Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи

 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности. Целью изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности магнитомягких материалов в разомкнутой магнитной цепи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанному на снятии зависимости намагниченности М образца от напряженности внешнего намагничивающего поля Не в области приближения к насыщению , дополнительно измеряют коэрцитивную силу образца Нем. а остаточную намагниченность материала Мг определяют исходя из соотношения Мг 3;-цсм , где К т Нем М8 - намагниченность насыщения; К- коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению. Ьо

союз совЕтских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК ((9) (31) (я)э G 01 R 33/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4197632/63 (22) 15.12.86 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) Н.К.Трусов и B.Н.Кулагин (53) 621.318(088.8) (59 Измеоительная информационная система У5045. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Киев, 1981.

Труды Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии. Вып. I (43), 1940, с,108-127. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В РАЗОМКНУТОЙ

МАГНИТНОЙ ЦЕПИ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточИзобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности.

Известен способ определения остаточной намагниченности по петле магнитного гистерезиса при напряженности магнитного поля, равном нулю, реализуемый на измерительной системе У5045, Недостатком этого способа является низкая производительность и возможность его применения только на образцах кольцевой формы, т.е. в замкнутой магнитной цепи.. ной намагниченности. Целью изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности магнитомягких материалов в разомкнутой магнитной цепи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанному на снятии зависимости намагниченности M образца от напряженности внешнего намагничивающего поля Не в области приближения к насыщению, дополнительно измеряют . коэрцитивную силу образца Н«, а остаточную намагниченность материала Мг определяют

Ms Нсм исходя из соотношения Мг = „, где

К + Нси

Ms — намагниченность насыщения; К- коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению.

Наиболее. близким к изобретению по технической сущности является способ определения характеристик ферромагнитного материала, основанный на измерении напряженности внешнего намагничивающего поля и намагниченности ферромагнитного образца.

Согласно данному способу находят опытным путем зависимость намагниченности М испытуемого ферромагнитного образца от напряженности Не внешнего магнитного поля M (Hs) и, зная коэффициент размагничивания И;графически строят зависимость намагниченности от напряженности Н внутреннего намагничивающего поля Н (M), используя соотношение

1746338

Н - Н вЂ” ИМ (1)

Однако данный способ характеризуется недостаточной точностью. Это объясняется тем, что получение статических магнитных характеристик вещества на основе измерений характеристик образца связано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависимым от величины намагниченности, Использование такой методики для измерений статических .магнитных характеристик на неэллипсоидальных стержневых образцах дает низкую точность, так как коэффициент.размагничивания для таких образцов не является постоянной величиной, а, как известно, имеет магнитный гистерезис и в значительной степени зависит от намагниченности относительной магнитной восприимчивости.

Погрешность определения внутреннего намагничивающего поля таким методом будет тем больше, чем больше проницаемость испытуемого материала. Резюмируя изложенное о точности измерений внутреннего намагничивающего поля в разомкнутой магнитной цепи, авторы делают следующий вывод. Испытание материалов с магнитной и роницаемостьк имекс>10000 указанным методом должно быть исключено, так как это требует или очень тонких образцов либо обусловит весьма малую точность измерений параметров петли магнитного гистерезиса материала испытуемого образца, в том числе и остаточной намагниченности.

Целью изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности магнитомягких материалов в разомкнутой магнитной цепи.

Цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанного в снятии зависимости намагниченности M образца от напряженности внешнего намагничивающего

ПОЛЯ КатуШКИ ИНдуКТИВНОСТИ Не, ДОПОЛНИтельно измеряют коэрцитивную силу Нсм образца, при этом измерение намагниченности M образца проводят в области приближения к насыщению, а остаточную намагниченность материала Мг определяют, исходя из соотношения

Ms Нсм

К + Нсм где Ме — намагниченность насыщения;

К вЂ” коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению, при этом используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетворяют условию

Sg 2$ ея, где $ — площадь поперечного сечения ка5 тушки;

Яеьр- площадь поперечного сечения образца и образец, длина которого удовлетворяет соотношению

10 >10 S.

Достижение поставленной цели.объясняется следующим образом.

Известна аппроксимация Фрелиха для предельной петли магнитного гистерезиса (ППМГ) материала

MsaHi

1+а н (2) Здесь Н вЂ” напряженность внутреннего намагничивающего поля; Ms — намагниченность насыщения; M — намагниченность вещества ферромагнетика (3) а— (Мз Мг) Нсм (4) M—

Х+а(1 — И МХ) где Х = 1/Не.

Разложив уравнение(4) при Не -+ ее по степенЯм 1/Не и, ограничиваясь первыми двумя членами разложения, можно записать

50 M(„)=М (5) Измеряя и значений намагниченности М1, M2...„Ме и и соответствУющих им значений напряженности Не1 Не2,...,Нее внешнего намагничивающего поля в области полей, для которых выполняется закон приближения к насыщению и в соответствии с (5) определяет величины Мз и К = К»МЗ = Ms/ а.

Отсюда с учетом (3) получим где М вЂ” остаточная намагниченность;

Н вЂ” коэрцитивная сила по намагниченности.

Эта аппроксимация достаточно точно описывает ППМГ магнитомягких материа35 лов. Чтобы получить выражение, описывающее ППМГ ферромагнитного образца, необходимо в (2) подставить известное соотношение (1) 1746338

Ма Нем

МгК +Ms Нсм г

Здесь С 1 — баллистическая постоянная установки, Вб/дел; акр — среднее арифметическое получен10 ных отклонений гальванометра, дел; ре =

-1,257е10 В с/(А м) — магнитная постоянная; адэ . — число витков измерительной катушки; Soep. — площадь поперечного сечения образца, м2. При этом Sogp 1/2 Sk.

"5. Это условие необходимо для точного определения намагниченности, чтобы погрешность определения намагниченности не превышала 1 g, из-за неопределенности величины коэффициента размагниченности испытуемого образца. Далее по методике определения петли магнитного гистерезиса, изложенной в инструкции по эксплуатации установки БУ-3, определяют Н значений намагниченности Мг, М2,...,Mn и и, 25 соответствующих напряженности (7) М, а — = " . (6) Кг =(М, М }Н,„

Из уравнения (6) следует, что

Как видно из формулы (7)„для определения остаточной намагниченности ферромагнитного материала предлагаемым методом необходимо измерить дополнительно коэрцитивную силу по намагниченности Hc . Повышение точности определения остаточной намагниченности . материала образца предлагаемым способом обеспечивается возможностью досто верного определения в разомкнутой магнитной цепи коэрцитивной силы, намаг ниченности насыщения и коэффициента К.

Реализацию предлагаемого способа измерения остаточной намагниченности магнитомягких материалов можно осуществить на выпускаемой промышленностью установке типа БУ-3.

С этой целью ферромагнитный образец помещают в соленоид установки вдоль его оси так, чтобы центр образца совпадал с центром соленоида. На образец надевают измерительную катушку так, чтобы торцы образца были расположены симметрично по отношению к катушке. Измерительная катушка наматывается медным изолированным проводом на полый цилиндрический каркас из изоляционного материала. Катушка должна быть короче образца не менее чем в три раза. Отношение длины образца к корню квадратному из площади поперечного сечения его должно быть не менее десяти, Удовлетворение требования 1> 10 и ооея необходимо дня однородного намагничивания испытуемого образца в центральном поперечном сечении. Тогда величина коэрцитивной силы образца равна каэрцитивной силе вещества.

Для того, чтобы измерить намагниченность образца последовательно с измерительной обмоткой, включают точно такую же компенсирующую обмотку и располагают их так, чтобы без образца в них отсутствовала бы ЭДС индукции. Если теперь поместить образец в одну из измерительных обмоток, то при изменении внешнеlo намагничивающего поля в системе дифференциальных обмоток возникает

ЭДС, которая пропорциональна только намагниченности образца, ЭДС, обусловленная изменением внешнего намагничивающего поля, будет отсутствовать, В этом

55 случае намагниченность образца определяется из соотношения

М вЂ”, А/М

2ро С йзм К Зобр

Hå1 Не2 ..., Не1,ВНЕШНЕГО НаМаГНИЧИВаЮщЕГО ПОля в области полей, для которых выполняется закон приближения к насыщению, На основании полученных значений строят график зависимости М = f (} . Из этого

1 графика определяют путем экстраполяции графика на ось ординат намагниченность насыщения М, а также коэффициент К, т.е. наклон графика к оси абсцисс.

Коэрцитивную силу образца определяют методом сдергивания измерительной катушки. При этом, так как в соленоиде находится уже предварительно намагниченный образец, то при передвижении измерительной катушки ее потокосцепление с полем образца изменится, что вызовет отброс баллистического гальванометра. Если же в соленоид дать ток, создающий размагничивающее поле, то при сдергивании измерительной катушки отклонение гальванометра меньше. В момент, когда магнитное поле соленоида равно коэрцитивной силе образца,. сдергивание катушки не вызовет отклонения баллистического гальванометра. Таким образом, величина магнитного поля намагничивающей катушки, при которой баллистический гальванометр не дает отклонения при сдергивании, равна коэрцитивной силе образца, которая определяется по формуле

Нсм = Кн Тг+ Кн (Ь 1г) агср+ агер!

1746338

IVls Нсм г=

К+Н

Составитель О. Коршунов

Редактор Г. Гербер Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О, Кравцова

Заказ 2394 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

-1.

Здесь Кн — постоянная соленоида, м а1ср и Q2cp — среднее арифметическое отклонений а> и а2 соответственно, дел; I > и

lz — значения намагничивающего тока, соответствующие отклонениям а1 и а соответственно, А, Найденная таким образом коэрцитивная сила соответствует равенству нулю намагниченности в центре образца.

Основное техническое преимущество изобретения заключается в точности определения параметров петли магнитного гистерезиса. Повышение точности определения обеспечивается тем, что при определении петли магнитного гистерезиса и ее параметров, в частности остаточной намагниченности, нет необходимости учитывать коэффициент размагничивания -испытуемого образца. Известному способу свойственны большие погрешности определения напряженности внутреннего намагничивающего поля для магнитомягких материалов, обусловленные методикой расчета коэффициента размагничивания. Согласно предлагаемому способу нет необходимости определения напряженности внутреннего намагничивающего поля, т.е. в нем устранены причины (необходимость знания величины. коэффициента размагничивания, определения напряженности внутреннего намагничивающего поля), обуславливающие низкую точность определения остаточной намагниченностью магнитомягких материалов в известном способе.

Формула изобретения

Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, заключаю5 щийся в снятии зависимости намагниченности M образца от напряженности внешнего намагничивающего поля катушки индуктивности Не, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определе10 нии остаточной намагниченности магнитомягких материалов, используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетворяют условию

$ «2$(p)gp, 15 где $к — площадь поперечного сечения катушки;

$обр. — площадь поперечного сечения образца, при этом используют образец, длина I кото20 рого удовлетворяет со тношению >10 Я.е и дополнительно измеряют коэрцитивную силу Н и образца, при этом измерение намагниченности М образца г рсводят в обла25 сти приближения к насыщению, а остаточную намагниченность материала M„ определяют исходя из соотношения где M> — намагниченность насыщения;

К вЂ” коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению, 35 .