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磁场测量与描绘实验指导书.doc

磁场测量与描绘实验指导书

5月这个初夏的季节
2017-10-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《磁场测量与描绘实验指导书doc》,可适用于社会民生领域

磁场测量与描绘实验指导书在工业生产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题如磁探矿、地质勘探、磁性材料研制、磁导航、同位素分离、电子束和离子束加工装置、受控热核反应以及人造地球卫星等。近三十多年来磁场测量技术发展很快目前常用的测量磁场的方法有十多种较常用的有电磁感应法、核磁共振法、霍尔效应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜测磁法以及超导量子干涉器法等。每种方法都是利用磁场的不同特性进行测量的它们的精度也各不相同在实际工作中将根据待测磁场的类型和强弱来确定采用何种方法。本实验仪采用电磁感应法测量通有交流电的螺线管产生的交变磁场通过这个实验掌握低频交变磁场的测量方法加深对法拉第电磁感应定律和毕奥萨伐尔定律的理解及对交变磁场的认识。.学习交变磁场的测量原理和方法。.学习用探测线圈测量交变磁场中各点的磁感应强度。.掌握载流直螺线管轴线上各点磁场的分布情况。.了解螺线管周围磁场的分布及其描绘方法。.加深理解磁场和电流的相互关系。.交变磁场的测量原理当导线中通有交变电流时其周围空间就会产生交变磁场。当直螺线管通过电流时在螺线管内就产生磁场。如果通过的电流是交变电流则产生的磁场就是交变磁场。在交变磁场中各点的磁感应强度是随时间变化的我们一般用磁感应强度的有效值来描述磁场。交变磁场的测量可以用探测线圈和交流数字毫伏表组成的闭合回路进行测量。将探测线圈置于被测的磁场中则根据法拉第电磁感应定律通过探测线圈的交变磁通在回路中感应出电动势。通过测量此感生电动势的大小就可计算出磁感应强度B的大小和方向。.B的大小和方向确定通常为了精确测量磁场中某一点的磁感应强度探测线圈都做得很小因此线圈平面内的磁场可以认为是均匀的。如图所示若线圈的横截面积为S匝数为N置于载流螺线管产生的待测交变图磁场B中线圈平面的法线n与磁感应强度B的夹角为则通过,该线圈的磁通量。(),,NSBcos,设磁感应强度B随时间按正弦规律变化即B,Bsin,t。()则磁通量也随时间按正弦规律变化即,,NScos,Bsin,t。()由法拉第电磁感应定律可知探测线圈中产生的感应电动势为:d,(),,,N,Scos,Bcos,tdt这个感应电动势可用高内阻交流毫伏表测得但交流毫伏表显示的是电压有效值而不是瞬时值因此测得的感应电动势读数是有效值或称方均根值对上式取有效值得:,E(),,N,Scos,BEE其中B为探测线圈所在位置的磁感应强度B的有效值。E由()式可知探测线圈中的感应电动势与线圈放在磁场中的方向与位置有关。越,o小,越大当时,最大即此时毫伏表的指示值达到最大值,此时()式便,,EEEM成为,,N,SB从而可以得到磁感应强度B有效值为:EME,EM,BE()N,S由()式可知只要测出感应电动势的最大值,就可知道磁感应强度B的有效EME值。测量的具体方法是:测量时把探测线圈放在待测点用手慢慢转动探测线圈的方位,B直到交流毫伏表指示达到最大值此时的读数即为代入()式即可求出该点的。EME磁感应强度是一个矢量不仅有大小而且有方向。由上面分析可知当交流毫伏表o指示达到最大值时探测线圈平面的法线n与磁感应强度B的夹角为即线圈法线方向,和磁场方向在同一直线上。但用这种方法确定磁场方向精度不高因为与cos成正比,Eoo,在附近变化不明显。而在附近变化较显著因此可以慢慢转动探测线圈,,,,E的方位使交流毫伏表指示为此时该点磁场的方向在与线圈法线垂直的方向上。应该指出由于磁感应强度是正弦规律变化的因此当磁感应强度处于正半周时磁场方向为正方向当磁感应强度处于负半周时磁场方向为原来方向的反方向。.探测线圈的设计实验中由于磁场的不均匀性探测线圈又不可能做得很小否则会影响测量灵敏度D一般设计的线圈长度L和外径D有的关系线圈的内径d与外径D有的关系d,L,DS,,D(本实验选D=mmN=匝)。线圈在磁场中的等效面积经过理论计算可用来表示。这样的线圈测得的平均磁感应强度可看成是线圈中心点的磁感应强度。本实验励磁电流由市电通过降压变压器供给因此交变磁场的频率为Hz。.螺线管线圈轴线上磁感应强度的理论计算如图所示当交变电流通过螺线管线圈时且当电流频率不太高时其中心的磁感应强度近似与恒定电流产生的磁感应强度相等。根据毕奥萨伐尔定律螺线管线圈轴线上任一点的磁感应强度,B,nI(cos,,cos,)()o,,螺线管线圈左侧轴线上的磁感应强度(),,,lBnInInI,,,,(coscos)cos,,,图Dl()()磁感应强度的有效值为,lBnI,EEDl()(),n式中为真空中的磁导率为螺线管单位长度线圈匝数(匝mm),,,NA为螺线管长度(mm)为螺线管直径(mm)为流过螺线管线圈电流强度I的有效IDlE值。螺线管的几何尺寸是很容易测定的因此只要测出流过螺线管线圈的电流就能在IEB理论上算出。为了测量I可用一取样电阻R与螺线管线圈串联接上交变电源。量EE出R两端的电压V就能算出流过线圈的电流:EVE()I,ER将()式代入()式可以得到,lVEBn,ERD()l()B按()式就可以计算出线圈中心磁感应强度的值。ETHMM型磁场测量与描绘实验仪由螺线管线圈L探测线圈T交流数字毫伏表电流取样电组R等组成如图()所示。螺线管线圈L已安装在面板上为了测量螺线管线圈的电流在面板上同时装有取样电阻R。励磁电流由市电通过降压变压器供给探测线圈T可在面板上移动以测量螺线管线圈周围各处的磁场。图交流毫伏表在本实验中有两个用途:一是测量取样电阻R两端电压以便从理论上计算螺线管线圈中心的磁感应强度二是测量探测线圈中的感应电动势从而确定所在处磁感应强度的大小和方向。.螺线管中心轴线磁场的测定按仪器上面板上的格式在空白纸上画出完全相同的刻度盘将功能开关打向“检测电,压”按实验原理中所述方法用探测线圈测出螺线管两侧感应电动势的最大值并判EM,断出磁场的方向将所测标在刻度盘上磁场方向用小箭头表示。然后用同样的方法EM测出螺线管两侧以外轴线上各点磁场的大小和方向要求两侧各测个点以上并将测量结果标在刻度盘上。.螺线管周围磁场的测定在螺线管轴线两侧分别对称地选择两条曲线按照上述步骤测出曲线上各点磁场的大小和方向每条曲线要求测个点以上并按上述方法将测量结果标准刻度盘上。V、将功能开关打向“取样电压”测出R两端电压并记录R的阻值。E、计算所测各点的磁感应强度按刻度盘格式裁取坐标纸将计算结果及磁场方向标注在坐标纸上然后描出磁感线。、分别计算出螺线管线圈轴线上两端磁感应强度B的理论值与实验值比较求相对误差。.分析本实验磁场测量误差来源。.本实验仪所用探测线圈T具有一定尺寸而不是一个点对实验结果是否有影响?

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