Устройство для определения статическихмагнитных характеристик ферромагнит-ных материалов

 

Союз Советских

Социвлистичесмих

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ

<о800920 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)м. к„. (22) Заявлено 230379 (21) 2740556/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

G 01 R 33/14

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 3001.81. Бюллетень 89 4

Дата опубликования описания 300 1.81 (53) УДК621 317 . 44 (088. 8) (72) Авторы изобретения

С.А.Зубко, Н.К.Трусов и Л.Г.Дмитрович

Отдел физики неразрушающего контроля АН Белорусскот фСР (71) Заявитель (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ

МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ

МАТЕРИАЛО

Изобретение относится к магните метрии, в частности, к испытаниям ферромагнитных материалов и измерению их статических магнитных хаа рактеристик на стержневых образцах, намагничиваемых в разомкнутой магнитной цепи, и может быть использовано для записи петли. магнитного гистерезиса на двухкоординатном Графопостроителе.

Известно устройство для испытания ферромагнитных материалов при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи, представляющее из себя вибрационный магнитометр, позволяющий измерять намагниченность (магнитный момент) шарообразных ферромагнитных образцов. Напряженность намагничивающего поля электромагнита измеряется измерительным генератором (1) .

Недостатком устройства является то, что получение статических магнитных характеристик вещества из измеренных характеристик образца связано с ручной операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависящим от величины намагничен.ности. Использование такой методикь и применение для измерения шарообразных образцов при удовлетворительной точности ограничивает измерения только магнитожесткими материалами.

Известно устройство для получения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов.

Устройство предназначено для измерения статических магнитных характеристик (петли магнитного гистерезиса, начальной кривой намагничивания) ферромагнитных материалов на

1з эллипсоидальных образцах одного типоразмера при намагничивании в соле. ноиде; В нем операция пересчета напряженности внешнего намагничивающего поля на напряженность внутрен20 него намагничивающего поля (сдвиг

Релея) автоматизирована,что позволяет на регистрирующем приборе сразу получать петлю магнитного гисте, резиса ферромагнитного материала, а не образца. Устройство содержит намагничивающую катушку-соленоид, внутри которой заключен исследуемый образец в виде эллипсоида, охватыва- ющую образец, измерительную катушку, 30 приводимую в возвратно-поступатель800920 ное движение механизмом возвратнопоступательных колебаний и два усилителя-преобразователя, на вход одного из которых подается ЭДС измерительной катушки, а на вход второго — падение напряжения на резисторе, включенном в цепь намагничивающего тока.

В устройстве с целью создания автоматизации сдвига Релея применен сдвоенный механический выпрямитель, включенный в цепи двух независимых обмоток выходного трансформатора усили- . теля, выпрямленные напряжения с одной иэ которых служат для подачи на горизонтальные пластины, а с другойна его вертикальные пластины, последовательно:и навстречу падению напряжения, создаваемого намагничивающлм током. Как вИдно, в устройстве автоматический сдвиг Релея получается за счет подачи на вход усилителя горизонтальной развертки осциллографа разности двух напряжений, пропорциональных соответственно напряженности намагничивающего поля соленоида и намагниченности в определенном масштабе. Масштаб по намагниченности зависит от коэффициента размагничивания, который определяется отношением длины эллипсоидального образца к его диаметру

l23. В устройстве автоматически выполняется операция сдвига Релея, т.е. выполняется условие

Н;=Не -Н1 где Н„ — напряженность внутреннего намагничивающего поля;

Н вЂ” напряженность магнитного поля соленоида;

I — намагниченность образца;

N — коэффициент размагничивания испытуемого ферромагнитного образца, который определяется рассчетным путем.

Недостатком этога устройства является низкая точность- измерений статических магнитных характеристик. на не эллипсоидальных стержневых образцах. Это обусловлено тем,что коэффициент размагничивания для таких образцов не является постоянной величиной, а, как известно, имеет магнитный гистерезис и в значительной степени зависит от намагниченности и относительной магнитной восприимчивости.

"Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединенные регулируемый источник постоянного тока, намагничивающую обмотку и эталонный резистор, механизм Bo3вратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего напряжения, измерительную обмотку, регистрирующий прибор и два операционных уси. эталонному резистору, а другой — к измерительной обмотке, дополнительгулируемый источник 1 питания, намагничивающую обмотку 2, эталонный резистор 3, механизм 4 возвратнопоступательных колебаний, измерительную обмотку 5 с внешней обмоткой 5-1 и внутренней обмоткой 5-2, операционные усилители 6-.8, синхронные детекторы 9 и 10, генератор 11 управляющего напряжения, переклю- чатель 12 и двухкоординатный графопостроитель 13. Намагничивающая обмотка 2 и эталонный резистор 3 вклю- чены последовательно с выходом регулируембго источника 1 питания, К выходу генератора 11 управляющего напряжения подсоединены вход меха5ц низма 4 возвратно-поступательных колебаний и управляющие входы синхронных детекторов 9 и 10. На толкателе механизма возвратно-поступательных колебаний закреплен стержневой испытуемый образец 14, расположенный соосно с измерительной и

Намагничивающей обмотками. Внешняя обмотка 5-1 измерительной обмотки

5 через переменный резистор подсоединена ко входу операционного уси46 лителя 6, а внутренняя обмотка 5- 2 параллельно ко входам операционных усилителей б и 7. Выход операционного усилителя б подсоединен через переменнйй резистор ко входу опера45 ционного усилителя 7, а также через

ЗО лителя, один из которых подключен к. но снабжено двумя синхронными детек"торами, третьим операционным усилителем, вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя и к входу первого синхронного детектора, и к измерительной обмотке а выход — ко входу второго синхронного детектора, управляющие входы которых подсоединены к выходу генератора управляющего напряжения, а выходы — к соответствующим входам регистрирующего прибора, при этом выход первого синхронного детектора подключен ко входу третьего операционного усилителя и через переключатель — к его выходу, а размеры измерительной обмотки выбраны из соотношения

%%„>, + +16, (1) где Х вЂ” соотношение длины измерик тельной обмотки к диаметру поперечного сечения; то же, для испытуемого стержневого образца.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 вз аимное расположение и эмери тельной обмотки испытуемого стержневого образца и намагничивающей катушки ° устройство для записи на двухкоординатном графопостроителе статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов содержит ре800920 мого образца. Переменное напряжение, пропорциональное намагниченности, синхронно детектируется дегектором 10 и поступает на координату у двухкоординатного графопостроителя 13. На входе операционного усилителя 8 происходит вычитание напряжений с эталонного резистора

О =пНв, где m — - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией намагничивающей обмотки 2 и величиной эталонного резистора 3, и напряжения с синхронного детектора 9, пропорционального выходному напряжению усилителя 6 U,Íà выходе операционного усилителя 6 присутствует по15 стоянное напряжение 08., равное а(Не- Н ) = аН (4) и пропорциональное напряженности внутреннего намагничивающего поля.

Посредством переключателя 12 можно

- щ на координату х двухкоординатного графопостроителя 13 подавать

HRIIpRKeHHS Ug или U(,.

Изобретение позволяет значительно повысить точность измерений,так как в нем, в отличие от прототипа, напряженность размагничивающего поля измеряется, а не рассчитывается.

Следовательно, зависимость коэффициента размагничивания от намагниченности, его магнитный гистерезис

® не приводит к погрешности измерений.

Измерение в установке напряженности размагничивающего поля (а не его расчет) позволяет применять для измерения стержневые образцы неэллипсоидальной форьы, и измерять не только зависимость намагниченности от напряженности внутреннего намагничивающего поля, но и зависимость коэффициента размагничивания от

40 намагниченности.

Формула изобретения синхр онный дет ект ор 9 ко входу операционного усилителя 8, ко входу которого подключен и эталонный резистор 3. Выход операционного усилителя "7 через синхронный детектор

10 подсоединен к координате у цвухкоординатного графопостроителя

13. Выход синхронного -детектора

9 и выход операционного усилителя 8 подсоединены к переключателю 12, посредством которого могут поочередно подключаться к двухкоординатному графопостроителю

13 °

Устройство работает следующим .образом.

Испытуемый стержневой образец

14, закрепленный на толкателе ме-; ханизма 4 возвратно-поступательных колебаний, находится в однородном магйитном поле намагничивающей обмотки 2 и совершает линейные возврат но-поступательные движения с небольшой амплитудой и частотой относительно измерительной катушки 5.

Одни конец измерительной катушки расположен над центральным сечением образца 14, а второй на расстояйии в соответствии с Формулой (1) . Благодаря указанному соотношению (1) размеров измерительной обмотки 5 в ней индуктируется ЭДСОН пропорциональная потоку(Р магнитной индукции через ее поперечное сечение, которое находится над центральной частью образца 14. Поскольку образец 14 совершает колебания относительно неподвижной измерительной обмотки 5, то в последней наводится ЭДС е, пропорциональная

e, =A f w(So(X-Н )-(ф -80)80, (2) е =Л ° f ы (я, (1-Н ) — (S„) -В ) Н„), (3) где е„ вЂ” ЭДС во вйутренйей измерительной обмотке 5; е — ЭДС во внешней измерительной обмотке 5;

A,f амплитуда и частота вибрации;

w — плотность намотки проводом измерительной обмотки образца;

8,,ь,Б„ — площадь поперечного сечения соответственно образца, внутренней и внешней измерительной обмоток 5)

I — намагниченность образца

Нд - напряженность размагничивающего поля.

На входе операционного усилителя б осуществляется вычитание е и

Я )) которое пропорционально напряженйости размагничивающего поля в центральном сечении образца. На входе опера- . ционного усилителя 7 происходит суммирование сигналов, пропорциональных е и 0 . В этом случае переменное напряжение на выходе усилителя

7 пропорционально- только намагниченности центрального сечения испыгуе45 Устройство для определения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее последовательно соединенные регулируемый источник постоянного

$Q тока, намагиичивающую обмотку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего на-. пряжения, измерительную обмотку регистрирующий прибор и два операционных усилителя, один из которых подключен к эталонному резистору, а другой - к измерительной обмотке отлич ающе ес ятем, что с целью повышения точности измерений, 40 оно снабжено двумя синхронными детекторами и третьим операционным усилителем, вход которого подключен к выходу первого операционного усилигеля и к входу первого синхронного б5 детектора, и к измерительной обмот800920

Составитель Е.Данилина

Редактор С.шевченко Техред M. Голинка Корректор N.Kîñòà

Эаказ 10414/б2 тираж 743 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам и зо бр ет ений и открытий

113035, москва, Ж 35, Раушская наб., д 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 ке, а выход — ко входу второго синхронного детектора, управляющие входы которых подсоединены к выходу генератора управляющего напряжения, а выходы — к соответствующим входам регистрирующего прибора, при этом выход первого синхрон.ного детектора подключен ко входу третьего операционного усилителя и через переключатель — к его выходу, а размеры измерительной обмотки выбраны из соотйошения r. > 1о + 16 где % — отношение длины измеритель-ной обмотки к диаметру поперечного сечения; то же, дЛя испытуемого стержневого образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измерительная техника, 196 7, М 10, с.53-57.

2. Fay Homer Magnetic hysteresis

loop tracer using operational алрlifiers Rev. Sci. Instrum, 1972, 43, 99, 1274 — 1279.