Осциллографический феррометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (") 512637 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено11.12.72 (21) 1852582/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано05.10.76.Бюллетень N 37 (45) Дата опубликования описания 29.12.76 (51) M. Кл 01 К 33/12

Госуде рстве нный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.317..44 (088.8) В.М. Могилевский, В.П. Екимов и Э. А. Абросимов изобретения (71) 3

Институт физики им. Л.В. Киренского и Новосибирский государственный

Заявители ордена "Знак Почета" завод точного машиностроения (54) ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ФЕРРОМЕТР

Изобретение относится к технике быстрых магнитных измерений стержневых образцов и изделий из ферромагнитных материалов в сильных переменных магнитных полях. 5

Известны осциллографические феррометры, в которых однородное намагничивающее поле создается намагничивающим устройством, выполненным в виде понижающего трансформатора с П-образной одновитковой вто- 10 ричной обмоткой, соединенной с однослойным эллипсоидальным соленоидом с постоянным шагом витков по образующей, в котором размещены измерительная и компенсационная катушки, а коаксиально тоководу 15 вторичной обмотки установлен датчик поля с многожильной жгутовой делительной обмоткой.

Однако для таких феррометров характерны однородность поля, недостаточная для 20 аттестации намагничивающего устройства абсолютным методом вынужденной ядерной прецессии, значительная индуктивность рассеяния, сужающая частотный диапазон и вносящая дополнительные погрешности ком- 25 пенсации измерительной катушки, частотные погрешности индуктивного датчика-делителя сигнала поля, связанные с неидентичностью емкостей между жилами жгутовой делительной обмотки.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение частотного диапазона.

Это достигается тем, что в предлагаемом осциллографическом феррометре эллипсоидальный соленоид выполнен с коэффициентом сжатия К = 0,6179 и относительным радиусом рабочего отверстия и IL,=0,4423, а вторичная обмотка понижающего трансформатора выполнена в виде охватывающего трансформатор незамкнутого объемного витка кольцевой формы, соединенного последовательно с первичной обмоткой трансформаторного датчика поля, также выполненной в виде объемного витка, охватывающего сердечник датчика, по периметру которого центрально-симметрично расположены бинарные элементы делительной обмотки и компенсационная обмотка, причем бинарные элемен— ты своими отводами присоединены к пере12637

5 хлючателю, расположенному на внешней сто роне первичной обмотки датчика.

На чертеже показана функциональная схе-ма предлагаемого осциллографического феррометра.

В намагничивающем устройстве источник однородного магнитного поля выполнен в ви де однослойного эллипсоидального соленоида 1, намотанного трубчатым проводником с постоянным шагом витков IIC образующей и включенного во вторичную обмотку тороидального трансформатора 2, первичная обмотка 3 которого присоединена к источнику тока. Образующая эллипсоида вращения, проходящая через центры поперечных сечений обмотки, имеет относительный радиус рабочего отверстия Кь Ь = 0,4423 и I c эффициент сжатия К =О, 6 1 7 9,. Or;.; и -:-. а: — c " мотка выполнена в виде объемного в:.:т.;,а, охватывающего трансформатор, о тоит из цилиндрического корпуса 4 с тр :.:чат-;й:,.одяной рубашкой 5 и верхней . пк. ..;-, †." ",. — .::L.ками 6 и 7 с кольцевыми га ам: 8 дения, соединенными с водян;.й руба ..: .о";. штуцерами 9. Полый централь ц»й стержень вторичной обмотки 10 соединен на кельн=-вой врезке с первичной обмоткой 1 1 датчика 12 поля и тоководом 1 3 -.-.,еноида., От крышек центральный стержень электри— чески изолирован кольцевыми втулка.":,и 3 4.

Первичная обмотка датчикc поля соединена с нижней крышкой. Тоководы соленоида„ соединяющие соленоид с централь;;:м - -epmнем и верхней крышкой, имеют каналы для охлаждающей жидкости, соедини-ош.:, .:: . сле-. довательно с водяной рубашкой и:.аз;,ми в верхней и нижней крышках.

Датчик поля — делитель представляет с<= бой трансформатор с первичной обмоткой в виде объемного витка, охватывающего немагнитный тородиальный сердечнп;.. с целительной вторичной обмоткой, p c:;::овл н с.

ro коаксиально центральному стержню так, что его первичная обмотка соединяется последовательно с объемным витком — вторичной обмоткой трансформатора. Делительная обмотка с коэффициентом деления 1:Il. cocrc ит изп, бинарных элементов, выполненных в виде двух спирально свитых проводников, соединенных согласно- последовательно.

Бинарные элементы располагаются центрально-симметрично по периметру сердечника и соединяются согласно-последовательно-параллельно так, что средняя точка и конец каждого элемента соединены соответственно с началом и со средней точкой следующего элемента, а отводы присоединены к центрально-симметричному переключателю со скользящим контактом 15, например галетному, через отверстия 16 в первичной обмотке датчика, расположенные над отводами, при6

И

ll5 :а

25 ф4 чем переключатель установлен непосредственно на первичной обмотке датчика. На сердечнике же датчика размещена компенсационная обмотка 17, экранируемая первичной обмоткой от внешних полей, в том числе ot поля рассеяния образца, Компенсационная обмотка включена параллельно с регулирую.цими сопротивлениями, скользящие контакты которых соединены встречнс -последовательно с измерительной катушкой 18, ориентированной коаксиально намагничивающему полю, Измерительная катушка присоединена к входу линейного предусилителя 19, выход которого с помощью двухпозиционного переключателя 20 подключается к входу электронного переключателя 21 или к одному из входов д- 1ферэн..-..ального усилителя 22. K другому в" o=., э;.ектронного комму-татора посредство л переключателя присоединяется запомингюц,ее устрсйст о, Выход электронного коммутатор-; псдклочe.I к входу интегp;ITo-J —;,5., .- :.хс:; которого сь;- .зан с калибp- .Coco.. 4:"авала 1 и входом фазокор ректора 25. Выход фазокорректора присое— динен к вертика .ьному входу осциллографическoro слака 26.

Запоминающее устройство содержит двухдорожечный магнитный барабан на воздушной смазке 27, фиксируемый в двух акси, Г альных положениях 1 и посредством поступательно перемещающейся кулисы 28, связанной с гибким валом 29 барабана.

Вал телескопической муфтой 30 соединен с синхронным электродвигателем 31, на кор пусе которого коаксиально валу установлена червячная пара 32, В ксрпусе ":,а-;;итного барабана 33 диаметрально противоположно установлены кольцевые воспроизводящие головки 34, причем расстояние между поверхностью барабана и раоочим зазором головок лежит в зоне линейного убывания остаточного потока записи.

Одна из головок 34 присоединена через фазосдвигающие устройства 35 и 36 z первым входам сумматора 37 и вычитающего устройства 38, а другая — через регулятор

39 уровня — к вторым входам сумматора и вычитающего устройства, На выходе вычитающего устройства включен нуль — индикатор 40, а выход сумматора с помощью переключателя 41 подключен к вертикальному входу осциллографического блока или к переключателю, контакты которого присоедине. ны к входу электронного переключателя и дифференциального усилителя. Выход переключателя датчика — делителя поля присоединен к входу интегратора канала Н, включающего калибратор и фазокорректор, apIxop которого присоединен к горизонтальному входу осциллографического блока.

Феррометр работает следующим образом

Аксиальная компонента магнитного поля на оси выражается в виде

2.

4 Sin Ч н = 2.3 ) ) P,(cos

p — полиномы Лежандра;

P — радиус — вектор элементарного о контура.

Разложением в ряд Маклорена со степеням и )(безразмерной функции6 г и

Х iv X

6 = 4(o)+g" (0) — + (0)— и решением на ЭБВМ системы уравнений

6 (х=о,к, В„/L)

С,"(х =о, к, в„/1 ) где К вЂ” коэффициент сжатия образуюшей; (L, — относительный радиус рабочего

L отверстия (4 = 1 ), найдены значения

К = 0,6179 и В, / L = 0,4423, при кситорых коэффициенты при х и X обра2. шают в нуль с точностью до шестого десятичного знака (при значениях Р =0,617908 и R / L, = 0,442305 эти коэффициенты обращаются в 0 с точностью до восьмого десятичного знака) .

Предлагаемый осциллографический феррометр обеспечивает однородность, лучшую чем у известных, и в области, достаточной для размещения ампулы устройства ЯМР

Выполнение вторичной обмотки намагничивающего устройства в виде объемного витка, охватывающего понижающий трансформатор, приводит к резкому снижению индуктивности рассеяния и тем самым увеличению магнитного к.п.д, и частотного диапазона.

Кроме того, существенно снижается погрешность, вносимая наводками от полей рассеяния в измерительной и компенсационной катушках намагниченности J . Экранирование первичной обмоткой трансформаторного датчика, выполненной в форме обьемного витка, делительной обмотки датчика в сочетании с симметрированием этой обмот ки путем расположения бинарных элементов центрально-симметрично по периметру сердечника и индуктивно- гальванической связи между ними, а также малые наводки в отводах, обеспечивают существенное расширение частотного диапазона.

Запоминающее устройство в канале Э работает следующим образом.

На двухдорожном магнитном барабане записывается сигнал J (г ) нормального

12637

Формула изобретения

Осциллографический феррометр, содержащий намагничивающее устройство в виде понижающего трансформатора с одновитксвой вторичной обмоткой, соединенной с однослойным эллипсоидальным соленоидом с постоянным шагом витков по образующей, каналы намагниченности 3 и поля с измерительной и компенсационной катушками, запоминающим устройством сигнала с/.//dt эталонного образца, трансформаторным датчиком поля с делительной вторичной обмоткой, фазокорректорами, интеграторами, калибраторами и осциллографический блок, о т личающийся тем, что, сцелью повышения точности измерений и расшире— ния частотного диапазона, эллипсоидальный соленоид выполнен с коэффициентом сжатия

К = 0,6179 и относительным радиусом рабочего отверстия Й, / /- = 0,4423, а вторичная обмотка понижающего трансформатора выполнена в виде охватывающего трансформатор незамкнутого обьемного витка кольцевой формы, соединенного последовательно с первичной обмоткой трансформаторного датчика поля, также выполненной в виде объемного витка, охватывающего сердечник датчика, по периметру которого центрально-симметрично расположены бинарные элементы делительной обмотки и компенсационная обмотка, причем бинарные элементы своими отводами присоединены к переключателю, расположенному на внешней стороне первичной обмотки датчика.

6 образца и тактовый сигнал синусоидальной формы. Перед измерением симме1рируются сигналы головок при воспроизведении тактового сигнала посредством регулятора уровня и нуль — индикатора, после чего барабан переводится в положение 1 считывания сигнала 3 (). Сумматор осуществляет сложение сигналов; головок, причем равные по величине и противоположные по знаку отклОнения мгновенных значений сигналов голо— вок взаимно компенсируются, а суммарный сигнал, скорректированный по фазе поворотом двигателя барабана вокруг оси посредством червячной пары, поступает одновременно с сигналом измерительной катушки на электронный коммутатор или дифференциальный усилитель, в результате чего на экране электронно- лучевой трубки индицируются совмещенные петли перемагничивания испытуемого 3 (Н) и эталлоного образца J > (Н ) или их разностная петля (- з ) = f(H). и 3

512637

Составитель И. Ардашева

Техред Л. Демьянова Корректор В. Куприянов

Редактор Т. Рыбакова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5395/164 Тираж 1029 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5