Реферат: Измерение магнитострикции ферромагнетика

§ 3 .Магнитострикция при техническом намагничи вании

Из вестно, что в процессе технического намагничивания происходит смещение границ доменов и вращение вектораI_s . Рассмотрим, как эти процессы влияют на изменение длины кристалла с положительной константой магнитной анизотропииK₁ .

Пусть внешнее магнитное поле параллельно ос и [110] и в исходном состоянии объемыV_i доменов, намагниченных вдоль шести направлений легкого намагничивания, равновелики: V⁰ ₁₀₀ = V⁰ _I00 =V⁰ _0I0 =V⁰ ₀₀₁ =V⁰ _{0I 0} =V⁰ _00I =1/6 V, где V – объем кристалла.

а) Смещение 180° доменных границ. При этом домены, намагниченные вдоль направлений [100] и_{ 010], поглощаются доменами,намагниченными в направлениях [100] и [010]. Изменения длины при смещении 180° доменных границ не происходит.

После того как смещение этих границ заканчивается, объемы
доменов равны

V⁰ _I00 = V⁰ _0I0 =0

При этом средняя намагни ченн ость кристалла

I = 2/3 (2) ^{- ½} I _s

б) Смещение 90° границ. При этом домены, намагниченные
вдоль направлений [100] и [010], поглощают домены, намагни ченные в направлениях [001] и [001]. В конце этого процесса объемыдоменов равныV ₁₀₀ = V₀₁₀ = V/2, V₀₀₁ = V_00I = 0и средняя намагниченность кристалла

I = (2) ^{- ½} I _s

Отноносительное изменение длины,вызванное смещением 90° границ, будет при этом равно

∆l/l =1/3[(dl/l )_[001] – (dl/l )_[100] ]=1/3[(dl/l )_[001] – (dl/l )_[010] ] = (1/3)(3/4) l₁₀₀ = ¼ l₁₀₀

(28)

гле

(dl/l )_[001] (a₁ = a₂ = 0, a₃ = 1 ),

(dl/l )_[100] (a₂ = a₃ = 0, a₁ = 1 ),

(dl/l )_[010] (a₁ = a₃ = 0, a₂ = 1 ),

Отметим, что формула (28) определяет лишь конечное изменение длины, соответствующее намагниченности I = (2) ^{- ½} I _s , при которой заканчивается процесс смещения 90° границ при условии,что вклад в намагниченность от процессов вращения е ще пренебрежимо мал.в) Вращение. Если процессы смещения 180 и 90 границ з аканчиваются в слабых магнитных полях, при которых вклад в намагниченность от процессов вращения пренебрежимо мал, томожно считать, что при дальнейшем росте магнитного поля вращение векторов намагниченности доменов к оси [110] происходитв плоскости (001) .ПустьJ - угол между направлением намагниченности доменови полем. Тогда намагниченность вдоль поля Н равнаI =I _s cos J. Относительное у длинени е вдоль оси[110] будет

(d l/l )_[110] = - 1/2l₁₀₀ + 3/4l₁₀₀ (a² ₁ +a² ₂ ) + 3/2l₁₁₁ a₁ a₂ ,

где a₁ =cos(p/4-J), a₂ = sin(p/4-J) , откуда

(d l/l )_[110] = ¼ l₁₀₀ + ¾ l₁₁₁ (2cos² J -1) » ¼ l₁₀₀ + ¾ l₁₁₁ (2(I/I _s )² -1).

Метод измерений и описание установки

На исследуемые в работе ферромагнитные образцы, наклеены проволочные тензодатчики, изготовленные из тонкой константановой проволоки. Константан имеет очень малый температурный коэффициент омического сопротивления и пригоден для выполнения прецизионных измерений. В результате явление магнитострикции при намагничивании образца изменяются и линейные размеры тензодатчика, что приводит к изменению его омического сопротивления. По величине изменения омического сопротивления можно судить о величине магнитострикции. Коэффициент пропорциональности изменения омического сопротивления тензодатчика называют коэффициентом тензочуствительности.

На рис.2 приведена электрическая схема установки для измерения магнитострикции. Схема собрана в виде стенда с клеммами для подключения внешних приборов, а именно: источника постоянного напряжения 10В. и микровольтметра постоянного тока. Через клеммы также подключается тензодатчик исследуемого образца и источник постоянного магнитного поля (соленоид). Измерительный проволочный тензодатчик ИТД является одним из плеч измерительного моста, во второе плечо которого включен компенсационный тензодатчик КТД, наклеенный на стальную полоску, находящуюся вне магнитного поля. Два других плеча измерительного моста образованы прецизионными резисторами R1 и R2 . Потенциометр R3 служит для грубой компенсации моста, а реоход R4 для точной компенсации. К диагонали измерительного моста через подвижный контакт реохода и клеммы x3,x4 “мкВ”

Подключается внешний микровольтметр. Резистор R5 задает ток питания датчиков. На стенде размещен также переменный резистор R6 для регулировки тока в соленоиде и, соответственно, амплитуды магнитного поля в нем. Конструктивно-технологические особенности выполнения измерений магнитострикции.

Измерение магнитострикции является прецизионным процессом, в силу малости измеряемой величены. Даже у никеля, имеющего одну из самых больших величин магнитострикции, она составляет всего 30x10^-6 . Поэтому при питании тензодатчиков током порядка 5мА, разбаланс моста составляет в зависимости от величены l от 1 до 10 мкВ, что соответствует изменению сопротивления тензодатчика 10^-4 -10^-3 Ом. Для сравнения: величина термоЭДС контакта медь-конктантан – 30 мкВ/град С, а переходные сопротивления контактов могут достигать величин десятых долей Ома, т.е. ,по крайней мере, два мешающих фактора существенно превосходят измеряемую величину. Основные способы отстройки от мешающих факторов использованные в стенде:

-размещение контактов индуцирующих термоЭДС в соседних плечах моста для компенсации ее;

-использование скользящего контакта реохода (контакта с большим переходным сопротивлением) в высокоомной потнциалометрической цепи;

-обеспечение стабильного температурного режима за счет изготовления соленоида с большим запасом по мощности (во избежание его нагрева) и удаление его от измерительной схемы.

Перечень приборов и оснастки.