Устройство для определения содержания феррита в материале



Устройство для определения содержания феррита в материале
Устройство для определения содержания феррита в материале
Устройство для определения содержания феррита в материале
Устройство для определения содержания феррита в материале

 


Владельцы патента RU 2619310:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытаниям магнитных материалов, и может быть использовано для определения содержания феррита в материале, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых переходов. Устройство для определения содержания феррита в материале содержит корпус с углублением в верхней части, при этом двойные стенки корпуса снабжены каналами для прохода и патрубками для ввода и вывода охлаждающей жидкости. Патрубки через шланги соединены с термостатом. Внутри корпуса на противоположных стенках углубления закреплены два постоянных магнита, первые два противоположных полюса которых ориентированы навстречу друг другу, так что магнитные силовые линии, соединяющие их полюса, пересекают пространство внутри углубления. Другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности. Выводы катушки индуктивности соединены с первым разъемом в корпусе, к которому подключен первый регистратор ЭДС индукции. В углублении корпуса установлена тепловая камера. С наружной стороны корпуса внутри углубления установлена тепловая камера, соединенная с источником тока. Внутри корпуса расположен электродвигатель, на оси которого закреплен шток. Шток вставлен в тепловую камеру через боковые отверстия в стенке углубления корпуса и тепловой камеры. Шток предназначен для размещения испытуемого материала в объеме тепловой камеры и вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов, соединяющих их полюса. Измерительный спай термопары вставлен в объем тепловой камеры через второе боковое отверстие в ней так, что свободные концы термопары размещены внутри корпуса и соединены через второй электрический разъем в корпусе со вторым регистратором ЭДС. Техническим результатом является повышение точности определения температурных зависимостей степени ферритизации магнитных материалов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытаниям магнитных материалов, и может быть использовано для определения содержания феррита в материале, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых переходов.

Известно устройство для определения содержания феррита в материале (RU 2559323 C1, МПК7 G01N 27/72, опубл. 10.08.2015), содержащее два постоянных магнита, первые два противоположных полюса которых ориентированы навстречу друг другу и разделены воздушным промежутком, а другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности, подключенная к регистратору ЭДС индукции, шток для размещения испытуемого материала закреплен на оси электродвигателя для вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов, соединяющих их полюса. В воздушном промежутке между полюсами магнитов установлена тепловая камера, соединенная с источником тока, шток для размещения испытуемого материала размещен в объеме тепловой камеры через боковое отверстие в ее корпусе, измерительный спай термопары размещен внутри тепловой камеры через второе боковое отверстие в ее корпусе, второй регистратор ЭДС подключен к концам термопары.

Недостатком устройства является его низкая точность температурных измерений. В конструкции устройства температуру испытуемого материала определяют по измерениям термо-ЭДС термопары, расположенной внутри тепловой камеры. Из-за нагрева путем передачи тепла от тепловой камеры другим компонентам устройства, расположенным в непосредственной близости, происходит искажение сигнала ЭДС с катушки индуктивности вследствие нагрева самой катушки, магнитопровода и магнитов. Таким образом, с помощью этого устройства затруднительно корректно измерить температурные зависимости степени ферритизации материала. Вследствие чего практически становится невозможно проводить исследования магнитных фазовых переходов многокомпонентных магнитных материалов, в которых наблюдаются множественные магнитные переходы.

Задачей изобретения является повышение точности определения температурных зависимостей степени ферритизации магнитных материалов.

Устройство для определения содержания феррита в материале содержит так же, как в прототипе, два постоянных магнита, первые два противоположных полюса которых ориентированы навстречу друг другу, а другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности, подключенная к регистратору ЭДС индукции. Между полюсами магнитов расположена тепловая камера, соединенная с источником тока. Шток для размещения испытуемого материала вставлен в объем тепловой камеры через боковое отверстие и закреплен на оси электродвигателя для вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов, соединяющих их полюса. Измерительный спай термопары размещен внутри тепловой камеры через второе боковое отверстие в ее корпусе. Второй регистратор ЭДС подключен к концам термопары.

Согласно изобретению корпус устройства выполнен с углублением в верхней части, при этом двойные стенки корпуса снабжены каналами для прохода и патрубками для ввода и вывода охлаждающей жидкости, патрубки через шланги соединены с термостатом. Два постоянных магнита закреплены внутри корпуса на противоположных стенках углубления, так что магнитные силовые линии, соединяющие их полюса, пересекают пространство внутри углубления. Выводы катушки индуктивности соединены с первым разъемом в корпусе, к которому подключен первый регистратор ЭДС индукции. В углублении корпуса установлена тепловая камера. Внутри корпуса расположен электродвигатель, на оси которого закреплен шток, вставленный в тепловую камеру через боковые отверстия в стенке углубления корпуса и тепловой камеры. Измерительный спай термопары вставлен в объем тепловой камеры через второе боковое отверстие в ней так, что свободные концы термопары размещены внутри корпуса и соединены через второй электрический разъем в корпусе со вторым регистратором ЭДС.

Шток может быть снабжен капсулой из немагнитного материала для размещения в ней испытуемого порошкового материала.

Предложенное выполнение корпуса устройства позволяет защитить все узлы устройства от нагрева тепловой камерой и поддерживать их температуру на постоянном уровне. Это повышает точность измерений температуры испытуемого материала и исключает зависимость ЭДС индукции катушки индуктивности от температуры окружающих объектов и, как следствие, позволяет измерять с высокой достоверностью температурные зависимости степени ферритизации материалов, что дает возможность с высоким разрешением определять по ним температуры магнитных фазовых переходов многокомпонентных магнитных материалов.

На фиг. 1 показана схема устройства для определения содержания феррита в материале.

На фиг. 2 приведена зависимость величины сигнала ЭДС индукции U от температуры испытуемого материала, измеренная с помощью устройства-прототипа.

На фиг. 3 приведена зависимость величины сигнала ЭДС индукции U от температуры испытуемого материала, измеренная на предлагаемом устройстве.

Устройство для определения содержания феррита в материале содержит корпус 1, который выполнен с углублением в верхней части (фиг. 1). Двойные стенки корпуса 1 снабжены каналами для прохода и патрубками для ввода и вывода охлаждающей жидкости. Патрубки через шланги соединены с термостатом (на фиг. 1 не показано).

Два постоянных магнита 2 закреплены внутри корпуса 1 на противоположных стенках углубления. Два противоположных полюса постоянных магнитов 2 ориентированы навстречу друг другу так, что магнитные силовые линии, соединяющие их полюса, пересекают пространство внутри углубления. Другие два противоположных полюса постоянных магнитов 2 соединены С-образным магнитопроводом 3. На С-образный магнитопровод 3 намотана катушка индуктивности 4, к выводам которой через первый разъем в корпусе 1 подключен первый регистратор ЭДС индукции 5.

В углублении корпуса 1 установлена тепловая камера 6, которая соединена с источником тока (на фиг. 1 не показан).

Внутри корпуса 1 расположен электродвигатель 7, на оси которого закреплен шток 8, вставленный в тепловую камеру 6 через боковые отверстия в стенке углубления корпуса 1 и тепловой камеры 6. На конце штока 8, расположенном в объеме тепловой камеры 6, закреплен монолитный испытуемый материал или закреплена капсула 9 из немагнитного материала с испытуемым порошкообразным материалом. Измерительный спай термопары 10 вставлен в объем тепловой камеры 6 через второе боковое отверстие в ней и второе боковое отверстие в стенке углубления корпуса 1 так, что свободные концы термопары 10 размещены внутри корпуса 1 и соединены через второй электрический разъем в корпусе 1 с вторым регистратором ЭДС 11.

Корпус 1 выполнен из нержавеющей немагнитной стали. Постоянные магниты 2 представляют собой параллелепипеды из самарий-кобальтовой магнитной керамики. С-образный магнитопровод 3 изготовлен из феррита марки 3 СЧ19. Катушка индуктивности 4 намотана проводом марки ПЭЛШО сечением 0,2 мм с количеством витков 3000. Первый регистратор ЭДС индукции 5 представляет собой вольтметр переменного тока с пределами измерений (0,1-100) В. Тепловая камера 6 представляет собой печь сопротивления, все детали которой выполнены из немагнитного материала. Шток 8 выполнен из немагнитной нержавеющей стали. Электродвигатель 7 представляет собой стандартный электродвигатель постоянного или переменного тока, обеспечивающий стабильную фиксированную частоту вращения в пределах (100-1000) об/мин. Первый и второй электроды термопары 10 выполнены соответственно из хромелевой и алюмелевой проволоки. В качестве регистратора ЭДС 11 термопары 10 может быть использован, например, электроизмерительный прибор В7-16А. В качестве термостата может быть использован жидкостной циркуляционный термостат с охлаждением Portlab NC-12D.

Устройство работает следующим образом. Стабилизируют на заданном уровне температуру корпуса 1 и всех узлов устройства, находящихся внутри корпуса 1, посредством непрерывной циркуляции при помощи внутреннего компрессора термостата воды, поступающей из термостата, через каналы между двойными стенками корпуса 1. Капсулу 9 с испытуемым материалом перемещают в объеме тепловой камеры 6 с заданной частотой путем вращения штока 8 с помощью электродвигателя 7 с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов 2. Во время перемещения капсулы 9 с испытуемым материалом в объеме тепловой камеры 6, расположенной в выемке корпуса 1 и между полюсами магнитов 2, происходит намагничивание испытуемого материала, что приводит к изменению магнитной проницаемости промежутка между магнитами 2. В результате происходит изменение величины магнитного потока в С-образном магнитопроводе 3. В свою очередь, изменение магнитного потока приводит к возникновению ЭДС на катушке индуктивности 4, величина которой пропорциональна содержанию феррита в испытуемом материале. Первый регистратор ЭДС индукции 5 измеряет ЭДС, наведенную в катушке индуктивности 4. Одновременно с помощью тепловой камеры 6 проводят равномерный нагрев испытуемого материала до температуры, на 100-200°С превышающей температуру Кюри исследуемого материала, контролируя скорость нагрева и температуру по показаниям второго регистратора ЭДС 11 термопары 10, и с заданной периодичностью фиксируют по мере нагрева значения температуры нагрева испытуемого материала и соответствующие им величины ЭДС индукции катушки индуктивности 4. По показаниям второго регистратора ЭДС 11 осуществляют контроль температуры объема нагревательной камеры и используют данный сигнал для управления температурной программой нагрева испытуемого материала. При достижении температуры нагрева температуры Кюри в испытуемом материале происходит магнитный фазовый переход, что проявляется в резком уменьшении ЭДС индукции катушки индуктивности 4 вплоть до нулевого значения. Строят график зависимости ЭДС индукции катушки индуктивности 4 от температуры нагрева испытуемого материала. По месту положения на данном графике скачка ЭДС индукции катушки индуктивности 4 определяют соответствующую ему температуру нагрева испытуемого материала, которая численно совпадает с температурой Кюри.

Содержание феррита для исследуемого материала при комнатной температуре определяют по величине полученного сигнала ЭДС индукции катушки индуктивности 4 с использованием заранее снятой градуировочной зависимости, полученной по результатам измерений ЭДС индукции катушки индуктивности 4 для материалов с различным известным содержанием феррита.

С помощью предлагаемого устройства провели измерения зависимостей ЭДС индукции катушки 4 от температуры нагрева для смеси в равных весовых частях двух ферритовых материалов с известной величиной температуры Кюри, соответствующей магнитному фазовому переходу. В качестве первой компоненты смеси испытуемого материала использовали ферритовую керамику 3СЧ18 химического состава Li0,649Fe1,598Ti0,5Zn0,2Mn0,051О4, температура Кюри которой составляет 300°С (http://www.rusgates.ru/company/microwave_ferrits/poroperties_of_microwave_ferrits/). В качестве второй компоненты смеси испытуемого материала использовали пентаферрит лития, температура Кюри которого равна 667°С (http://cyberleninka.m/article/n/vliyanie-vklyucheniy-oksida-alyuminiya-na-magnitnyy-fezovyy-perehod-v-ferritovoy-keramike-3sch18). Полученные для смеси испытуемых материалов графики зависимостей ЭДС индукции U катушки индуктивности 4 от температуры нагрева, полученные с помощью устройства-прототипа и предлагаемого устройства, представлены на фиг. 2 и фиг. 3 соответственно. Определенные по месту положения резкого спада ЭДС индукции U значения температуры Кюри для феррита 3СЧ-18 и пентаферрита лития с помощью устройства-прототипа были равными 290±10°С и 665±3°С, а полученные с помощью предлагаемого устройства составили 299±2°C и 666±2°С. Таким образом, значения температур магнитных фазовых переходов, определенные с помощью предложенного устройства более точны и определены с меньшей погрешностью.

1. Устройство для определения содержания феррита в материале, содержащее два постоянных магнита, первые два противоположных полюса которых ориентированы навстречу друг другу, а другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности, подключенная к регистратору ЭДС индукции, между полюсами магнитов установлена тепловая камера, соединенная с источником тока, шток для размещения испытуемого материала вставлен в объем тепловой камеры через боковое отверстие и закреплен на оси электродвигателя для вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов, соединяющих их полюса, измерительный спай термопары размещен внутри тепловой камеры через второе боковое отверстие, к концам термопары подключен второй регистратор ЭДС, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен с углублением в верхней части, при этом двойные стенки корпуса снабжены каналами для прохода и патрубками для ввода и вывода охлаждающей жидкости, патрубки через шланги соединены с термостатом, два постоянных магнита закреплены внутри корпуса на противоположных стенках углубления, так что магнитные силовые линии, соединяющие их полюса, пересекают пространство внутри углубления, выводы катушки индуктивности соединены с первым разъемом в корпусе, к которому подключен первый регистратор ЭДС индукции, в углублении корпуса установлена тепловая камера, внутри корпуса расположен электродвигатель, на оси которого закреплен шток, вставленный в тепловую камеру через боковые отверстия в стенке углубления корпуса и тепловой камеры, измерительный спай термопары вставлен в объем тепловой камеры через второе боковое отверстие в ней так, что свободные концы термопары размещены внутри корпуса и соединены через второй электрический разъем в корпусе со вторым регистратором ЭДС.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шток может быть снабжен капсулой из немагнитного материала для размещения в ней испытуемого порошкового материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии литых заготовок из стали 110Г13Л и может быть использовано для определения качества заготовок из стали 110Г13Л, необходимого для работы изделий из них при ударном виде износа.

Использование: для обнаружения магнитных свойств магнитного материала, содержащегося в листе бумаги. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит магнитный модуль, который генерирует магнитное поле, перпендикулярное направлению транспортирования листа бумаги на пути транспортирования и параллельное поверхности транспортирования листа бумаги, причем интенсивность магнитного поля уменьшается по мере транспортирования листа бумаги в направлении транспортирования, а после достижения 0 (нуля) интенсивность магнитного поля увеличивается, при этом направление магнитного поля является противоположным направлением; и множество магнитных датчиков, расположенных в магнитном поле, генерируемом магнитным модулем в местах, в которых интенсивность магнитного поля взаимно отличается и которые обнаруживают магнитные свойства листа бумаги, транспортируемого по пути транспортирования, при этом магнитные свойства магнитного материала, содержащегося в листе бумаги, обнаруживаются на основе выходных сигналов указанного множества магнитных датчиков, получаемых при обнаружении магнитного материала.

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлов и сплавов, а именно к методам контроля фазового состава, и может быть использовано в металлургии, металлообработке, машиностроении, авиастроении для контроля качества продукции и стабильности технологических процессов.

Изобретение может быть использовано при контроле электропроводимости и коррелирующего с ней значения температуры внутренних слоев листа, например, из рафинированной меди - медной рубашки кристаллизатора путем измерения электропроводимости внутренних слоев меди.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля микроструктуры металлической мишени. Варианты реализации настоящего изобретения предоставляют электромагнитный датчик (400) для детектирования микроструктуры металлической мишени, содержащий магнитное устройство (410, 420) для предоставления возбуждающего магнитного поля, магнитометр (430) для детектирования результирующего магнитного поля, индуцированного в металлической мишени; и схему (450) калибровки для создания калибровочного магнитного поля для калибровки электромагнитного датчика.

Использование: для контроля стального листа. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для контроля стального листа содержит магнитооптический элемент, способный определять в качестве оптической характеристики структуру магнитных доменов стального листа, световой источник для облучения магнитооптического элемента линейно поляризованным светом, детектор для обнаружения линейно поляризованного света с плоскостью поляризации, вращающейся в соответствии со структурой магнитных доменов стального листа, которая передается магнитооптическому элементу, и механизм привода для приведения в действие по меньшей мере магнитооптического элемента таким образом, чтобы приводить в контакт стальной лист и магнитооптический элемент, а также отделять их друг от друга.

Изобретение относится к области диагностики технического состояния металлоконструкций, находящихся в рабочем состоянии. Сущность: на контролируемом участке образца (аналога) элемента (или на действующем элементе) при отсутствии внешней изгибающей силы и при приложении внешней изгибающей силы (в пределах упругих свойств элемента) каждый раз осуществляется намагничивание в целях создания симметричного магнитного поля относительно оси(осей) симметрии геометрической фигуры поперечного сечения элемента.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния нефте- газопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что магнитный дефектоскоп, на котором установлены на магнитах два пояса щеток из ферромагнитного материала, контактирующие с внутренней поверхностью трубопровода, между поясами щеток из ферромагнитного материала в виде кольца на износоустойчивых основаниях установлены блоки датчиков, состоящие из вихретоковых датчиков и датчика градиента постоянного магнитного поля, который в свою очередь состоит из двух магниточувствительных элементов, являющихся полупроводниковыми преобразователями магнитного поля, смещенных на некоторое расстояние друг относительно друга в направлении нормали к контролируемой поверхности, при этом расстояние значительно меньше протяженности помех, при этом применяется система из двух вихретоковых датчиков, плоскости которых перпендикулярны друг другу и направляющей контролируемого трубопровода, при этом применяется амплитудно-фазовая обработка диагностических данных.

Изобретение относится к области судостроения и касается способа определения места нахождения герметизированного отверстия при обрастании, заносе илом или обмерзании подводной части корпуса судна.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для определения содержания феррита в материале и может быть использовано для определения содержания феррита, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых переходов магнитных материалов.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для изучения процесса накопления магнитных наночастиц в заданном участке сосудистой системы под воздействием внешнего магнитного поля. Стенд для исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему содержит У-образную трубку, единичный конец которой расположен между магнитом и регистратором и соединен с накопительной емкостью, помпу, расходомер, а также датчик давления и элемент доставки наночастиц. Выход накопительной емкости соединен через помпу и расходомер с одним из раздвоенных концов У-образной трубки, образуя замкнутый контур, имитирующий систему кровообращения, причем упомянутый раздвоенный конец У-образной трубки соединен также с датчиком давления и элементом доставки наночастиц. Элемент доставки наночастиц по первому варианту представляет собой шприц, а по второму варианту представляет собой электромагнитный зонд, соединенный с источником питания. Группа изобретений обеспечивает возможность исследования процесса магнитоуправляемой доставки наночастиц в сосудистую систему. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх