Для получения допуска к работе необходимо:
– ознакомиться с теоретической частью работы;
– рассчитать глубину проникновения ЭМП во внутреннюю поверхность трубы для следующих значений магнитной проницаемости
µ1 = 100µ0 µ2 = 500µ0 µ3 = 1000µ0
При этом считать, что γ = 107 1/Ом∙м, ω = 2π f = 314 1/c;
– построить график зависимости Δ = f (µ)
(γ, ω – const)
– рассчитать значение активной мощности, которая будет затрачиваться на нагрев трубы, если I = 4 A, ω = 314 1/с, r 1 = 0,015 м, µ = 1000µ0, γ = 0,8 ∙ 107 1/Ом∙м, h = 0,04 м, W 1 = 1, W 2 = 200.
Рабочее задание и порядок выполнения работы
6.1 Ознакомиться с инструкцией по использованию виртуального осциллографа АПИК для регистрации сигналов ЭДС, индуктированных на обмотках испытуемых образцов и сигналов с датчика тока.
6.2 В соответствии с инструкцией по использованию АПИК подготовить виртуальный осциллограф к работе. Для этого включить компьютер. После загрузки компьютера на рабочем столе найти ярлык «USB oscilloscope», подвести к нему стрелку мыши и левой кнопкой мыши запустить программу.
6.3 Соединить клемму сигнальной обмотки образца № 1 и токовую клемму со входами В х1 и В х2 комплекса АПИК с помощью кабеля (при этом корпусные клеммы В х1 и В х2 соединяются с корпусом АПИК через экранную оплетку).
6.4 Осуществить установку масштабов напряжений по вертикалям (по левой вертикали – канал А и правой вертикали – канал В) и масштаба времени по горизонтали каналов А и В. При этом учесть, что максимальный уровень напряжения по току (канал А) задается в пределах до 10 В, а предельный уровень напряжения канала В задать равным 0,5 В. Установка масштабов каналов А и В, на которые поступают сигналы i и u c, осуществляется следующим образом:
а) на панели канала А (сигнала тока i) к шкале «ручки регулятора» на ризку 10 В подвести указатель мыши и нажать однократно на левую клавишу (предельное значение левой шкалы будет равно 10 В);
б) аналогично для канала В (правая вертикаль сигнала u c) выставляется предельное напряжение шкалы равное 0,5 В;
в) масштаб по горизонтали установить ручкой регулировки «Период», при этом необходимую длительность развертки при нажатой левой кнопке мыши установить путем подведения указателя на ризку ручки «Периода» и вращения бегунка по окружности, при этом в связи с тем, что исследования проводятся на частоте 50 Гц (для которой период равен 20 мс) достаточно установить предельное значение длительности развертки по горизонтали равное (40-50 мс), т.е. на графике уложится более двух периодов синусоид.
6.5 Разомкнуть ключ SA (см. рис. 3) и подключить лабораторный стенд к сети 220 В.
6.6 Подать напряжение сети 220 В на лабораторный стенд путем замыкания ключа SA.
6.7 Ручку реостата R рег установить в крайнее правое положение, что соответствует максимальному значению тока, возбуждающего ЭМП и получить в окне компьютера осциллограммы сигналов i, uc следующим образом:
– подвести указатель мыши к кнопке «Цикл» в нижней части панели управления осциллографом и нажать один раз левую клавишу мыши. На экране появятся бегущие осциллограммы;
– с помощью R рег по изображению кривой тока и масштабу напряжения на левой шкале установить заданное преподавателем значение тока i.
6.8 Для того чтобы записать в память осциллограммы i, uc вначале необходимо нажать кнопку «Сброс», при этом изображение кривых на экране осциллографа остановятся.
6.9 Записать в память компьютера осциллограммы u c, i для образца № 1 путем подведения мыши к панели «Меню» (см. верхнюю часть окна) и нажатия левой кнопки мыши однократно на надпись «Файл», при этом открывается окно, где указаны различные способы сохранения информации. Выбрать позицию «Сохранение как растровый рисунок» для этого подвести мышь к этой позиции и нажать левую кнопку мыши, после чего открывается окно «Сохранить как…», в которой задать (напечатать) имя сохраняемому файлу, например, «Осциллограммы № 1» и левой кнопкой мыши нажать на кнопку в окне «Сохранить». «Осциллограммы № 1» будут сохранены в памяти.
6.10 Убедиться в том, что сигналы для образца № 1 записаны в память компьютера. Для этого открыть имеющуюся на рабочем столе папку «ЭМП в трубе» (предварительно свернуть окно осциллографа путем нажатия левой кнопки мыши на значок 
в верхней правой части экрана, далее открыть файл «Осциллограмма № 1» для просмотра.
6.11 Аналогично записать сигналы для образца № 2 с именем файла «Осциллограммы № 2», для этого на вход В х1 осциллографа подать только сигнал u c2 (на В х2 сигнал тока подан ранее).
6.12 Файлы «Осциллограммы № 1» и «Осциллограммы № 2» записать на собственный носитель информации (диск или флеш-накопитель).
6.13 Отключить стенд от сети 220 В.
6.14 По записанным осциллограммам определить амплитудные значения сигналов u cm и i и сдвиг по фазе между ними как для первого, так и для второго образца.
6.15 Объяснить, почему ЭДС сигнальных обмоток образцов № 1 и № 2 практически одинаковы, хотя толщина стенок отрезков трубы различна.
6.16 Рассчитать амплитудное значение ЭДС сигнальных обмоток любого из образцов и сопоставить его с измеренным значением в процессе эксперимента.
Контрольные вопросы
1. Какова цель данной работы?
2. Почему ЭДС сигнальных обмоток образцов № 1 и № 2 практически равны между собой, несмотря на то, что толщины стенок испытуемых цилиндрических образцов различны?
3. Каким образом можно увеличить или уменьшить глубину проникновения ЭМП в проводящую ферромагнитную среду?
4. Почему ЭДС сигнальных обмоток индуцируется только на проводниках, лежащих на внутренней поверхности трубы?
5. Можно ли данное устройство применять для измерения синусоидального тока?
Содержание отчета
1. Изложить методику расчета ЭДС наводимой на сигнальной обмотке и представить результаты численного расчета ucт по формуле (18).
2. Рассчитать комплексные амплитудные значения плотности тока в стенке трубы (образца № 1) по формуле (17) при следующих значениях радиуса:
r = 15∙10-3 м; ω = 2 π f;
r = 15,3∙10-3 м; f = 50 Гц;
r = 15,6∙10-3 м; γ = 0,8 ∙ 107 1/Ом∙м;
r = 15,9∙10-3 м; µ = 1000 µ 0 = 4 π ∙ 10-4.
Расчетные данные занести в таблицу с указанием амплитудного значения модуля плотности тока, аргумента комплексной амплитуды.
3. Рассчитать глубину проникновения ЭМП во внутреннюю поверхность трубы при следующих значениях частоты синусоидального тока: f1 = 50 Гц; f2 = 500 Гц; f3 = 1000 Гц.
4. Представить кривые uc1, uc2, и I полученные с помощью виртуального осциллографа.
5. Включить в отчет ответы на контрольные вопросы.
Библиографический список
1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Изд. 6-е, перераб. и доп. Учебник для студентов энергетических и электротехнических вузов. М., «Высш. школа», 1973. 752 с. ил. Глава 19, с. 651-664
2. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники (электромагнитное поле) 1978.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
