LP - Dimensionare Electromagnet (Laborator 5)

8/16/2019 LP - Dimensionare Electromagnet (Laborator 5)

1/10

Caracterizarea materialelor magnetice cu ajutorulmagnetometrului cu probă vibrantă (VSM)

1. Obiectivele lucrării:- cunoaşterea modului de utilizare a magnetometrului cu probă vibrantă VSM-7304Lake Shore

- determinarea e!perimentală a caracteri"ticilor magnetice pentru materiale de"tinate #nregi"trăriimagnetice a in$orma%iei- prelucrarea şi interpretarea rezultatelor $urnizate de echipamentul de mă"ură

2. Dipozitivul e!perimental

& Structura mecanică şi de antrenare a probei' (lectromagnet tip (M 4 ) *v+

• ,oli inter"chimbabili de 4 şi "i"tem de pozi%ionare a bobinelor.• /mp de mă"ură+ &100)&200km5 dependent de #ntre$ier 60)20mm.

3 Sur"ă de alimentare tip 847+ reglabilă5 &8 5 1080 *z5 3!'00-400 V4 ,upitrul de control electronic tip 731


2/10

1 9au""metru de precizie tip 410 cu "ondă tran"ver"ală *all 6ma! 3:8 n"amblu bobine de mă"urare tip 730-(MS/+

• ria activă de &.

• ,rindere #ntre polii electromagnetului cu di"tan%ieri de 05; şi &58 pentru reglarea#ntre$ierului.

7. /alculator pentru achizi%ia şi prelucrarea datelor

". Mo# #e lucru

A. Calibrarea dispozitivului

• Gaussmeter Offset Calibration ) calibrarea "ondei *all5 #ntr-o cameră ecranată,rocedura pre"upune calibrări pe cele 4 "cale de mă"ură5 #n ab"en%a cmpului magneticambiental.

• Moment Gain Calibration ) calibrarea aparatului #n raport cu un eşantion "tandard de abilo %)M * +C+ ) mă"urători "peci$ice materialelor multi"trato

Custom M!H$... ) lan"ează programul rofile Generator unde utilizatorul poate de$ini pro$ile de e!perimente cea"tă op%iune permite introducerea oricărui tip de e!periment pentru ridicarea de cicluri minore5 curbe de rever"are de ordinul A 6B=@/ "au orice alt tipde "cenariu #nchipuit de utilizator Singura re"tric%ie e"te dată de numărul de puncte+ &000Cepăşirea ace"tui inconvenient e"te po"ibilă prin $unc%ia de generare de pro$iluri5 ce

permite utilizatorului #nlăn%uirea mai multor e!perimente• Selectarea tipului de achizi%ie a datelor 6-elect Acuisition Mode cu op%iunile de

mă"urare continuă "au punct cu punct = mă"urătoare #n modul continuu durează mai pu%in5 re$erin%a unui nou punct de mă"urare $iind ultimul tra"at5 dar prezintă dezavanta>ulunei erori de mă"urare mai mare5 ce "e poate multiplica prin acea"tă re$erin%ă ("terecomandat5 #n ciuda unui timp de mă"urare mai mare5 "ă "e apeleze la modul de achizi%ie

punct cu punct 6 oint b oint ce o$eră o acurate%e ridicată mă"urătorii.• Ce$inirea proprietă%ilor

eşantionului C. Ale&erea mărimilor ce pot fi calculate şi setarea modului de

prezentare &rafică a rezultatelor 6Observaţie+ pot $i "etate şi #naintea mă"urătorii


3/10

$. C%etiuni #e tu#iat:

a) Adenti$icarea componentelor hardDare şi "o$tDare ale magnetometrului cu probă vibrantă VSM- 7304Lake Shore şi apro$undarea principiului de mă"ură

b) (ditarea "cenariilor de mă"urare şi e$ectuarea e!perimentelor pentru ob%inerea curbelor demagnetizare şi a ciclurilor de hi"terezi" core"punzătoare parametrilor+

& cartela de metrou5 directie longitudinală5 cmp ma!im de &0 k=e' cartela de metrou5 directie tran"ver"ală5 cmp ma!im de 2 k=e

c) Ceterminarea parametrilor $undamentali 6coercitivitate5 remanen%ă5 "atura%ie5 rectangularitateaciclului etc şi tran"$ormarea valorilor #n SA

#) ,relucrarea şi vizualizarea datelor e!perimentale 6$olo"ind (!cel5 Matlab etc pentru eşantionulinve"tigat

e) naliza unor $işiere de date e!perimentale $urnizate de echipament

&)Bormularea concluziilor privind datele e!perimentale mă"urate şi analizate5 precum şi "ur"ele de eroriale echipamentului de mă"ură

'laborarea re&eratului:

Biecare echipă va prezenta un "ingur re$erat ce va con%ine datele mă"urate şi calculate5gra$icele cerute şi concluziile a$erente /oordonatorul echipei are re"pon"abilitatea #mpăr%irii

"arcinilor şi eviden%ierea #n re$erat a contribu%iei $iecărui membru :otodată5 coordonatorulră"punde de colectarea tuturor datelor mă"urate ului dintre eşantion şi bobinele de detec%ie5 pnă la un zgomot de ordinul a&0-&' m'

• ("te util pentru e*antioane mici au neregulate5 precum şi pentru materiale "lab magnetice.


4/10

• =b%inerea unei magnetizări omogene e"te po"ibilă doar #n cazul eşantioanelor #n $ormă deelip"oizi şi "$ere.

• pentru eşantioane ne-elip"oidale trebuie luat #n con"iderare $actorul de demagnetizaremagnetometric 6mediere pe volum "au &lu!metric 6mediere pe "upra$a%ă

• prezen%a cmpurilor e!terne poate duce la erori "emni$icative #n cazul mă"urării materialelor cu permeabilitate ridicată. mă"urătorile #n circuit de"chi" ar trebui e$ectuate #ntr-un me#iu izolat5ob%inut $ie printr-o anulare activă a cmpului o$erită de un "i"tem de bobine *elmholtz5 $ie prin#nchiderea probei #ntr-o cutie potrivită de Mumetal "au alt material cu permeabilitate ridicată

• cmpul e$ectiv e!i"tent #n eşantion e"te ob%inut prin di$eren%a dintre cmpul aplicat şi cmpul dedemagnetizare+

• acurate%ea mă"urătorii creşte odată cu apropierea de "tarea de atura+ie a materialului5 cmpulaplicat $iind de"tul de ridicat pentru a contracara cmpul demagnetizant

VSM , -rincipiul #e &unc+ionare :

(şantionul e"te "upu" unei mişcări vibratorii #n plan perpendicular pe direc%ia cmpului magnetic şi5ca urmare5 induce #n bobina de mă"urare )E o ten"iune electromotoare propor%ională cu momentulmagnetic al eşantionului şi cu $recven%a de o"cila%ieFn magnet de re$erin%ă pla"at pe aceeaşi ti>ă induce #n bobina de re$erin%ă / o a doua ten"iunemplitudinile şi $azelor celor două ten"iuni "e a$lă #n rela%ie directă5 permi%nd eliminarea erorilor datede imper$ec%iunile vibra%iilor şi de cmpul ambiental

enerarea *i controlul cmpului:


5/10

• Mă"urarea momentului magnetic al unui eşantion5 ca $unc%ie de cmpul magnetic5 "e poatee$ectua prin varierea continuă în timp a câmpului

• :en"iunea indu"ă #n bobinele de mă"ură e"te #nregi"trată şi proce"ată pentru determinareamomentului magnetic

• ,entru o #mbunătă%ire a raportului "emnal-zgomot5 valoarea medie a "emnalului trebuie "ă $ieintegrată cu o contantă #e timp de cel pu%in & " /u ct "emnalul e"te mai "lab5 cu attcon"tanta de timp va $i mai mare

• cea"tă problemă poate $i rezolvată prin generarea câmpului discontinuu (pas cu pas) - la

$iecare pa" al cmpului "e mă"oară momentul magnetic

• Catorită caracterului neliniar al materialului e"te de pre$erat alegerea unui pa contant #namplitudine de-a lungul ciclului de hi"terezi" pentru o rezolu%ie verticală omogenă ce"t lucru"e poate e$ectua printr-o procedură #n timp real5 bazată pe citirea cmpului din #ntre$ier cu un"enzor *all5 compararea cu valoarea dorită a cmpului şi generarea unui curent de magnetizare

potrivit cu a>utorul unui algoritm pre"tabilit

-ozi+ionarea e*antionului *i itemul #e vibrare:

• (şantionul are de cele mai multe ori $orma unei "$ere cu diametrul de '-3 mm şi va $i pla"at #ntimpul mă"urătorii #ntr-o regiune de cmp uni$orm 9eometria "$erică e"te ideală deoarecegarantează o magnetizare uni$ormă a eşantionului 6


6/10

• ,oate ma"ura momente magnetice mai mari de 1!&04 m' 61!&01 emu cu o acuratete maimare de 'H

Cararcteritici Magnetometrului cu probă vibrantă/ VSM,0"$ a3e S%ore:

• /mp de mă"ură+ &100-&200 km5 dependent de #ntre$ier 60 ) 20 mm.

• Sur"ă de putere 847+ reglabilă5 &8 5 1080 *z5 3I'00 V pnă la 3I400 V

• @eglarea #ntre$ierului+ 0; "i &8

• Mă"oară momente magnetice 61I&0-8 ) &03 emu #n cmpuri magnetice pnă la ' :

• (şantioane+ $ilme "ub%iri #n pozi%ie $rontală 6ma! 831 mm diametru "au lateral 6ma! &'7

mm lungime5 re"pectiv eşantioane "ub $ormă de pulbere5 lichid "au "olid5 pla"ate #n cap"ule delungime 417mm şi diametrul e!terior de 14mm "au 1&mm

• ,recizia de mă"urare mai bună de 'H

• @eproductibilitatea tipică mai bună de &H

• Stabilitate e!celentă de cmp 6001H din "cala plină la temperatură şi cmp con"tant

• chizi%ia5 controlul şi prelucrarea datelor "e $ace "o$tDare5 datele proce"ate pot $i acce"ibile #n

$orma tabelară "au #n $orma gra$ică

• Mă"urători e!perimentale po"ibile+ cicluri de hi"terezi" 6inclu"iv cicluri minore5 curba de

magnetizare ini%ială5 remanen%a in cc "i ca


7/10

?nainte de pornirea unei mă"urători5 eşantionul trebuie centrat pentru a gă"i ma!imul cmpuluicea"tă opera%ie con"tă #n pornirea di"pozitivului de vibrare5 aplicarea unui cmp magnetic con"tant şireglarea mecanică a eşantionului după direc%iile !5 J şi z pentru atingerea acelui punct de ma!im

Calibrarea/ enibilitatea *i zgomotul:

/alibrarea con"tă #n compararea "emnalului cu valoarea magnetiza%iei unei "$ere de nichel la o

valoarea ridicată5 "tabilită5 a cmpului ,rocedura are cteva limitări+

)mă"urătoarea poate $i a$ectată #ntr-o mă"ură mai mare "au mai mică de e&ectul #e imagine5 ce e"teluat automat #n con"iderare #n procedura de calibrare ($ectul de imagine depinde de permeabilitatea$e%elor polilor5 #n timp ce $actorul de calibrare pentru momentul magnetic mă"urat e"te determinat

pentru valoarea "tabilită a cmpului aplicat "$erei de


8/10

0xemple de masurarori1


9/10


10/10

/oncluzii+

• @ar $olo"it in prezent datorita ab"entei oricarei e!ten"ii care "a-i imbunatatea"ca per$ormantele

• Ci"pozitivul "e bazeaza pe acela"i principiu al inductiei electromagnetice dar "e $olo"e"te maiale" pentru determinarea magnetizatiei M Kobina vibreaza intre proba 6e"antion "i regiunea deaer5 $unctionand ca un gradiometru ce ma"oara di$erenta in inductie dintre cele doua pozitii

• Ci$erenta de inductie e"te+ B G 0 M

• Ae"irea magnetometrului cu bobina vibranta e"te independenta de H dar depinde de M Ci"pozitivul e"te in$luentat de zgomotul produ" de variatia in timp a lui H "i e"te rar utilizat5doar in "ituatii in care nu "e poate vibra proba in locul bobinei

Avantaje:

• precizie ridicată şi repetabilitate a mă"urătorii de &H.• cmp omogen #n zona de mă"urare.• rezolu%ie mai bună de 050& =e & m.• "en"ibilitate ridicată potrivită eşantioanelor de mici dimen"iuni.• zgomot de $ond redu".• uşor de utilizat.• po"ibilită%i de #mbunătă%ire prin adăugarea de e!ten"ii 6mă"urarea vectorială5 criogenie şi

cuptor pentru interval larg de temperaturi.• control a"i"tat de calculator.• "alvarea datelor #n $ormat uzual t!t "au !l".• po"ibilitatea de a crea "cenarii proprii.• ob%inerea multor parametri #n urma mă"urătorii

e!avantaje:

• pre%ul de"tul de ridicat al echipamentului.• "pa%iul nece"ar ocupat mare5 in"talare di$icilă5 "ervice şi mentenan%ă co"ti"itoare.• cmpul magnetic ma!im controlat #n curent limitează aria de utilizare.• durata mare de e$ectuare a unei mă"urători.• #ntre$ierul redu" impune eşantioane de dimen"iuni mici5 ce pot avea uneori moment

magnetic apropiat de zgomotul de $ond

Documents

LP - Dimensionare Electromagnet (Laborator 5)