Способ определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей
Владельцы патента RU 2592727:
Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" (RU)
Использование: для неразрушающего определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала. Сущность изобретения заключается в том, что при индуцировании магнитного поля индуктором 2 измеряют его магнитодвижущую силу с помощью датчика 6 и амплитуды магнитной индукции на противоположных концах магнитных полюсов индуктора Винд и в промежутке между ними Впов и определяют значение относительной магнитной проницаемости ферромагнитной детали с помощью соотношения: технический результат: повышение точности и быстродействия определения относительной магнитной проницаемости. 2 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники магнитных величин и может быть использовано для неразрушающего определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных их ферромагнитного материала.
Из уровня техники известен способ измерения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников, характеризующийся тем, что подключают генератор переменного тока к первичной обмотке понижающего трансформатора, определяют значение намагничивающего тока частотой f, измеряют падение напряжения на образцовом резисторе, включают во вторичную обмотку понижающего трансформатора через образцовый резистор исследуемый цилиндрический проводник радиуса r с удельной проводимостью σ, измеряют на середине проводника падение напряжения на участке длиной 1 м, рассчитывают его сопротивление Z и определяют магнитную проницаемость по соотношению (Патент RU 2255346, МПК G01R 33/12, 1988):
Недостаток известного способа состоит в том, что определение магнитной проницаемости требует реализации электрического контакта, жесткие требования к формфактору исследуемого образца и получение усредненного значения относительной магнитной проницаемости на всем исследуемом образце.
Наиболее близким к предлагаемому известным техническим решением в качестве прототипа является способ измерения магнитнойпроницаемости ферромагнитных материалов стержневых образцов, который характеризуется тем, что индуцируют в них магнитный поток, сформированный магнитодвижущей силой индуктора в виде соленоида, в рабочую полость которого помещают исследуемый образец, при этом управляют интенсивностью и конфигурацией магнитного поля путем воздействия на испытуемый образец переключением секций соленоида индуктора, определяют кажущуюся магнитную проницаемость и магнитную проницаемость с учетом относительной длины индуктора и его части (Патент RU 2022292, МПК G01R 33/12, 1988).
Недостаток прототипа заключается в том, что кажущаяся проницаемость зависит от формфактора исследуемого образца, необходимости помещения образца в рабочую полость индуктора, чувствительности баллистического метода измерений от электромагнитных и геометрических характеристик электромагнитной измерительной цепи, включающий сам образец.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности измерительных действий по неразрушающему определению относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала.
Технический результат изобретения состоит в том, что повышается точность и оперативность определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала.
Сущность изобретения заключается в том, что, кроме известного и общего существенного действия, характеризующегося тем, что индуцируют в ферромагнитных деталях магнитный поток, сформированный магнитодвижущей силой индуктора, в предлагаемом способе определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей располагают исследуемую деталь вне рабочей полости индуктора и производят измерения амплитуды магнитных индукций в выбранных зонах у полюсов намагничивания индуктора и в выбранных зонах между совокупностью полюсов с противоположной намагниченностью, соответствующей приложенной магнитодвижущей силе магнитного поля, и определяют относительную магнитную проницаемость из соотношения:
где K - градуировочный корреляционный коэффициент,
Винд - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне у полюса индуктора исходящего намагничивающего потока, Впов - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне между полюсами индуктора
Новизна изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе определения магнитной проницаемости ферромагнитных деталей располагают исследуемую деталь вне рабочей полости индуктора, измеряют амплитуды магнитных индукций в выбранных зонах у полюсов намагничивания и в выбранных зонах между совокупностью полюсов с противоположной намагниченностью, соответствующей приложенной магнитодвижущей силе магнитного поля, и определяют относительную магнитную проницаемость из соотношения:
где K - градуировочный корреляционный коэффициент, Винд - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне у полюса индуктора исходящего намагничивающего потока, Впов - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне между полюсами индуктора с противоположной намагниченностью, соответствующей приложенной магнитодвижущей силе индуктора, что обеспечивает повышение точности и оперативности определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала.
Функциональная схема устройства, реализующего в качестве примера предлагаемый способ определения относительной магнитной проницаемости, изображена на фиг. 1, электрическая схема примера технической реализации заявляемого способа представлена на фиг. 2. На фиг. 1 и 2 обозначено:
1 - объект измерения - ферромагнитная испытуемая деталь;
2 - магнитный индуктор;
3 - магнитопровод индуктора;
4 - датчик магнитной индукции в выбранной зоне у полюса индуктора исходящего намагничивающего потока;
5 - датчик магнитной индукции в выбранной зоне между полюсами индуктора с противоположной намагниченностью;
6 - датчик намагничивающей (магнитодвижущей) силы;
7 - силовые линии магнитного поля индуктора, формирующие магнитный поток;
8 - контроллер;
9 - персональная ЭВМ;
10 - источник электрической энергии;
11 - обмотки магнитного индуктора.
Устройство, реализующее предлагаемый способ определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей, работает следующим образом.
Источник электрической энергии 10 вырабатывает электрический ток, который протекает по обмоткам 11 магнитного индуктора 2 и формирует известным образом магнитное поле, часть силовых линий 7 которого изображена на фиг. 2 пунктирными линиями. Требуемую интенсивность и динамику сформированного магнитного поля получают путем управления силой протекающего по обмоткам 11 тока, что и обеспечивает возбуждение магнитодвижущей силы магнитного индуктора 2. В прототипе магнитодвижущую силу магнитного индуктора устанавливают путем изменения числа витков 11 на магнитопроводе 3, что не может обеспечить высокой точности и оперативности определения магнитной проницаемости испытуемой ферромагнитной детали 1 про причине того, что в составном сердечнике - внутри соленоида (3) и вне его (1) - содержатся магнитопроводы разных форм факторов, электромагнитных свойств и взаимного расположения магнитопроводов с учетом немагнитных зазоров между магнитопроводами. В предлагаемом способе определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей 1 возбуждение магнитодвижущей Fµ силы осуществляется автоматизировано с помощью контроллера 8, управляемого персональной ЭВМ 9, и датчика 6 магнитодвижущей силы, что выгодно отличает заявляемый способ в сравнении с прототипом по критерию точности и оперативности.
Далее, с помощью датчиков 4 и 5 магнитной индукции реализуются операции (действия) по измерению магнитной индукции у магнитных полюсов индуктора Винд и в промежутке между полюсами с противоположной намагниченностью Впов соответственно. Так как замеры магнитной индукции В производят при фиксированных значениях магнитодвижущей силы Fµ индуктора 2, то измерение магнитной индукции у магнитных полюсов индуктора Bинд и в промежутке между полюсами с противоположной намагниченностью Впов позволяет впервые оперативно и максимально точно определить относительную магнитную проницаемость измеряемого объекта 1 с помощью математического соотношения:
где K - градуировочный корреляционный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности расположения датчиков 4 и 5 магнитной индукции относительно магнитных полюсов намагничивающего индуктора 2, а также динамические параметры изменения магнитного поля и омическое сопротивление ферромагнитной измеряемой детали 1.
Известные в прототипе действия над материальными магнитными величинами при определении магнитной проницаемости материала основаны на измерении количества электричества (при кратковременном импульсе тока), пропорционального магнитной проницаемости. Значение измеренного количества электричества фиксируется по первому наибольшему отклонению (т.н. баллистическому отбросу) подвижной части (стрелки) измерительного прибора (баллистического гальванометра). Т.е. в прототипе кажущаяся импульсная магнитная проницаемость ставится в соответствии с динамическими параметрами электромагнитной цепи измерения, чувствительной как к формфактору образца, его расположению относительно соленоида индуктора, так и к электропроводности образца, что делает способ не универсальным к использованию и трудоемким.
Промышленная осуществимость изобретения обосновывается тем, что в нем использованы известные в аналоге и прототипе узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен в 2014 году действующий образец устройства, который реализует заявленный способ определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей.
Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что в силу того, что измеряют индукцию магнитного поля со стороны свободной поверхности исследуемого образца при выбранных параметрах тока возбуждения индуктора в зонах у намагничивающих полюсов и в выбранной зоне между разнополярными полюсами, достигается универсальность применения способа и обеспечивается расширение динамического диапазона определения относительной магнитной проницаемости с возможностью определения неоднородности проницаемости в локализованном месте детали в различных направлениях на поверхности, ориентированных по направлению поля индуктора, кроме того, отсутствие необходимости плотного контакта полюсов индуктора с поверхностью исследуемой детали обеспечивает повышение не менее чем на 15-20% оперативности определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала.
Способ определения относительной магнитной проницаемости ферромагнитных деталей, основанный на том, что индуцируют в ферромагнитных деталях магнитный поток, сформированный магнитодвижущей силой индуктора, отличающийся тем, что измеряют амплитуды магнитных индукций в выбранных зонах у полюсов намагничивания и в выбранных зонах между совокупностью полюсов с противоположной намагниченностью, соответствующей приложенной магнитодвижущей силе магнитного поля, и определяют относительную магнитную проницаемость из соотношения: 
, где K - градуировочный корреляционный коэффициент, Bинд - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне у полюса индуктора исходящего намагничивающего потока, Впов - значение индукции магнитного поля в выбранной зоне между полюсами индуктора.
