Устройство для измерения составляющих комплексной магнитной проницаемости материала

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА, содержащее последовательно соединенные генератор переменного тока и первый резистор , намагничивающую обмотку, подключенную к выходу генератора, регистрирующий прибор, а такхсе измерительную обмотку, второй резистор, конденсатор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключатель , катушка взаимной индуктивноети , четырехполюсник, один вход которого соединен с первым резистором че рез одну пару неподвижных контактов переключателя,, другой вход - с генератором , один выход - с общей шиной, и индикатором, другой - через другую пару неподвижных контактов переключа теля - с измерительной обмоткой и нв посредственно с резистором и конденсатором , одна пара подвижных контактов переключателя соединена с намагничивающей и измерительной обМотка ми, а другая - с обмотксши катушки взаимной индуктивности. 2. Устройство по п. 1,отличающеес я там, четырехполюсник выполнен в виде параллельно соединенных не менее че гырех входных конденсаторов, выходного конденсатора переменной ёмкости, проходного koндeнcaтopa и резистора, связанных через переключатель с его входа .ми и выходами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9 А (19)SU

3(5В 6 01 и 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ тель, катушка взаимной индуктивности, четырехполюсник, один вход которого соединен с первым резистором че-. рез одну пару неподвижных контактов переключателя,, другой вход — с гвнератором, один выход - с общей шиной и индикатором, другой — через другую. пару неподвижных контактов переключа- теля — с измерительной обмоткой и непосредственно с резистором и кондвнсатором, одна пара подвижных контахтов переключателя соединена с намаг" ничивающей и измерительной обМотка ми, а другая — с обмотками катушки взаимной индуктивности.

2. Устройство по и. l о т л ич а ю щ е е с я тем, что четырехпо- Я .люсник выполнен в виде параллельно соединенных не менее четырех входных конденсаторов, выходного конденсатора переменной емкости, проходного Конденсатора и резистора, связан" ных через переключатель с его входа,ми и выходами. (21) 3298380/18-21 (22) 11.06.81 (46) 30. 03. 83. Бюл. Р 12 (72) A.З.Векслер (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 789959, кл. 6 01 R 33/12, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР

9 414535,. кл. G R 17/12, 1974, (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОЙ МАГНИТНОЙ

ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА, содержащее последовательно соединенные генератор переменного тока и первый резистор, намагничивающую обмотку, подключенную к выходу генератора, регистрирующий прибор, а также измерительную обмотку, второй резистор, конденсатор и индикатор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключаР

Ф g /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ -- ./

1008б79

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения составляющих комплексной магнитной проницаемости.

Известно устройство для измерения обратимой магнитной проницаемости на 5 переменном токе, содержащее амплитудные детекторы, усилители, аналоговый делительный блок и катушку взаимной индуктивности (1) .

Однако известное устройство обес- 10 печивает определение только обратимой составляющей магнитной проницаемости и не позволяет определять вторую составляющую, связанную. с магнитными потерями, т.е. необратимыми процессами. 15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст,ройство для определения составляющих

)комплексной магнитной проницаемости, содержащее генератор, магнитный компаратор, резистор, конденсатор, вольтметр и индикатор напряжения (2).

Благодаря тому, что составляющая комплексной магнитной проницаемосГ- 3 ти

ip, (1) где j =,V-Т, зависит только от частоты перемагничивания (u и емкости конденсатора

С1 по формуле

К„ р-.,— ()

m C„, где К1 — постоянная величина, результат измерения составляющих уа. и комплексной магнитной проницаемости слабо зависит от остаточной реактивности резисторов.

Однако при определении проницаемости образцов малых размеров емкость40

С" должна быть очень большой, так как индуктивность объекта испытаний невелика. Конденсаторы большой емкости могут быть использованы лишь при сравнительно низких частотах иэ-за 45 значительной частотной погрешности, вносимой индуктивностью подводящих проводников конденсаторов. Так, конденсаторы емкостью 1 мкф могут использоваться при частотах не более 5р

3 - 10 кГц, в то время как для определения и,„ у малых образцов при частотах порядка 50 - 100 кГц требуется емкость 5 — 10 мкф. Кроме того, потери в конденсаторе вносят значительную погрешность при измерении ,9, так как определяемой величиной является сумма тангенсов углов потерь образца и конденсатора

+p+ <5+С - Кg (3) 60

С1 где tgd0 - тангенс угла потерь образцау

tgd" - угол потерь конденсатоС ра С.1,.

К1 - постоянная величина ° 65

При до =0,01 и d" „=0,001 погрешность измерения а составит 10%.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения составляющих комплексной магнитной проницаемости материала, содержащее последовательно соединенные генератор переменного тока и первый резистор, намагничивающую обмотку, подключенную к выходу генератора, регистрирующий прибор, а также измерительную обмотку, второй резистор, конденсатор и индикатор, введены переключатель, катушка взаимной индуктивности, четырехполюсник, один вход которого соединен Ь первым резистором через одну пару неподвижных контактов переключателя, другой..вход — с генератором, один выход — с общей шиной и индикатором, другой через другую пару неподвижных контактов переключателя с измерительной обмоткой и непосредственно с резистором и конденсатором, Одна пара подвижных контактов переключателя соединена с намагничивающей и измерительной обмотками, а другая — с обмотками катушки взаимной индуктивности.

Кроме того, четырехполюсник выполнен в виде параллельно соединенных не менее четырех входных конденсаторов, выходного конденсатора переменной емкости, проходного. конденсатора и резистора, связанных через переклю« чатель с его входами и выходами.

На фиг. 1 представлена функцио1нальная схема предлагаемого устройст" ва1 на фиг. 2 — схема четырехполюсника, Устройство (фиг, 1) содержит генератор 1 переменного напряжения, вольтметр 2, первый резистор 3, переключатель 4, испытуемый образец 5 с намагничивающей б и измерительной 7 обмотками, катушку 8 взаимной индуктивности, конденсатор 9, второй резистор 10, четырехполюсник 11 и индикатор 12 напряжения.

Четырехполюсник 11 (фиг, 2) содержит по крайней мере 4 конденсатора

13 - 16, выходной конденсатор 17, проходной-конденсатор 18, переключа,тели 19 — 21 и резистор 22, Один из входных вводов четырехполюсника 11 соединен с выходным, что позволяет одновременно заземлить генератор и индикатор и уменьшить емкостные утечки в цепи последнего, Устройство, работает следующим образом.

Переменный ток генератора 1 протекает через первый резистор 3, намагничивающую обмотку б (при положении

2 переключателя 4) и четырехполюсник 11. Напряжение на измерительной

1008679 обмотке 7 образца 5 приложено к пос- ледовательно соединенным конденсатору 9 и второму резистору 10. Падение йапряжения на втором резисторе 10 сравйивается с выходным напряжением четырехполюсника 11. При равенстве напряжений сигнал . на .входе индика тора 12 отсутствует.

Сопротивление первого резистора 3

so много раз больше сопротивлений образца 5 с намагничивающей обмоткой 10

6 и четырехполюсника ll, поэтому амплитуда напряженности поля Н„ определяется по показанию П„, вольтметра 2 согласно формуле

М

Нщ (%1 м= (.( где W „- число витков в обмотке 6 у

Й вЂ” средняя длина силовой линии

Ф испытуемого образца, м;

R - сопротивление резистора 3, 1

Ом.

Сопротивление R второго резистора 10 устанавливают таким, чтобы выполнялось неравенство

25 м Р С 3э (О ((5) где С вЂ” эквивалентная емкость четырехполюсника 11, вычисляемая по формуле

- индуктивность вторйчной обмотки и взаимная индуктивнбсть. катушки..

8 соответственно, . Гн.

Известно, что ted пропорционален частоте, в то время как tgd для высококачественных конденсаторов практически постоянен.

Изменения повторяют при всех возможных положениях переключателей 19 и 20.

При этом для схемы, показанной нафиг. 2, будут определены согласно формуле (8) суммы tg дс „+tg d ì для четырех конденсаторов 13 - 16, включенных порознь, а также для шес ти конденсаторов: 13 и 14; 13 и 15у .13 и 16> 14 и 15; 14 и 16) 16 и 16

lBcего получается система из 10 уравнении вида (8) для семи неизвестных: тангенсов.углов потерь конденсаторов . 13 — 15, 17 и 18, а также угла потерь катушки взаимной индуктивности, который пропорционален частоте

55 "м = ) где ц — постоянная величина.

Полученные данные обрабатываются известными приемами (например методом наименьших квадратов) и опреде-. ляются tgd,, а также s(.. Найденное значение дФ „з представляется в формулу (7), иэ которой определяют р- .

Следует отметить, что при опреде лении величин р.<и р.> для образцов

65

C =С

С эЫХ С + +<8 (() где С вЂ” емкость конденсатора вых

17, Ф;

C емкость конденсатора

18, Ф;

С емкость входных конденса 40

8Х торов, соединяемых с внешней цепью переключателями

19 и 20, Ф.

Установив необходимую частоту перемагничивания f по генератору 1 и 45 напряженность магнитного поля Н по вольтметру. 2, изменяют емкости конденсаторов 9 (фиг. 1) и 17 (фиг. 2) таким образом, чтобы напряжение на входе индикатора 12 равнялось нулю. 50

Тогда составляющие а„и р. конмлексной магнитной проницаемости определяются по формуламг % с

/ . С2 Wq си 2С.

Щ счэС2Р2 где tgd — тангенс угла потерь кон-

C1Ý денсаторов четырехполюсника l l;

S — площадь поперечного сечения образца 5, м

2 — число витков s измерительной обмотке 7 образца 5;

С2 - емкость конденсатора

9, Ф.

Обычно выражения в круглых скоб" ках формул (6) и (7) можно заменить единицей. Ввиду того, что отношение

С х/Сп может быть взято порядка 100, емкости конденсаторов С Х С,х, С и выбираются сравнительно небольшими, что позволяет резко уменьшить частотную погрешность емкости С зр и согласно формуле (6) повысить -точность измерения р.А.

Для повышения точности измерения р< определяется, величина tgd <,. входящая в формулу (7), для чего йереключатель 4 (фиг. 1) переводится в положение II и схема вновь уравнЬвеши" вается регулировкой С> и f. Величина

tg dc определяется из. формулы с з

1008679

tpua 2

Составитель Г.Змиевская

Редактор А.Лежнина Техред M.êoøòóðà Корректор В.Бутяга

Эакаэ 2331/56 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 одной партии материала tgd" являС1Э ется практически постоянной величиной. Включив резистор 22 (фиг. 2), можно подобрать его сопротивление таким образом, чтобы tgd „, =О. В этом случае расчеты по формуле (7) упроцаются.

В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом достигается понышение точности измерения величины

М „ в 5 - 10 раз благодаря применению конденсаторов небольшой емкости, имекнцих малую частотную погрешность, а также повышение точности измерения величины р- в 10 — 20 раэ путем иск лючения влияния угла потерь конденсаторов на результаты измерения.