Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для записи начальной кривой намагничивания и петли гистерезиса ферромагнитных материалов. Целью изобретения является повышение точности за счет непосвепственного определения напряжения внутреннего магнитного поля в образце ферромагнитного материала. Устройство содержит источник тока с соленоидом 2, измерительную катушку 3, усилитель 4, интегратор 5, двухкоординатный регистратор 6, датчик 7 Холла, запитываемьм от источника 8 постоянного тока и закрепленный на штоке вибратора 9, на вход которого подается сигнал с выхода задающего генератора 10, а также синхронньй детектор в виде фазовращателя 11, усилителя 12, ключа 14 и фильтра 15. Сигнал на вход син- .хронного детектора поступает с выхода усилителя 13. Устройство включает также усилитель 16, фильтр 17 нижних частот и сумматор 18. 2 ил. i (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 R 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4241049/24-21 (22) 05 ° 05.87 (46) 15.03.89. Бюл. Р 10 (713 Институт прикладной физики

АН БССР (72) Н.К. Трусов и В.Н. Кулагин (53) 621.317,44(088.8) (56) Исследования в области магнитных измерений. Труды метрологических институтов СССР: Вып ° 152(212), 1974, с. 120-129.

Авторское свидетельство СССР

У .1045181, кл. С Ol R 33/12, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для записи начальной кривой намагничивания и петли гистерезиÄÄSUÄÄ 1465848 А1 са ферромагнитных материалов. Целью изобретения является повышение точности за счет непосоепственного определения напряжения внутреннего магнитного поля в образце ферромагнитного материала, Устройство содержит источник l тока с соленоидом 2, измерительную катушку 3, усилитель 4, интегратор 5, двухкоординатный регистратор 6, датчик 7 Холла, запитываемый от источника 8 постоянного тока и закрепленный на штоке вибратора 9, на вход которого подается сигнал с выхода задающего генератора 10, а также синхронный детектор в виде фазовращателя 11, усилителя 12, ключа

14 и фильтра 15. Сигнал на вход синхронного детектора поступает с выхода усилителя 13. Устройство включает также усилитель 16, фильтр 17 нижних частот и сумматор 18. 2 ил.

1465848

Не — Но

1 где h

Н е

Н о

При гармоническом законе колебаний датчика 7 на его потенциальном выходе появляется постоянная ЭДС е и переменная ЭДС е частотой колебаний Я вибратора 9, Принимаем, что коэффициент передачи датчика 7 по измеряемой напряженности магнитного поля равен единице и обозначаем расстояние от центра датчика 7 до боковой поверхности испытуемого ферромагнитного образца 21 х . Тогда

Изобретение относится к магнитным измерениям и мо ет быть использовано для записи начальной кривой намагничивания и петли гистереэиса ферромаг5 нитных материалов, Цель изобретения — повышение точности путем непосредственного определения напряженности внутреннего поля в образце ферромагнитного мате" риала °

На фиг. ) представлена функцио нальная схема предлагаемого устройст(t ва на фиг. 2 — временные диафра гмы, поясняющие работу устройства, 15!

Устройство содержит источник,1 намагничивающего тока, соленоид 2, измерительную катушку 3 магнитной индукции, подключенную через масшта- 20 бирующий усилитель 4 постоянного тока и интегратор 5 к вертикальной развертке двухкоординатного регистрато: ра 6, например построителя графических зависимостей типа Н-306. Устрой- 25 . ство содержит также датчик 7 Холла, источник 8 постоянного тока, вибра тор 9, задающий генератор 10 переменного напряжения, фазовращатель !1, усилитель-ограничитель 12, усилитель

13 низкой частоты, ключ 14, фильтр

15 нижних частот, второй масштабирующий усилитель 16, а также фильтр 17 нижних частот и сумматор 18. Фаэовращатель 11, усилитель 12, ключ 14 и, фильтр 15 образуют синхронный детектор 19„ Датчик 7 Холла закреплен на конце штока вибратора 9 и записыва.— ется от источника 8 постоянного тока.

: Потенциальный выход датчика 7 под- 4

1 ключен к входам усилителя 13 и фильтра 17. Выход источника 1 подключен к намагничивающему соленоиду 2, Выход задающего генератора 10 подключен к вибратору 9 и через последовательно включенные фазовращатель 11 и усилитель-ограничитель 1 2 — к управляющему-входу ключа 14. Выход усилителя

13 через последовательно соединенные ключ 14, фильтр 15 и усилитель 16 подключен к второму входу сумматора

18. Выход фильтра 17 подключен к первому входу сумматора 18, выход которого подключен к горизонтальной развертке двухкоординатного регистрато" ра 6. Источник 8 и датчик 7 образуют

55 измерительный преобразователь 20.

Устройство работает следующим образом, Испытуемый цилиндрическ ий об ра з ец

21 ферромагнитного. материала располагают в центре соленоида 2 вдоль его продольной оси так, что измерительная катушка 3 охватывает центральное сечение образца 21, а датчик 7 находится на некотором расстоянии х от боковой поверхности образца 21, над его центральным сечением. Величина х должна быть не более 0,1 D (Р— диаметр образца 21). Датчик 7 располагается так, что максимум его диаграммы направленности совпадает с направлением внешнего намагничивающего поля, создаваемого соленоидом 2, путем протекания по его обмотке тока источника 1. При намагничивании ферромагнитного образца 21 в разомкнутой магнитной цепи справедливо напряженность внутреннего магнитного поля; напряженность внешнего магнитного поля напряженность разма гничивающего поля.

На небольших расстояниях х от поверхности ферромагнитных цилиндров

rye k — коэффициент, зависящий от геометрических размеров и магнитных параметров ферромагнитного цилиндра.

Подставив (2) в (1), получаем

1,() Н H +kH х Ь+КН х. (3) е =h(x) =h+kHx (4) е = е sin Qt + kH,x sin%Et. (5) 1465848 датчи- чика 7. 11апряженне н» выходе фильтр:1

15 в зависимости от квадранта регистрируемой петли гистереэиса изменяет (6)

5 знак так что автоматически ныполняl ется равенство (1) . Частота (д, енные фильтра 17 выбирается иэ условий е =е+ е °

На фиг. 2 представлены врем диаграммы ЭДС е и е при регистрации петли магнитного гистерезиса в

I-IV квадрантах. Как видно из этих диаграмм, переменная ЭДС имеет в I и II квадрантах одну фазу, а в III и IV квадрантах — фазу, сдвинутую на 180 . Из выражений (4) и (5) следует, что амплитуда переменной ЭДС пропорциональна второму члену выражения для постоянной ЭДС, что позволяет скомпенсировать в выражении (4) для постоянной ЭДС второй член. Такая компенсация в предлагаемом устройстве осуществлена следующим образом.

При включении датчик 7 начинает совершать возвратно-поступательное колебание перпендикулярно продольной оси образца 21 с небольшой амплитудой х (порядка 0,1 мм) и частотой

S2 (порядка 60 Гц). Частота f изменения напряженности внешнего намагничивающего поля 1: соленоида 2 составляет десятые доли герца, т;е. оно является квазистатическим. Переменная ЭДС е с выхода датчика 7 усиливается усилителем 13 низкой частоты, синхронно детектируется ключом

14, фильтруется фильтром 15 и в виде постоянного напряжения, изменяющегося с частотой намагничивающего поля, поступает через масштабирующий уси-. литель 16 на первый вход сумматора

18. Фазовращатель 11 служит для совмещения фазы переменной ЭДС, поступающей на вход синхронного детектора, с фазой управляющих сигналов, поступающих на ключ 14, Частота среза Ы „ фильтра 15 выбирается из условий

fсс ) a+ сР (9) 10

k 3 k«k<

+k k Hx1g о о

1 17 хо (10) (6

kl5 «1 15 Хтч

35 (7) f < (;1, сс ЗЯ.

Нижняя частота 63„ полосы пропускания усилителя 13 выбирается из условий (8) сс Я„сс S2

При вып олнен ии э т их со о т ношений на выход усилителя 13 не попадает

ЭДС, обусловленная постоянной составляющей ЭДС датчика 7, и происходит усиление только переменной ЭДС датСуммарная ЭДС е на выходе ка 7 ра ви»

При выполнении этих условий на его выходе присутствует только постоянная ЭДС датчика 7. Тогда на выходе сумматора 18 появляется напряжение е 8 равное

При настройке устройства коэффициент передачи k 6 óñèëèòåëÿ 16 вы25 бира ется равным

Где 1 . ki k14 k<5 коэффициенты

З0 передачи соответствующих элементов функциональной схемы предлагаемого устройства.

При выполнении условия (10) .т..е. выходная ЭДС сумматора 18 пропорциональна напряженности внутреннего намагничивающего поля. При не40 прерывном изменении, например по треугольному закону намагничивающего тока, через соленоид 2 на двухкоординатном регистраторе 6 автоматически осуществляется запись петли магнитного гистерезиса ферромагнитного ма45 териала, из которо ro иэ гото влен испытуемый образец 21. Действительно, как следует из уравнения (11), на горизонтальную развертку регистратора 6 подается сигнал, пропорциональный напряженности внутреннего намагничивающего поля, а на вертикальную развертку — сигнал, пропорциональный магнитной индукции, который получается путем усиления и интегрирования

ЭДС измерительной катушки 3.

В предлагаемом устройстве использована высокая чувствительность датчика Холла, определяющего в заданной

5 146 точке образца градиент поля. Зто позволяет непосредственно определить внутреннее намагничивающее поле в образце.

Формула изобретения еA а,ти//

Р /7Ю, 1!и — и1

& // 0 ///мд

g= Ь>J/Vjyg

Составитель С. Шумилишска н

Техред Л. Олийнык Корректор H. Иуска

Редактор С. Лисина

Заказ 943/48 Тира ж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенинм и открытиям при 1 КНТ СССР

113035„ Москва, _#_-35, Раушскан каб., д. 4/ 5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее источник намагннчивающего тока„к выходу которого подключен соленоид,. задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора и входом вибратора, на штоке которого закреплен измерительный преобразователь, измерительную катушку, выход которой соединен с входом масштабирующего усилителя, двухкоордннатный регистратор и сумматор, о т л и ч а ю m, е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено фильтром нижних частот, уси5848 6 лителем низкой частоты, интегратором и вторым масштабирующим усилителем, а измерительный преобразователь вы5 полнен в виде датчика Холла и источника постоянного тока, выход которого соединен с входом питания датчика

Холла, при этом выход измерительного преобразователя соединен с входом фильтра нижних частот и входом усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго масштабирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, причем выход сумматора соединен с первым входом двухкоординатного регистратора, второй вход которого соединен с выходом интегратора. вход которого соединен с выходом первого масштабирующего усилителя .