Устройство для контроля параметров ферромагнитных материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ц

РЕСПУБЛИН (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3347987/18-21 (22) 16.10.81 (46) 23.01.84., Бюл. 9 3 (72) В.Л.Венгринович и В.Н.Бусько (71) Институт прикладной физики

AH Белорусской ССР (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Заявка Японии Е 52-61616, кл. 5 01 Q 33/12, G 01 N 27/00, опублик. 1977.

2. Патент CUIA 9 3940688, кл. 6 01 9, 33/12, 1973.

3(511 8 01 k 35/00; 0 01 %(33/12 (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ KOHTPOJIH

ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее магнитопровод с намагничивающей обмоткой, индикатор изменений магнитно"о потока в магнитной цепи и блок обработки и индикации данных, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено ферромагнитным элементом, установленным в магнитной цепи с возможностью изменения зазора, а индикатор изменений магнитного потока выполнен в виде преобразователя Баркгауэена, индуктивно связанного с ферромагнитным элементом.

1068850 нитной цепи изменяет форму сигнала, его фазу и амплитуду. Информация об этих изменениях заложена в полном

Фурье-разложении действительной и минимальной частей сигнала. Таким образом, задача контроля становится многопараметровой с огромным числом параметров. Практически ограничиваются регистрацией эффективного значения сигнала, что ведет к снижению чувствительности устройства, которое имеет место также потому, что величина регистрируемого сигнала сильно зависит от зазора между ним и иэделием, формы изделия и его габаритов.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее магнитопровод с намагничивающей обмоткой, индикатор изменений магнитного потока в магнитной цепи и блок обработки и индикации данных, введен ферромагнитный элемент установленный в магнитной цепи с возможностью изменений зазора, а индикатор изменений магнитного потока выполнен в виде преобразователя Баркгаузена, индуктинно связанного с ферромагнитным элементом.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства с ферромагнитным элементом в виде пластины и свя-, занного с ней преобразователя Баркгаузена накладного типа; на фиг.2; то же, с ферромагнитным элементом в виде стержня и связанного с ним преобразователя Баркгаузена проходного типа; на фиг. 3 — экспериментальные зависимости интенсивности шума

Баркгаузена в элементе магнитопровода из армко-железа от амплитуды переменного магнитного поля при различных частотах перемагничивания.

Устройство (фиг.1 и 2) состоит из разомкнутого магнитопровода 1, который замыкается контролируемым изделием 2 и ферромагнитным элементом 3 магнитной цепи. В намагничивающую систему входит также намагничивающая обмотка 4, питаемая от источника 5 переменного тока. Ферромагнитный элемент 3 установлен s магнитной цепи с возможностью изменения зазора. С Ферромагнитньич элементом

3 индуктивно связан преобразователь б Баркгаузена, который может быть накладного (фиг.11: нли проходного (фиг.2) типов. Сигнал, возникающий в преобразователе б, обрабатывается и индицируется в блоке 7 обработки и индикации данных.

Однако устройство имеет ряд недостатков, снижающих его избирательную чувствительность к контролируемо юу параметру: наличие зазора в маг-60 нитонроводе и зазоре между магнитопроводом и изделием приводит к уменьшению .сигнала в катушке и уменьшению чувствительности устройства; прибли,жение контролируемого иэделия к маг- 65 устройство работает следующим образ ом. . С помощью намагничивающей обмотки

4 возбуждают в магнитной цепи нереИзобретение относится к измерению электрических и магнитных величин и может быть использовано для контроля структуры и химического состава ферромагнитных материалов, а также для измерения их динамической магнит- 5 ной проницаемости и электропроводностн, преимущественно тогда, когда требуется измерять относительное изменение этих параметров в процессе или в результате обработки контролируемых изделий.

Известны устройства для испытания ферромагнитных материалов по изменению их магнитной проницаемости и электропроводности, состоящие из 15 наклонных преобразователей и эталонного образца 711 .

Необходимость применения эталонного образца является недостатком устройства. Необходимость обработки двух сигналов .(от эталонного и контролируемого образцов1 усложняет и увеличивает габариты устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором конт- 25 ролируемый участок изделия является частью магнитной цепи, когда он находится вблиэй зазора магнитопровода. Изменение магнитной проницаемости контролируемого материала приводит к измененйю величины переменного магнитного потока в магнитной цепи, в частности, в магнитопроводе, вследствие чего изменяется электРический сигнал, индуцируемый 35 магнитной цепью в измерительной катушке, установленной в зазоре магнитопровода. Устройство содержит два U -образных магнитных сердечни-, ка, соответствующие концы которйх закреплены по одной линии с зазора- 40 ми, образуя разомкнутую магнитную цепь, в которой возбуждают переменный магнитный поток. В указанных двух зазорах находится катушка, причем магнитные потоки в обоих зазорах 45 скомпенсированы и результирующая ЭДС катушки равна нулю. Контролируемый образец, приближаемый к одному из зазоров, нарушает компенсацию магнитного потока, и в катушке возникает 50 напряжение, зависящее от магнитных и электрических свойств контролируемого материала . Устройство, кроме того, содержит индикатор изменений магнитного потока и блок обработки 55 и индикации данных 21.

1068850,Фиг 2 менньтй.магнитный поток, в результате чего в ферромагнитном элементе

3 возникает шум Баркгаузена, который будет индуцировать в преобразователе

6 поток импульсов Баркгаузена, по параметрам которого судят о свойствах контролируемого иэделия .

В процессе контроля магнитной цепи, образуемой магнитопроводом 1, ферромагнитным элементом 3 и контролируемым изделием 2, под действием 10 переменного тока в намагничивающей обмотке 4 возникает переменный магнитный поток. При изменении проницаемости или электропроводимости . контролируемого изделия 2 изменяется 15 магнитное сопротивление магнитной цепи, а следовательно, и величина магнитного потока. Для ферромагнитного элемента 3 это равносильно изменению амплитуды внутреннего поля 2п перемагничивания. При настройке устройства путем изменения величины зазора .Ь добиваются, чтобы шум Баркгаузена в Ферромагйитном элементе

3 для любых значений проницаемости и электропроводности контролируемого иэделия 2 сохранялся в области линейной зависимости и .амплитуды поля перемагничивания. Эта область соответствует участкам кривых (Фиг.3), лежащих между пороговым полем возникновения шума Баркгаузена (точки

Q> г, ..., Ог ) и максимумами шума (точки 6», 6, ..., %). Тогда при перемагничивании ферромагнитного З5 элемента 3 возникнут изменения интенсивности шума, пропорциональные изменению магнитного сопротивления контролируемого участка изделия.

Как видно из фиг. 3, чувствительность интенсивности шума Баркгаузе- 4О на к изменению поля, а значит и магнитного сопротивления контролируемого изделия, очень велика в широком частотном интервале, который можно менять путем изменения материала ферромагнитного элемента 3. Так, армко-железо имеет максимальную чувствительность на частотах 5080 Гц, тогда как сплав Fe-и -2V перемендюр1 - на частотах 14001600 Гц.

Чтобы одновременно удовлетворить двум требованиям:перемагнитить контролируемое изделче 2 на заданном частном цикле обычно близком,к предельной петле гистерезиса!, а Ферро- магнитный элемент 3 — полем, не,превышающим точку о, ферромагнитный элемент 3 устанавливают в магнитной цепи с возможностью. изменения зазора а

Таким образом, настройка оптимальных режимов перемагничивания изделия

2 и элемента 3 осуществляется независимо путем изменения зазора и амплитуды поля перемагничивания.

Высокая чувствительность устройства обусловлена специфической зависимостью параметров магнитного шума ферромагнитного элемента 3, в частности его интенсивности,, от амплитуды переменного магнитного поля или амплитуды переменного магнитного потока (Фиг.З), изменяющейся при изменении магнитной проницаемости и электропроводности контролируемого материала. Особенность этой зависимости состоит в том, что в диапазоне Выше порогового поля чувствительность интенсивности шума Баркгаузена к изменению амплитуды поля исключительно высока. Причем, на этом участке эта зависмость близка к линейной.

Величина чувбтвительности зависит от частоты переменного поля, что дает дополнительную возможность управления чувствительностью. Такой же эффект можно получить, меняя материал

Ферромагнитного элемента.

too

HID

Фиг..У

Составитель I.устинова

Редактор О.брковецкая Техред Х.Тепер Корректор А.Ференц

Закаэ 11457/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытйй

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

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