Чувствительный элемент устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различных устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей. Сущность изобретения: витки магнитопровода, выполненного намоткой ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, закреплены между собой точечной сваркой и надеты на каркас, являющийся распорной цилиндрической пружиной, которая состоит из двух одинаковых колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей и выполненных из алюминиевого сплава. Этим достигается высокая температурная стабильность устройства с таким чувствительным элементом, расширяется область их применения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к измерительной технике.
Известны чувствительные элементы устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей, включающие кольцевой магнитопровод из ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, на котором имеются обмотка возбуждения и сигнальные обмотки. Такой чувствительный элемент, взятый за прототип, имеет, например, датчик меток глубин ДМГ-2, предназначенный для считывания магнитных меток с геофизических кабелей при определении глубины в скважинах [1] Недостатком этого чувствительного элемента является его температурная нестабильность, обусловленная несовпадением величин температурных коэффициентов линейного расширения материалов магнитопровода и каркаса и сильной зависимостью величины магнитной проницаемости от механических усилий, прилагаемых к магнитопроводу, свойственной всем ферромагнитным материалом с высокой магнитной проницаемостью. Например, для пермаллоя магнитная проницаемость падает в сотни раз при усилиях порядка 2 кг/мм2 [2] При изменениях температуры окружающей среды меняется величина натяга в магнитопроводе, являясь причиной изменения его магнитной проницаемости. При большом перепаде температур это может привести к значительному изменению характеристик устройства и даже к прекращению его функционирования. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении влияния температуры окружающей среды на основные характеристики устройства, что позволяет повысить его надежность и расширить область его применения. Решение задачи обеспечивается тем, что витки магнитопровода закреплены точечной сваркой в единое кольцо и надеты на каркас, являющийся цилиндрической распорной пружиной. При этом сама распорная пружина состоит из двух одинаковых пружинных колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей, причем их размеры связаны соотношениями: a C b (0,07 0,1) Dм, Dк Dм + (0,4-0,6)g, g (0,8-1,2)b, где a высота бортика, b ширина щелевого зазора, c толщина магнитопровода,g толщина кольца,
Dм внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
Dк наружный диаметр кольца. Кольца распорной пружины выполняются из алюминиевого сплава любой марки. На фиг.1 показана в разрезе конструкция чувствительного элемента устройства измерения напряженности слабого магнитного поля, взятого за прототип. На каркасе 1, выполненном из немагнитного материала, навит с определенным натягом ленточный ферромагнитный материал, образующий кольцевой магнитопровод 2, на котором намотаны обмотка возбуждения и сигнальные обмотки 3. На фиг. 2 приведена конструкция кольцевого ленточного магнитопровода 1, витки которого скреплены между собой точечной сваркой. На фиг.3 приведена конструкция распорной кольцевой пружины 2 с бортиком 3 и щелевым разрезом 4, составляющая половину каркаса. На фиг. 4 изображена конструкция предложенного чувствительного элемента устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей (обмотка возбуждения и сигнальные обмотки не показаны). Пружинящие кольца 2 вставлены в сжатом состоянии внутрь магнитопровода 1 с обеих сторон. После снятия сжимающих усилий они распрямляются, образуя единый каркас, обеспечивающий постоянное растягивающее усилие в магнитопроводе, имеющее величину порядка сотен грамм на квадратный миллиметр его сечения. Величина этого усилия при соблюдении указанных выше размеров каркаса практически не зависит от температуры окружающей среды и существенно ниже тех значений, при которых наблюдаются значительные изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью. Применение алюминиевых сплавов для кольцевых пружин обеспечивает требуемые механические характеристики и упрощает их изготовление. Приведенные выше оптимальные соотношения значений размеров распорных кольцевых пружин определены эмпирическим путем. В качестве примера реализации представлены основные параметры чувствительного элемента экспериментального образца датчика магнитных меток, опробованного на буровых установках г. Стрежевого Томской области:
Магнитопровод имеет 5 витков ленточного пермаллоя марки 79НМ шириной 10 мм и толщиной 50 мкм. При этом Dм 30 мм, b 3 мм, Dк 31,5 мм, g 3 мм. Кольцевые пружины выполнены из алюминиевого сплава САВ-2Т. Чувствительный элемент, являющийся частью устройства для считывания магнитных меток с геофизических кабелей, успешно прошел испытания в составе штатного оборудования буровых установок производственного объединения Томскнефтьгеофизика, г. Стрежевой, в климатических условиях севера при перепадах температур от -40 до +50oC (высокие температуры обусловлены периодическим обливанием датчика горячей водой для оттаивания обледеневших элементов буровых вышек).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4