Передвижное магнитное устройство
Владельцы патента RU 2350976:
Государственное учреждение Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть использовано для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий. Передвижное магнитное устройство (ПМУ) содержит корпус и намагничивающий элемент. Согласно изобретению намагничивающий элемент выполнен с возможностью вращения относительно корпуса. Кроме того, намагничивающий элемент выполнен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. Намагничивающий элемент может быть выполнен в виде постоянного магнита в форме прямоугольного параллелепипеда с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, а устройство дополнительно снабжено механизмом вращения в виде шагового электродвигателя, причем электромагнитные элементы последнего выполнены взаимодействующими с постоянным магнитом. Намагничивающий элемент может быть выполнен с возможностью фиксации в заданном положении относительно корпуса. Технический результат: повышение точности определения магнитных параметров материала ферромагнитных изделий при их контроле с помощью ПМУ и расширение функциональных возможностей устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применено для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий, а также для получения их размагниченного состояния.
Известны приставные (накладные) магнитные устройства для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров [1]. Они содержат разомкнутый П- или С-образный магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленной на нем катушкой (обмоткой), соединенной с источником питания, и преобразователь (измеритель) магнитного поля, соединенный с источником возбуждения и преобразования сигнала. При определении коэрцитивной силы устройство (датчик) устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого производится отсчет тока размагничивания, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является передвижное магнитное устройство (ПМУ) в составе аппаратуры для определения напряженно-деформированного состояния ферромагнитных изделий [2]. ПМУ содержит намагничивающий элемент в виде электромагнита с Ш-образным сердечником, соединенного с источником питания. При контроле в электромагнит подается ток от источника питания, ПМУ перемещается по поверхности изделия в заданном направлении, после чего производится измерение параметров остаточного магнитного поля намагниченного участка изделия, по которым определяют напряженно-деформированное состояние последнего.
Известные устройства обладают следующими недостатками: наличие погрешности измерения на магнитных материалах, находящихся в термически размагниченном состоянии, обусловленной отсутствием аккомодации материала из-за недостаточного числа циклов его перемагничивания (неустоявшейся петлей магнитного гистерезиса материала); низкая точность измерения магнитных параметров материала изделия из-за неконтролируемого состояния магнетика в зоне контроля, обусловленного предыдущими намагничиваниями контролируемых участков; наличие нежелательной или недопустимой для последующей эксплуатации изделия остаточной намагниченности в нем после проведения контроля.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности определения магнитных параметров материала ферромагнитных изделий при их контроле с использованием ПМУ и расширение функциональных возможностей устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что передвижное магнитное устройство, содержащее корпус и намагничивающий элемент, согласно изобретению дополнительно снабжено механизмом вращения намагничивающего элемента, намагничивающий элемент выполнен в виде постоянного магнита с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, а механизм вращения магнита выполнен в виде шагового электродвигателя. Кроме того, электромагнитные элементы шагового электродвигателя выполнены взаимодействующими с постоянным магнитом.
Выполнение намагничивающего элемента с возможностью вращения относительно корпуса позволяет создавать в контролируемом участке изделия (полосе перемагничивания) знакопеременное магнитное поле, плавно убывающее до нуля по мере перемещения ПМУ от начала до конца участка. В результате производится динамическое размагничивание материала изделия (магнитная подготовка, тренировка материалов, находящихся в термически размагниченном состоянии), которое создает условия для повышения точности определения магнитных параметров участка изделия при последующем контроле. Кроме того, в изделии, при необходимости, достигается нулевая остаточная намагниченность, требуемая условиями его эксплуатации.
Выполнение намагничивающего элемента с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, обеспечивает получение максимального значения намагничивающего поля в зоне контроля независимо от угла поворота элемента, а выполнение последнего в виде постоянного магнита с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, обеспечивает энергонезависимость (в отличие от электромагнитов) намагничивающего элемента.
Применение для вращения постоянного магнита шагового электродвигателя дает возможность автоматизировать процесс вращения магнита и регулировать скорость вращения в зависимости от скорости перемещения ПМУ по контролируемому изделию и габаритов последнего (учет вихревых токов при перемагничивании магнетика). Выполнение электромагнитных элементов шагового двигателя взаимодействующими с постоянным магнитом позволяет упростить устройство за счет упрощения конструкции двигателя (совмещение функций ротора двигателя с поворотным постоянным магнитом ПМУ).
Часть существенных отличительных от прототипа признаков предлагаемого изобретения известна из уровня техники. Так, известно устройство по патенту Японии [3], содержащее намагничивающий элемент в виде постоянного магнита с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, выполненного с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. В качестве механизма вращения магнита использован электродвигатель постоянного тока. Однако данное устройство не является передвижным, а вращающийся с помощью электродвигателя постоянный магнит предназначен для создания переменного магнитного поля в межполюсном пространстве стационарного П-образного магнитопровода с целью получения полезного сигнала в катушке, помещенной над контролируемым изделием между полюсами магнитопровода. В предлагаемом же техническом решении указанная совокупность признаков (намагничивающий элемент выполнен в виде постоянного магнита с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства) в сочетании с передвижением устройства вдоль поверхности изделия позволяет получать в контролируемой зоне изделия размагниченное состояние, т.е. обеспечивает магнитному устройству новые свойства.
Другие существенные отличительные от прототипа признаки нами не обнаружены из уровня техники, поэтому считаем, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».
Передвижное магнитное устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показано положение постоянного магнита, намагниченность которого параллельна рабочей поверхности устройства, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности ПМУ; на фиг.2 - схема расположения электромагнитных элементов (катушек) шагового электродвигателя относительно поворотного (вращающегося) постоянного магнита.
Передвижное магнитное устройство состоит из корпуса (не показан) и намагничивающего элемента, выполненного с возможностью вращения относительно корпуса и воздействующего на контролируемое изделие 1 (фиг.1). Намагничивающий элемент выполнен в виде постоянного магнита 2 (фиг.1, 2) с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности ПМУ, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной его рабочей поверхности. Устройство снабжено механизмом поворота (вращения) намагничивающего элемента в виде шагового электродвигателя (на фиг.1 не показан). При этом электромагнитные элементы (например, катушки) 3 шагового электродвигателя могут быть выполнены взаимодействующими с постоянным магнитом 2 (фиг.2).
Передвижное магнитное устройство работает следующим образом. После установки ПМУ на контролируемое изделие 1 (фиг.1) намагничивающий элемент в виде постоянного магнита 2 (фиг.1, 2) приводится во вращение с помощью шагового электродвигателя (направление вращения может быть любое, на фигурах оно показано стрелками). Далее ПМУ перемещается по поверхности изделия в заданном направлении от начального участка к конечному. При этом материал участка, находящегося в данный момент непосредственно под ПМУ, намагничивается до технического насыщения, а по мере удаления от него ПМУ продолжает перемагничиваться по частным петлям гистерезиса с уменьшающимся до нуля магнитным полем. Аналогичный процесс перемагничивания происходит на конечном участке контроля, когда ПМУ плавно удаляется с поверхности изделия. После удаления ПМУ от поверхности изделия вращение его намагничивающего элемента прекращают.
При выполнении электромагнитных элементов, например катушек, 3 (фиг.2) шагового электродвигателя взаимодействующими с постоянным магнитом 2 вращение (поворот) последнего осуществляется путем последовательной подачи в равномерно расположенные по окружности вокруг магнита катушки импульсов тока от источника (на фиг.2 не показан). При этом образуется вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом, приводя его во вращение.
Источники информации
1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.
2. Большаков В.Н., Горбаш В.Г. Способ измерения импульсных механических напряжений. Авт. свид. СССР №1081444. - Бюл. изобр., 1984, №11 (прототип).
3. Описание патента JP 9304345 А, 28.11.1997.
1. Передвижное магнитное устройство, содержащее корпус и намагничивающий элемент, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено механизмом вращения намагничивающего элемента, намагничивающий элемент выполнен в виде постоянного магнита с намагниченностью, параллельной рабочей поверхности устройства, и установлен в корпусе с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, а механизм вращения магнита выполнен в виде шагового электродвигателя.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электромагнитные элементы шагового электродвигателя выполнены взаимодействующими с постоянным магнитом.
