Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую, катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входами первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем выходы первого и второго операционных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, отличаю-щ е е с я тем, что, с целью повы1нения точности измерений оно снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измериS тельная катушка закреплена на штоке (Л механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка установлена на каркасе первой измерительной катушки. СП 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) {11) 3(51) С- 01 Р 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3416284/18-21 (22) 31.03.82 (46) 30.09.83. Бюл. Р 36 (72) Н.К. Трусов (71) Институт прикладной физики

AH 8e o c oA CCP (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. "Измерительная техника", 1967, Р 10, с. 53-57.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 800920, кл. G 01 R 33/14, 1979. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН!1Я

СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ФЕРРОМАГНИТН61Х МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую,.катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входами первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем выходы первого и второго опе рационных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, о т л и ч а ю-— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений оно снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка установлена на каркасе первой измерительной катушки.

1045181

Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности к испытаниям ферромагнитных материалов и измерению их статических магнитных характеристик на стержневых цилиндрических образцах, намагничиваемых в разомкнутой цепи, и может быть использовано для. записи начальной кривой намагничивания или петель магнитного гистереэиса на двухкоординатном графопостроителе. 10

Известно устройство для испытания ферромагнитных материалов при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи, представляющее из себя вибрационный магнитометр, позволяющий измерять намагниченность (магнитный момент) шарообразных ферромагнитных образцов. Напряженность намагничивающего поля измеряется измерительным генератором 1 ).

Получение статических магнитных характеристик вещества на основе измеренных характеристик образца связано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависящим от величины намагниченности. Использование такой методики и применение ее для изме- 30 рения шарообразных образцов при удовлетворительной точности ограничивает измерения слабомагнитными веществами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 3э устройство для определения статичЕских магнитных характеристик ферромагнитных материалов, предназначенное для записи начальной кривой намагничивания и петель магнитного 40 гистереэиса"на цилиндрических образцах при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи. Устройство содержит последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, 45 намагничивающую катушку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего напряжения, три операционных усилителя, два синхронных детектора, измерительную катушку и двухкоординатный графопост-. роитель. В данном устройстве напряженность внутреннего намагничивающего поля ферромагнитного цилиндра определяется как разность напряженностей внешнего и раэмагничивающего полей. Напряженность размагничивающего поля ферромагнитного образца в данном устройстве измеряется вблизи наружной поверхности испытуемо- 60

ro образца датчиком в виде двух включенных встречно коаксиальных катушек С2 3.

Однако данному устройству свойственна недостаточная точность измерений, обусловленная тем, что напряженность размагничивающего поля уже на расстояниях 0,2-0,8 радиуса поперечного сечения испытуемого цилиндрического образца от его поверхности существенно отличается от напряженности размагничивающего поля, внутри образца, а расположить блинке к поверхности образца измерительные катушки не удается вследствие необходимости обеспечения как относительного движения образца и измерительной катушки, так и высокой чувствительности.

Это приводит к значительным погрешностям измерений напряженности внутреннего намагничивающего поля особенно при испытании магнитомягких материалов. Кроме того, значительная погрешность измерений напряженности внутреннего намагничивающего поля обусловлена не совсем рациональной структурой известного устройства, эт<; связано в конечном итоге с тем, что сигнал, пропорциональный напряженности размагничивающего поля, пропорционален амплитуде и частоте вибрации, а,сигнал, пропорциональный напряженности внешнего, намагничивающего поля, не зависит от них.

Поэтому даже небольшие изменения амплитуды и частоты вибрации могут приводить, как показывают расчеты, к значительным погрешностям изме,рений в области больших магнитных проницаемостей по кривой намагничивания.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем„ что устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входа 4и первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, .причем выходы. первого и второго операционных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка

1045181 установлена на каркасе первой измерительной катушки. .На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — взаимное расположение намагничивающей катушки, 5 испытуемого ферромагнитного цилиндра и измерительных катушек.

Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов содержит 10 регулируемый генератор 1 постоянного тока, намагничивающую катушку 2, резистор 3 отрицательной обратной связи потоку, механизм 4 возвратно-поступательных колебаний со штоком 5, на котором закреплен испытуемый ферромагнитный цилиндр б.

Устройство также содержит первую 7 измерительную катушку, дополнительные вторую 8 и третью 9 измеритель; ные катушки, операционные усилители 10 и 11, генератор 12, синхронные детекторы 13 и 14 и двухкоординатный графопостроитель 15. Испытуемый ферромагнитный цилиндр б закреплен на штоке 5 механизма 4 возвратно-поступательных колебаний и расположен в зоне однородного магнитного поля намагничивающей катушки 2 соосно с ней. Первая измерительная катушка 7 подключена через переменные резисторы к инвертирующим входам операционных усилителей 10 и 11 и расположена соосно с ферро— магнитным цилиндром б так, что один ее торец находится в плоскости его З5 центрального поперечного сечения.

Дополнительная вторая измерительная катушка 8 подключена через переменный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 10 и 40 расположена на каркасе первой измерительной катушки 7.так, что плоскость ее витков лежит на расстоянии

0,1-0,2 длины от центрального поперечного сечения ферромагнитного 45 цилиндра б. Вторая дополнительная из. мерительная катушка 9 закреплена на штоке 5 в плоскости торца намагничивающей катушки 2 и подключена через переменный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 10. Инвертирующий вход операционного усилителя 11 через переменный резистор подключен к первой из— мерительной катушке 7. Выходы операционных усилителей 10 и 11 подключены соотнетстненно через синхронные детекторы 13 и 14 к горизонталь— ной и нертикаль ной разверт1.ам графопостроителя 15. Выход генератора 12 управляющего напряжения подсоединен 60 к механизму 4 возвратно-поступательных коле баний и управляющим входам синхронных детекторов 13 и 14.

Для формирования сигнала, характеризующего напряженность намагничиваюА Но(5о ц 5 к Но j е 8 = 1" 8 -- — б О А Г1ис1, Ж

ЭДС в измерительных катушках 7 и 8; амплитуда и частота вибрации; магнитная постоянная; направление вибраций; намагни- енность; на .агниченность и центральном поперечном сечении ферромагнитного цилиндра б; площадь поперечного сечения измерительной катушки 7; площадь поперечного сечения ферромагнитного цилиндра б; напряженность размагничинающего поля цилиндра б; число витков измерительной катшуки 8; плотность намотки проводов измерительной катушки 7. что для ферромагнитных соотношением длины к ьшим десяти S ÇO>) S „Í где е и е8

A u а.о х

Зе

Но

Учитывая, цилиндров с диамерту бол е1 = иоАГКбоУО

В третьей измерительной катушке

9 наводится переменная ЭДС е, ампли ".;„-- которой равна ан, 9 а 9 Дх где N 9 — число витков катушки 9;

Н вЂ” напряженность намагничиР вающей катушки 2 беэ желез. ных сердечникон. щего поля, служит гретья измеритель— ная катушка 9, закрепленная на штоке механизма возвратно-поступател.-ных колебаний около торца намагничинающей катушки.

-Сигнал, пропорциональный намагниченности, формируется первой измерительной катушкой 7, а сигнал, пропорциональный градиенту намагниченности, — второй измерительной кату1вкой 8 .

Устройство работает следующим образом.

При совершении с небольшой частотой и амплитудой линейных возвратно-поступательных колебаний намагниченным образом .относительно первой1 и второй измерительных катушек 7 и 8 в последних наводятся переменные

ЭДС, амплитуда которых равна

1048181 е = КНе

9 е о= (k< М, о Г(Л )С (Л,x )"-o j

К (Н вЂ” М) )=КН„, М ео 2Г

Составитель М. Клыкова

Редактор l0. Ковач Техред Т, Фанта Корректор А. Ильин

Заказ 7547/48 Тираж 71 0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Поскольку намагничивающая катушка 2 не имеет железных сердечников, то можно записать где К вЂ” постоянный коэффициент, определяемый величинами

А, f М, числом витков и конструкцией намагничивающей катушки 2.

Вторая. 8 и третья 9 измерительные катушки и первая измерительная катушка 7 подключены через переменные резисторы к инвертирующему входу усилителя 10, так что сигналы с первой 7 и второй 8 измерительных катушек находятся в фазе, а сигнал с третьей измерительной катушки 9 в противофазе с ними.

На выходе операционного усилителя 10 формируется сигнал равный где Г(Л ) — функция, зависящая от соотношения it длины е „ к диаметру d цилиндра;

С(й,х"J - параметр, входящий в функцию распределения намагниченности по длине цилиндра;

М вЂ” централь ный коэффи1iие HT размагничивания ферромагнитного цилиндра.

На выходе операционного усилителя 11 будет присутствовать сигнал, пропорциональный намагниченности.

Сигналы с. операционных усилителей 10 и 11 поступают на синхронные детекторы 13 и 1.4, где синхронно детектируются, и далее на входы

10 Х и У двухкоординатного графопостроителя 15.

При непрерывном изменении напряженности внешнего намагничивающего

15 поля, например, по пилообразному закону на графопостроителе 15 будет записываться петля .магнитного гистерезиса в координатах намагниченность— напряженность внутреннего намагни20 чивающего поля.

Основное техническое преимущестВо изобретения по сравнению с известным заключается в повышении проиэво25 дительности и точности измерений.

Повышение производительности обеспечивается как непрерывностью процесса измерений, так и автоматическим учетом коэффициента размагни3О чивания. Повышение точности измерении обеспечивается тем, что в устройстве автоматически учитывается зависимость коэффициента размагничивания от магнитных свойств мате35 риала испытуемых образцов.