Описание устройства стенда

Аппаратная часть стенда состоит из персонального компьютера (ПК) и измерительного блока (ИБ), к которому подключаются магнитные преобразователи (МП), представляющие собой кольцевые образцы магнитомягких материалов с намагничивающей и измерительной обмотками. Измерительный блок включает в себя усилитель намагничивания (УН) и интегрирующий усилитель (ИУ), которые используются, соответственно, для формирования напряженности магнитного поля и преобразования сигнала магнитной индукции в образце, а также микропроцессорное устройство контроллера. Управление измерительным блоком и обработка измерительной информации производится персональным компьютером, подключаемым к измерительному блоку с помощью интерфейсного модуля через порт USB. Внешний вид стенда представлен на рисунке 9. Образцы исследуемых материалов подключаются к ИБ через гнезда, установленные на передней панели блока.

Рисунок 9. Внешний вид автоматизированного лабораторного стенда

Структурная схема измерений и расчетные соотношения

Структурная схема измерений представлена на рисунке 10.

Рисунок 10. Структурная схема измерений

Согласно схеме измерений звуковой генератор вырабатывает синусоидальное напряжение в диапазоне частот 10–2000 Гц. Переменное напряжение поступает на вход УН, к выходу которого подключена намагничивающая обмотка МП. МП представляет собой образец исследуемого магнитного материала в форме кольца с намотанными на него двумя обмотками: намагничивающей обмоткой 1 и измерительной обмоткой 2.

Напряженность магнитного поля в материале определяется током I в намагничивающей обмотке по формуле:

H = In, (21)

где n – плотность витков обмотки 1 (количество витков /м)

,

w₁ – количество витков обмотки 1, L – длина магнитопровода. Величина тока намагничивания определяется по значению падения напряжения U_H на измерительном резисторе R₁ (R₁ = 1,5 Ом), который включается последовательно с обмоткой 1, т. е.

. (22)

Напряжение с измерительного резистора подается на один из входов АЦП контроллера. Амплитуда и частота напряженности поля устанавливается программно с помощью элементов регулировки программного интерфейса.

Электродвижущая сила (ЭДС), наводимая в измерительной обмотке 2 образца (МП), пропорциональна производной от индукции магнитного поля B в исследуемом образце. Напряжение обмотки 2 интегрируется ИУ, на выходе которого напряжение измерительного сигнала пропорционально уже непосредственно В. Напряжение с выхода ИУ подается на второй вход АЦП. Таким образом, в ПК поступает информация о напряженности Н, индукции В магнитного поля в исследуемом образце и их частоте, на основании которой осуществляется построение кривых намагничивания и расчет всех магнитных параметров материалов.

Для расчета индукции по сигналу напряжения на выходе интегратора воспользуемся следующими формулами.

ЭДС, наводимая в измерительной обмотке 2:

, (23)

где w₂ – число витков в измерительной обмотке 2, Ф – магнитный поток.

Выразив магнитный поток через индукцию, получим сигнал на выходе интегратора:

, (24)

где S – площадь сечения магнитопровода; τ – постоянная времени интегратора:

τ = R_iC_i. (25)

Следовательно, индукция будет определяться:

. (26)

Описание интерфейса пользователя

Основное окно программы

Программа общения с пользователем организована как работа за классическим измерительным стендом, оснащенным различными источниками воздействия и регистрирующими измерительными приборами. Можно сказать, что эти устройства реально реализованы в измерительном блоке, но не имеют отдельных корпусов и индицирующих устройств. Последние представлены только на экране компьютера (риc. 11).

Рисунок 11. Основное окно приложения

Программное обеспечение построено по принципу многооконного интерфейса. Центральное место занимает окно с упрощенными схемами измерений, которые реализованы в реальном измерительном блоке. Таких схем может быть три.

Схемы измерений

Окно «Схемы измерений» предоставляет возможность выбора схемы измерений, которая реализована в автоматизированном стенде. Выбор осуществляется при помощи ярлычков, расположенных в верхней части окна (рис. 12). Всего схем существует три.

Рисунок 12. Переключение между схемами измерений

Схема измерений № 1 (рис. 13) предназначена для проведения измерений формы сигналов, пропорциональных напряженности и индукции магнитного поля. Напряжение, пропорциональное индукции, получается при помощи специального интегрирующего усилителя. Характериограф здесь двухканальный, поэтому видно сразу два сигнала. Изменить амплитуду и частоту можно с помощью звукового генератора. Обратите внимание, при изменении частоты изменяется масштаб оси времени характериографа.

Рисунок 13. Схема измерений № 1

Назначение элементов схемы:

– звуковой генератор – формирует синусоидальное напряжение с частотой от 10 до 2000 Гц;

– образец (коммутатор объектов) – отражает информацию об объекте исследования;

– характериограф – отображает зависимость напряжений, пропорциональных напряженности и индукции магнитного поля, от времени;

– частотомер –измеряет частоту сигнала, подаваемого на образец.

При наведении курсора на элемент схемы, он меняет свое очертание со стандартной «стрелки» на «указывающую руку». Если теперь нажать на левую кнопку «мыши», соответствующий инструмент становится видимым.

Примечание. Даже если регистрирующий инструмент невидим, измерения все равно производятся и могут быть записаны в рабочую тетрадь при нажатии соответствующей кнопки в области управления рабочей тетрадью.

Схема измерений № 2 (рис. 14) предназначена для проведения измерений зависимости сигналов, пропорциональных напряженности H и индукции B магнитного поля, друг от друга. Напряжение, пропорциональное индукции, получается при помощи специального интегрирующего усилителя. На входы характериографа подается напряжение U_H, а на вертикальные – U_B, т. е. отображается петля гистерезиса. Изменить амплитуду и частоту можно с помощью звукового генератора.

Рисунок 14. Схема измерений № 2

На схеме присутствуют те же элементы, что и в схеме 1: звуковой генератор, образец, характериограф, частотомер.

Схема измерений № 3 (рис. 15) предназначена для проведения измерений точек основной кривой намагничивания.

Рисунок 15. Схема измерений № 3

Вместо характериографа на схеме имеются два пиковых вольтметра: V 1 и V 2. Первый из них предназначен для измерения амплитудного значения напряжения, пропорционального напряженности магнитного поля в образце, второй – для измерения амплитудного значения напряжения, пропорционального индукции магнитного поля в образце.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: