Описание установки и испытуемых образцов

 

На рис. 3 представлена электрическая схема лабораторной установки, а на рис. 4 – общий вид ее.

На рисунке обозначено:

Т – понижающий трансформатор; W ₁ – проводник с током, возбуждающий ЭМП; W ₂ – сигнальная обмотка; R _рег – проволочный реостат регулировки тока i; R _изм = 1 Ом – образцовое измерительное сопротивление (датчик тока), u _i = R _изм · i; 1 – аппаратно-программный измерительный комплекс (АПИК-виртуальный осциллограф); 2 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 – компьютер; 4 – гнезда для подключения входов АЦП; П1 – выключатель для сети ~ 220 В.

На рис. 4 показаны фотографии образцов до намотки сигнальной обмотки и после намотки, а также общий вид лабораторного стенда.

Испытуемые образцы выточены из одного стального прутка (материал сталь 3), отличаются только толщиной стенки: у первого образца наружный диаметр 36 мм, у второго – 42 мм, внутренние диаметры и длины одинаковые (остальные размеры цилиндров указаны в приведенном выше примере).

 

 

Рис. 3. Электрическая схема экспериментальной установки по исследованию проникновения ЭМП в проводящую ферромагнитную трубу

 

 

Измерительная часть

 

Как уже отмечалось, целью данной работы является изучение процесса проникновения ЭМП в тело цилиндра. Непосредственно внутри самого тела цилиндра измерение величин E, H, δ осуществить невозможно, их можно только рассчитать, определить величины E, δ в рассматриваемом случае можно только на внутренней поверхности трубы. Поэтому измерение проводится косвенно. Для этого вначале одновременно записывается с помощью измерительного комплекса АПИК кривая тока i, возбуждающего ЭМП, и кривая ЭДС сигнальной обмотки u_с как для образца № 1, так и для образца № 2. Затем по этим кривым определяется сдвиг по фазе между напряжением u_i = i · R_изм (u_i – падение напряжения на измерительном резисторе R_изм = 1 Ом) и напряжением u_с, после чего рассчитываются значения вектора напряженности электрического поля и вектора напряженности магнитного поля на внутренней цилиндрической поверхности. Потом, сравнивая сигналы ЭДС на образце № 1 и образце № 2, устанавливают факт полного затухания падающей волны в стенках цилиндра и отсутствие отраженной волны от внешней поверхности цилиндра. Очевидно, что при полном затухании ЭМП в стенках трубы сигналы, наводимые на обмотках W ₂ образца № 1 и образца № 2, будут равнозначными.

Применение современного цифрового измерительного комплекса АПИК по сравнению с обычным электронным осциллографом позволяет достаточно точно установить сдвиг по фазе между измеряемыми величинами и определить их мгновенное значение.

В Приложении 1 приведена инструкция по использованию АПИК для записи сигналов, поступающих на входы АЦП (см. рис. 3). АПИК позволяет записать вначале одновременно пару сигналов (кривую тока, возбуждающего ЭМП и кривую ЭДС сигнальной обмотки) для образца № 1, а затем – пару сигналов для образца № 2.

 

 

Рис. 4. Общий вид лабораторного стенда: а – испытуемые образцы без сигнальных обмоток; б – испытуемые образцы с сигнальными обмотками; в – аналого-цифровой преобразователь (USB)