Прибор для измерения кривой намагничивания ферромагнетика

Заявлен прибор для измерения кривой намагничивания ферромагнетика. Прибор содержит ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, катушку колебательного контура, датчик Холла. Кольцо помещено между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока. Катушка выполнена на ферромагнитном кольце и соединена с высокочастотным генератором. Датчик Холла помещен в магнитный зазор электромагнита. Высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля. Техническим результатом является повышение точности производимых измерений кривой намагничивания ферромагнетика в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля. 1 ил.

 

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова).

Известно, что ферромагнетик в отсутствие магнитного поля имеет начальную магнитную восприимчивость χ_НАЧ. По мере возрастания величины напряженности магнитного поля Н магнитная восприимчивость χ(Н) возрастает, доходит до максимума χ*, а затем вновь снижается, и в режиме парапроцесса (то есть при насыщении магнитной индукции) произведение χ(Н)*Н остается максимальным и практически постоянным, несмотря на дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля против величины Н_нас, определяющей насыщение намагничивания [1-3].

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является «Измеритель магнитной вязкости ферромагнетиков», известный из патента РФ №2357241 того же автора, опубликованного в бюллетене №15 от 27.05.2009. Этот измеритель содержит ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, частично помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока. На этом кольце размещена катушка колебательного контура, связанная с высокочастотным генератором. Для измерения напряженности магнитного поля, создаваемого между полюсами электромагнита, измеритель включает пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита. Кроме того, известное устройство также включает решающий процессор с индикатором.

Известное устройство решает задачу измерения магнитной вязкости ферромагнетика, но не может производить измерение его магнитной восприимчивости в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля Н. К недостатку устройства-прототипа следует отнести то, что в магнитное поле электромагнита помещена только часть ферромагнитного кольца, что снижает достоверность измерения зависимости χ(Н).

Целью изобретения является повышение точности производимых измерений кривой намагничивания ферромагнетика в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля.

Указанная цель достигается в приборе для измерения кривой намагничивания ферромагнетика, содержащем ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока, катушку колебательного контура, выполненную на ферромагнитном кольце и соединенную с высокочастотным генератором, пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита, а также решающий процессор с индикатором, отличающемся тем, что высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, пленочный датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля, а выходы измерителя частоты и измерителя напряженности магнитного поля включены соответственно к первому и второму информационным входам решающего процессора с индикатором.

Достижение поставленной цели объясняется зависимостью частоты генерируемых высокочастотным генератором колебаний от индуктивности катушки колебательного контура, намотанной на ферромагнитном кольце из исследуемого ферромагнетика, а индуктивность прямо пропорциональна измеряемой величине магнитной восприимчивости χ(Н).

Изобретение понятно из представленного рисунка.

Прибор содержит:

1 - ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика,

2 - электромагнит (с северным N и южным S полюсами),

3 - обмотка электромагнита,

4 - регулируемый источник постоянного тока,

5 - пленочный датчик Холла,

6 - катушка, намотанная на ферромагнитном кольце 1,

7 - конденсатор колебательного контура,

8 - высокочастотный генератор,

9 - измеритель частоты,

10 - измеритель напряженности магнитного поля,

11 - решающий процессор с индикатором.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

На ферромагнитном кольце 1 из исследуемого ферромагнетика выполнена катушка 6 индуктивности колебательного контура с параллельно включенным к ней конденсатором 7, входящими в состав высокочастотного генератора 8, частота f колебаний которого определяется формулой f=1/2π(LC)^1/2, где L - индуктивность катушки 6 колебательного контура, C - емкость конденсатора 7. Величина индуктивности катушки 6, намотанной на ферромагнитном кольце 1, как известно, определяется формулой L=[χ(H)+1]*L_O, где L_O - индуктивность этой катушки той же геометрии и числом витков, но без ферромагнитного сердечника, то есть при χ→0. Значение χ(H)+1=µ - это относительная магнитная проницаемость ферромагнитной среды катушки индуктивности 6. Следовательно, частота возбуждаемых в высокочастотном генераторе 8 колебаний f с достаточно высокой точностью обратно пропорциональна корню квадратному из значения магнитной восприимчивости χ(H), то есть f~1/[χ(H)+1]^1/2 или, что то же, χ(H)=(1/4π²f²L_OC)-1 - функция от f^-2.

Ферромагнитное кольцо 1 с катушкой 6 полностью помещены в магнитном зазоре электромагнита 2 с его обмоткой 3 подмагничивания, которая соединена с регулируемым источником постоянного тока 4, и последний позволяет плавно изменять напряженность магнитного поля Н в магнитном зазоре электромагнита (это поле указано стрелками на рисунке), воздействуя на значение магнитной восприимчивости ферромагнетика кольца 1 в диапазоне 0≤H<H_MAX, где значение H_MAX>>H_HAC. При этом считается, что в диапазоне H_НАС≤H≤H_МАХ, как известно, произведение в парапроцессе χ(H)*H=const.

По измеренным значениям частоты f в измерителе частоты 9 и напряженности магнитного поля H в измерителе 10, связанном с пленочным датчиком Холла 5 (схема возбуждения датчика не показана на рисунке), поступающим на первый и второй информационные входы решающего процессора с индикатором 11, рассчитывается кривая намагничивания J(H)=µ_Oχ(H)·Н или кривая магнитной восприимчивости χ(H) исследуемого ферромагнетика - зависимость его магнитной восприимчивости от величины действующего в нем постоянного магнитного поля. Эти данные накапливаются в запоминающем устройстве и воспроизводятся на индикаторе в виде соответствующей кривой, называемой кривой Столетова.

Литература

1. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986.

2. Вонсовский С.В. Магнетизм, М., 1971.

3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 2 изд., М., 1982.

Прибор для измерения кривой намагничивания ферромагнетика, содержащий ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока, катушку колебательного контура, выполненную на ферромагнитном кольце и соединенную с высокочастотным генератором, пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита, а также решающий процессор с индикатором, отличающийся тем, что высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, пленочный датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля, а выходы измерителя частоты и измерителя напряженности магнитного поля включены соответственно к первому и второму информационным входам решающего процессора с индикатором.