Трансформаторный мост для измерения магнитной проницаемости ферромагнитных сердечников

 

А йФГМ Т

Д) 48Î 984

О П И С

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.01.74 (21) 1983915/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.75. Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 04,12.75 (51) М. Кл. 6 01г 17/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.317.733.

025 (088 8) А0 делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Ф. Б. Гриневич, Е. А. Будницкая, В. П. Карпенко и Р. Д. Тучин (71) Заявитель (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ

СЕРДЕЧНИКОВ

Изобретение относится к области электротехнических измерений.

Известны трансформаторные мосты для измерения магнитной проницаемости ферромагн итных сердечников, содержащие .источник пипания, тра нсфор матор напряжен ия, ком паратор токов, образцовую меру, детектор равно ве1сия, служащие для измере ния инду ктивно,сти.

Существенным недостатком та ких мостов, с точки зрения специфики измерения параметро в ферромагнитных материалов, является трудоемкость определения магнитной,проницаемо сти и связанные с этим большие затраты времени.

Это вызвано тем, что определение магнитной проницаемости с применением из вестных мîcTQIBblx цепей осуществляется путем математической обработки результатов измерения индуктивносги обмотки исследуемого сердечника, для чего предварительно,при помощи измерительного инструмента (линейки или штангенциркуля) уста навли вают,геометричес кие размеры сердечнииа.

Очевидно, что таиие измерительные .цепи, требующие до полнительных вычислений, не могут обеспечить высокой про изводительности труда,при исследовании ферромагнитных материалов и контроле изделий из них, связанных с определением магнитной проницаемости.

Для повышения бьгстродействия процесса измерения за счет обеспечения прямого огсче5 та магнитной,прони цаемости и автоматического введения в измерительную цепь параметро|в, .пропорциональных геометрическим размерам исследуемого сердечника, предлагаемый трансформаторный измерительный

10 мост снабжен о перационным усил|ителем, включенным в одну из ветвей мостовой цепи, тремя регулируемыми элементами и тремя устройствами съема геомегрических размеров исследуемых ферромагнитов сердечников, 15 каждое из которых связано механически с соответствующим регулируемым элементом внешней ветви операционного усилителя.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого грансформаторного мо20 ста; на фиг. 2 — схема, поясняющая принцип съема и введения в измерительную цепь геометрических размеров исследуемых сердечников. трансформаторный мост работает следую25 щим образом.

При в ключен ии источника питания 1 в обмотках m> и m> трансформатора 2 на пряжений возникают напряжения, питающие обе ветвями моста. Токи, протекаюшие в ветви из80984

Согласно выражению (3) при определении магнитной про ницаемости необходимо измерять длину средней маьч1итной линии 1 и площадь поперечного сечения S.

5 Известно, что: (7) — "1 1ср где .0,р — средний диаметр сердечника.

Средний диаметр определяется из соотно10 шеи и я:

Оср— (8) где D u d — соответственно, внешний и в нут15 репний диаметры сердечника.

Внешний диаметр D можно представить как

D = d+2b, (9) 20 где b — ш ирина сердечника.

Тогда с учетом выражения (9) выражение (7) примет вид:

l = -(д+ b). (10) 25 Подставив дале выражение (10) в равен ство (4) и принимая во внимание, что S=b h, где h — высота сердечника, и полагая Р——

=,1, получи м:

ДР, (d + b) 10

R, . R" 1,256 b h

U„m1n1 U„m2n2R2R2

iI 1

m2j L» тМ 1Р1Ка

30 у 2 3 m1n1 у х О

m2 2 (2) Кз = —, буде м

1,256

Если удовлетворить иметь:

R2 (d + b) 108

Ra (12) (3) где p — магнитная проницаемость;

L, в — соответственно, индуктивность и количество витков обмотки сердечника;

l — длина средней магнитной линии сердечника;

S — площадь .попереч ного сечения сер- 45 дечника обеспечить равенство: 21 3 (4)

R R 1 256 цР $

3 50 то выражение (2) можно записать в следую.цем виде:

I 102 т 11

1,256 вг $ m2nг (5)

55 или иначе:

m2n2 (6) TaIKHM образом, при соблюдении угсло вия 60 (4) предла гаемый трансформаторный мост обеапечивает прямой отсчет по магнит ной проницаемости. Ура вновешиван ие измерительной цепи при этом осуществляется регулировкой витков обмотки mI. 65

3 меряемого объекта 3 и в ветви сравнения, образуют в компараторе TQIKoiв 4 магнитные потоки, результат сравнения которых воспринимается детекторо м равновесия 5. Напряжение, снимаемое с обмотки тг, под водится к ооразцовой мере б,посредством операционного усилителя 7. Элементы 8, 9, 10 внешней вет ви усилителя связаны, напр имер, механически с устройства ми съема 11, 12 и 13 геометрических размеров исследуемых сердечников. Благодаря такой связи выходное напряжение операционного усилителя 7 изменяется пропорционально значению геометрических размеров сердечников, а измерительная цепь прои этом дает, прямой отсчет магнитной проницаемо сти.

Это легко показать, если вывести условия равновесия с учетом передаточной функции о перационного усилителя 7. Для простоты вывода будем считать, что объект измерения имеет чисто индуктивный характер. Тогда сравнивая выражения для aMIIIep-IB HTKoB ветви измеряемого объекта и ветви сра в нения, т. е.: где U, — на пряжение источника питания 1; а — круговая частота, най дем, что:

Если с учетом выражения (2):

L l. 102

1,256.$ иг

Следовательно, для о пределения мапнитной проницаемости исследуемых сердечников в полне достаточно произ водить съем TalKHx размеро в, как (d+b), Ь и h.

Характер связи между элементами 8, 9, 10 и устройствами съема 11, 12, 13 размеров, обеспечивающий тождества

Р,(а+&), Ri=6, Лз — — й, может быть не толь ко механический, но; наи ри ме р, о птоэл ектронный. При этом в качеспве элементов Яг, RI и R> должны применяться фоторезисторы, а их освещенность должна изменяться пропорц ионально значениям (d+b), b u h.

В простейшем случае устройства съема геометрических разиеров могут предста влять собой обычные механичеокие рычаги, поступательное перемещение которых при помощи несложных известных передач превращаетсг во вращательное движение движков потен. циометров RI, R> и R>.

Налич ие не посредственной связи между элементами 8, 9, 10 внешней ветви о перационного усилителя и устройствами съема 11, 12 и 13 поз воляет вводить информацию î геометрических раз мерах исследуемых сердечников в измерительную цепь а втоматичесжи. Это

489984 алев

Фиг.1

Фиг.2

Составитель И. Бахтина

Техред А. Камышникова

Редактор С. Хейфиц

Корректор В. Брыксина

Заказ 2917712 Изд. № 1714 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совега Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 освобождает оператора от необходимости пользоваться измерительным инструментом и устраняет связанныс с этим затраты времени.

Отпадает необходимость и во вспомогательных вычислениях.

Предмет изобретения

Трансформаторный мост для измерения магнитной проницаемости ферромагнитных сердечни ко в, содержащий источник питания, трансформатор на пряжения, ком паратор токов, образцовую меру, детектор равновесия, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения быстродействия процесса измерения, он снабжен операционным усилителем, включен5 ным в одну из вет вей мостовой цепи, тремя регулируемыми элементами и тремя устройствами съема .геометрических размеров исследуемых ферромагнитов сердечников, каждое из которых связано механически с соответ10 ствующим регулируемым элементом внешней ветви операционного усилителя. ф !

I !

1 г 7