DSP cu sonde Hall longitudinala, efectuand masuratori pe materiale magnetice de diferiteforme si propietati. In cazul subpunctului a) masuratorile efectuate pe magnetul 1 sunt gresitedatorita pozitionarii sondei hall pe fetele magnetului.

La subpunctul a) am incercat sa determinam polaritatea magnetilor. Am observat ca liniilecampului magnetic prin magnet se inchid de la polul N la polul S, iar prin exterior liniile decamp se inchid invers.

Odata cu cresterea distantei intrefierului, am observat ca inductia magnetica scade.

Se observa mici variatii ale liniaritatii inductiei electromagnetice, odata cu crestereadistantei intrefierului, acest lucru este datorat miscarii sondei hall in timpul masuratorii, pozitionarea sondei hall nu chiar in zona propusa sau prezenta unor dispozitive generatoare decamp electromagnetic in apropierea miezului.

Pentru obtinerea unor masuratori mai precise si corecte a inductiei electromagnetice,folosim un suport fix al sondei hall in zona de masurare si realizam masuratorile intr-un mediuslab d.p.d.v. electromagnetic.

Se observa ca electromagnetul alimentat cu 0,2 A are valoare inductiei magnetice maxim

74,7 mT ,iar electromagnetul alimentat cu 0,5 A are valoare inductiei magnetice maxim 179,2mT, care este de aproximativ 2,5 ori mai mare, inseamna ca in functie de valoarea curentului semodifica valoarea inductei magnetice.

Dupa cum se poate observa la un intrefier de 10 mm valorile inductei magnetice obtinute pe cale analitica sunt asemanatoare cu cele obtinute expeimental.

In concluzie pot spune ca utilizarea sondei Hall pentru masurarea inductei magnetice dininterirul electromagnetului este de foarte mare ajutor, deorece este o metoda precisa si mult mairapida decat obtinerea volorii acestei prin calcul

8/16/2019 L1-Laboratorul-1

14/14

 

Măsurări de câmp magnetic cu ajutorul gaussmetrului

de precizie LakeShore 455 DSP

Laborator 1

Grupa: SIIM1

Subgrupa 2