Устройство для измерения параметров ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи

 

Сома Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 140480 (21) 2910432/18-21 (51)м

G 01 R 33/12

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н отирытнй пуоликовано 231281 Ьоллетень Н9 47

Дата опубликования описания 2312.81 (5З) УДХ 62 1 . 31 7, .44(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Г.AHTQHoB и В.И.Гордон (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛРАМЕТРОВ

ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В РАЗОМКНУТОЙ

МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов на стержневых образцах.

Известно устройство для определения характеристик ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, которое содержит источник намагничивающего тока, подключенный к нему соленоид, измерительную катушку индукции, устанавливаемую в центральной части стержневого образца, интегратор, вход которого подключен к измерительной катушке, регистратор и датчик Холла. Характеристики материалов в известном устройстве определяются на основной кривой намагничивания без промежуточного определения коэффициента размагничивания путем измерения с помощью датчика Холла напряженности магнитного поля на поверхности образца и измерения магнитной индукции в центральном сечении образца с помощью катушки индукции 1 .

Однако, напряженность магнитного поля в объеме образца непосредственно измерить невозможно„ и ее находят по значению тангенциальной составляющей на поверхности образца методом экстреполяции на основании измерения напряженности на разных расстоя-, ниях от поверхности одним датчиком.

Зто приводит к большим методическим и инструментальным погрешностям.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что устройство для измерения параметров ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, содержащее источник намагничивающего тока, подключенный к нему соленоид, последовательно соединенные измерительную катушку индукции и интегратор,и регистратор, снабжено приводом измерительной катушки, блоком отсчета координаты катушки, подключенным к выходу интегратора, аналого-цифровым преобразователем, блокоМ интегрирования по координате, сумматором, двумя ключами, блоком вычитания и масштабным делителем, при этом измерительная катушка выполнена подвижной, выход аналого-цифрового преобразователя связан с сигнальными входами ключей и с одним иэ входов блока интегрирования по координате, второй вход которого подключен к одному из выходов блока отсчета координаты, а

892389 выход — к одному иэ входов сумматора, второй вход которого связан с выходом одного из ключей, а выходс одним иэ входом блока вычитания, второй вход которого подключен ко второму выходу источника намагничивающего тока, а выход — к одному из

5 входов регистратора, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, управляющие входы обоих ключей связаны со вторым и третьим выходами блока отсчета координаты, а третий вход блока интегрирования по координате и третий вход сумматора — с масштабным делителем.

На чертеже представлена блоксхема устройства. !5

Устройство содержит источник 1 намагничивающего тока, подключенный к нему соленоид 2, внутри которого установлена подвижная катушка 3, охватывающая испытываемый образец 4. 20

Измерительная катушка 3 механически связана с приводом 5 и блоком 6 отсчета координаты положения катушки

3 относительно образца 4. Катушка 3 подключена ко входу интегратора 7, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 8.

Выход аналого-цифрового преобразователя 8 связан с одним из входов блока 9 интегрирования по координате, а также с сигнальными входами З0 ключей 10 и 11. Второй вход блока 9 интегрирования по координате подключен к одному иэ выходов блока 6 отсчета координаты катушки, а.выход к одному из входов сумматора 12. 35

Второй вход сумматора 12 связан с выходом ключа 10, третий вход сумма тора 12 и третий вход блока 9 интегрирования по координате соединены с масштабным делителем .13. Выход сум- 4ц матора 12 подключен к одному из вхо дов блока 14 вычитания второй вход которого подключен ко второму выходу источника 1 намагничивающего тока, а выход — к одному иэ входов регистратора 15. Второй вход регистратора 15 соединен с выходом ключа

11. Управляющие входы ключей 10 и 11 связаны со вторым и третьим выходами блока 6 отсчета координаты катуш-.

Известно, что коэффициент размагничивания, а значит и раэмагничивающее поле, в центральном сечении стержневого образца однозначно опре-, деляется распределением намагниченности Чо по длине стержня и его гео55 метрическими размерами, т.е. если измерить распределение намагниченности по длине образца можно точно определить коэффициент размагничивания в его центральном сечении, à gQ значит и напряженность Hp".ðàçìàãíèчивающего поля из известного соотношения H =Ny где N — коэффициент

Р о размагничивания, — намагниченность в центре стержня. 65

Зная напряженность Н внешнего намагничивающего поля, которое однозначно определяется по значению тока в соленоиде, можно внести поправку на размагничивающее поле образца и определить напряженность поля, намагничивающего материал образца в его . центральном сечении

Н„=Н -Hp .

Таким образом, измеряя индукцию в центральной части образца, соответствующую определенной напряженности

Н можно определить характеристики материала образца при заданном изменении напряженности внешнего поля Нз.

Устройство работает следующим образом.

При пропускании тока через соленоид от источнйка 1 намагничивающего тока, в объеме соленоида 2 создается магнитное поле, которое намагничивает помещенный в соленоид 2 образец 4. Напряженность намагничивающего поля однозначно определяется значением тока. Измерительная катушка 3 перемещается приводом 5 по всей длине намагниченного образца 4, охватывая его, причем движение катушки

3 начинается из точки в соленоиде

2, относящей от края образца 4 на расстояние в 1,5-2 его длины, где практически отсутствует сцепление магнитного поля образца 4 с витками катушки 3. При перемещении катушки 3 в ней индуктируется ЭДС равная скорости изменения магнитного потока Ф с ф ЙВ

K с t где КдК вЂ” постоянная измерительной катушкир

 — магнитная индукция в образце.

Эта ЭДС поступает на интегратор 7.

Напряжение на выходе интегратора

7 в каждый момент времени пропорционально индукции В в сечении образца 4, которое проходит катушка. 3 в данный момент

t. иит="g <<" К Ки„B<= Kb< 1 где К вЂ” постоянная интегратора, М

K — коэффициент пропорциональности.

Это напряжение поступает в аналог о-цифровой преобразователь 8, где преобразуется в цифровой код и в ц фи р овом виде поступает на блок 9 интегрирования по координате. В блоке

9 интегрирования по координате происходит вычитание сигнала, соответст вующего значению индукции в тесокущем сечении образца 4, сигнал, ответствующий значению индукции в сечении, отстоящем от текущего на расстояние, равное выбранному шагу кван,.тования..Результирующий сигнал соответствует изменению индукции за

892389 один шаг квантования и при достаточно малом шаге квантования пропорционален производной индукции по координате. Этот сигнал умножается на коэффицент, зависящий ат значения текущей координаты х и относительных размеров образца 4, и сум5 мируется с результатом суммирования на предыдущем шаге квантования. На выходе блока 9 интегрирования по координате, после прохождения катушкой

3 всей длины образца 4, сигнал соответствует

Ygð=Б aU . к.P.,x,), где n — число шагов квантования для данного образца; t5

gV ; — сигнал, соответствующий изменению индукции за один шаг квантования

К (Х,х ) — коэффициент, зависящий от относительных размеров образца 29 и текущей координаты х.

Сигнал с выхода блока 9 интегрирования па координате поступает на вход сумматора 12, где суммируется с сигналом, соответствующим эначению индукции в краевом сечении образца 4, поступающим с выхода ключа 10, который управляется блоком 6 отсчета координаты и открывается только в момент прохождения катушкой 3 краевого сечения. Сигнал с выхода сумматора

12, пропорциональный значению размагничивающего поля, поступает на блок

14 вычитания, где вычитается иэ сигнала, соответствующего значению намагничивающега поля, поступающего на блок 14 от источника 1 намагничивающего тока. С выхода блока 14 сигнал, пропорциональный значению напряженности поля, намагничивающего образец 4 в ега центральном сечении, 4О поступает на регистратор 15, худа одновременно поступает сигнал, пропорциональный индукции в центральном сечении образца, с выхода ключа 11, который управляется от блока б отсчета координаты и открывается в момент прохождении катушкой 3 центрального сечения образца 4.

При заданном законе изменения намагничивающего тока в источнике 1, в регистраторе 15 зафиксируется зависимость магнитной индукции в центральном сечении образца 4 от напряженности поля, намагничивающего образец 4 в этом же сечении. Эта зависимость и является характеристикой материала образца, она может быть представлена как в виде основной кривой намагничивания, так и в виде петель гистерезиса.

Предлагаемое устройство позволя- 66 ет определить напряженность поля, намагничивающего образец, по эначению намагничивающего тока в соленоиде с автоматическим внесением поправки,учитывающей размагничивающее поле испытуемого образца. При этом напряженность раэмагничивающего поля находится через однозначно определяющее ее распределение намагниченности вдоль образца, беэ измерения абсолютных значений н амагничен ности, что позволяет повысить точность определения характеристик материалов по сравнению с известным устройством не менее чем в 3 раза и автоматизировать определение характеристик.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров ферромагнитных материалов в разомкнутой магниткой цепи, содержа» щее источник намагннчивающего тока, подключенный к нему соленоид, последовательна соединенные измерительную катушку индукции и интегратор, и регистратор, а т л и ч а ю щ е е с я тем„ чта, с целью повышения точности измерений, ана снабжено приводом измерительной катушки, блоком отсчета координаты катушки, подключенным к выходу интегратора, аналого-цифровым преобразователем, блоком интегрирования па координате, сумматорам, двумя ключами, блоком вычитания и масштабным делителем, при этом измерительная катушка выполнена подвижной, выход аналого-цифрового преобразователя связан с сигнальными входами ключей и с одним из входов блока интегрирования по координате, второй вход которого подключен к одному из выходов блока отсчета координаты, а выход — к одному из входов сумматора, второй вход которого связан с выходом одного из ключей, а выход — с адним.из входов блока вычитания, второй вход которого подключен ко второму выходу источника намагничивающего тока, а выход — к одному из входов регистратора, второй вход которого соединен с выходами второго ключа, управляющие входы

;обоих ключей связаны со вторым и третьим выходами блока отсчета координаты, а третий вход блока интегрирования па координате и третий вход сумматора — с масштабным делителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Труды метрологических институ- тов СССР., Исследования в области магнитных измерений. Вып.152(212}, 1974,с.120-129.

892389

Составитель Е.Даннлина

Техред Ж. Кастелевич Корректор Г.Назарова

Редактор И.Юрковецкий филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

Заказ 11250/69 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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