Введение 4
Глава 1 Обзор методов измерения характеристик магнитного поля 5
1.1. Анализ источников магнитного поля и их характеристик 5
1.2. Современные методы измерения индукции магнитного поля 6
1.3. Ультразвуковые колебания в ферритовом стержне 8
1.4. Использованное оборудование 9
1.5. Использованное программное обеспечение 15
Глава 2. Примеры экспериментов по измерению параметров магнитного поля 16
2.1. Измерение зависимости магнитной индукции постоянного неодимового
магнита от расстояния 16
2.2. Измерение индукции, напряжения и тока в катушке индуктивности при
свободном падении неодимового магнита 17
2.3. Измерение скорости падения неодимового магнита с помощью катушек
индуктивности в бумажной и алюминиевой трубке 19
2.4. Возбуждение ультразвуковых колебаний на основе магнитострикционного
эффекта в феррите 25
2.5. Калибровка датчика Холла Агйшио 26
Глава 3. Исследование шумов и калибровка датчиков тока АС8712 27
3.1. Экспериментальная установка для проведения калибровки 27
3.2 Исследование шумов датчика 28
3.3. Исследование зависимости значения среднего от количества отсчетов 30
3.4. Процедура калибровки датчика тока АС8712 31
3.5. Характеристики двух датчиков тока при встречном включении 33
3.6. Процедура калибровки двух встречно включенных датчиков 34
Заключение 38
Список литературы 39
Магнитные поля и явления лежат в основе работы множества приборов и
исполнительных устройств. Магнитное поле работает в электродвигателях, соленоидах, реле, в различных датчиках, в частности датчиках тока. При разработке таких устройств возникает необходимость измерения параметров магнитных полей. Как известно, магнитное поле характеризуется магнитным потоком, напряженностью магнитного поля и магнитной индукцией, при этом
считается, что именно магнитная индукция является основной характеристикой магнитного поля, поскольку она характеризует магнитное поле независимо от источника его формирования.
Практическое понимание перечисленных характеристик и величин вызывает затруднение у учащихся и студентов при изучении соответствующих курсов, поскольку набор лабораторных работ по данной тематике крайне ограничен, к тому же эти работы зачастую выполняются на устаревшем оборудовании, что не способствует заинтересованности у учащихся.
Актуальность работы обусловлена необходимостью формирования у учащихся и студентов чётких представлений о методах измерения параметров
магнитного поля с помощью современных датчиков, в частности датчиков на
основе эффекта Холла.
Исходя из этого целью данной работы является разработка методики и проведение экспериментов, демонстрирующих измерение магнитной индукции и
тока с помощью датчиков Холла
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Измерить зависимость индукции магнитного поля постоянного неодимового магнита от расстояния;
• Измерить зависимость параметров наведенной ЭДС при свободном падении неодимового магнита в трубах из различного материала;
• Реализовать возбуждение ультразвуковых колебаний с помощью явления магнитострикции;
• Выполнить калибровку датчика магнитного поля Arduino;
• Выполнить калибровку датчика тока Arduino.
В качестве результатов выполненной работы можно указать следующие:
1. Обнаружено, что зависимость индукции постоянного магнита от расстояния аппроксимируется обратно квадратичной функцией.
2. Форма импульсов наведенного в катушке индуктивности напряжения и
тока совпадает с формой импульсов индукции, создаваемых падающим магнитом в металлопластиковой трубе. Амплитуда импульса наведенного напряжения пропорциональна скорости падения магнита.
3. Для определения зависимости скорости падения магнитов в трубах из
разных материалов на бумажной и алюминиевой трубе были размещены по 6
катушек индуктивности, соединённых последовательно. Ускорение падения
магнита в бумажной трубе приближалось к ускорению свободного падения
при увеличении массы дополнительного железного груза. Такое же увеличение массы падающего магнита в алюминиевой трубе приводило к увеличению
скорости, которая оставалась постоянной на протяжении всей трубы.
4. В результате выполнения работы было определено экспериментальное
значение резонансной частоты механических колебаний ферритового
стержня, близкое к расчётному значению.
5. Калибровочная характеристика датчика магнитного поля Arduino имеет
линейный характер при этом коэффициент пропорциональности отличается от
справочных в большую сторону.
6. Предложена схема экспериментальной установки для калибровки датчика тока ACS712, содержащая источник питания и мощный полевой транзистор, управляемый от блока сбора данных myDAQ. Получена функциональная
зависимость выходного напряжения датчика от величины входного тока и
определены коэффициенты индивидуальной калибровочной характеристики
преобразования датчика. С помощью полученных коэффициентов были проведены измерения тока в диапазоне 0 – 5 А. Отклонения измеренного тока от
заданного в первом случае не превышали 10 мА, что соответствует погрешности 1 %.
