Устройство для контроля свойств магнитных материалов
Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 переменного напряжения , первый магнитопровод 2 с намагничивающей обмоткой 3, внутри которого расположен второй магнитопровод 4 с измерительной обмоткой 5, токосъемный резистор 8, усилители-выпрямители 9 и 10, масштабирующий 11 и вычитающий 12 блоки , индикатор 13 нуля, аналоговый умножитель 14 и регистратор 15. Между полюсами магнитопроводов 2 и 4 и контролируемым участком 7 изделия размещена пластина 6 из немагнитного материала. Устройство позволяет контролировать магнитные свойства изделий как в виде пластин, так и в виде любых крупногабаритных изделий. 3 ил.
союз сОВетских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (54)5 G 01 R 33/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Я (21) 4736863/21 (22) 07.09,89 (46) 30.05,92, Бюл, N 20 (71) Производственное объединение "Ижевский мотозавод" (72) С.К.Водеников (53) 621,317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
ЛЬ 1420563, кл. G 01 R 33/12, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ
СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 переменного напряже„„SU „„1737385А1 ния, первый магнитопровод 2 с намагничивающей обмоткой 3, внутри которого расположен второй магнитопровод 4 с измерительной обмоткой 5, токосъемный резистор 8, усилители-выпрямители 9 и 10, масштабирующий 11 и вычитающий 12 блоки, индикатор 13 нуля, аналоговый умножитель 14 и регистратор 15. Между полюсами магнитопроводов 2 и 4 и контролируемым участком 7 изделия, размещена пластина 6 из немагнитного материала. Устройство позволяет контролировать магнитн.ые свойства изделий как в виде пластин, так и в виде любых крупногабаритных изделий. 3 ил.
1737385
Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для контроля магнитных свойств на локальных участках изделий из магнитомягких прецизионных сплавов с высокой магнитной проницаемостью.
Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение области применения устройства.
На фиг. 1 представлена блок схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема замещения магнитной цепи; на фиг. 3— фрагмент участка магнитной цепи, поясняющие работу устройства.
Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, первый магнитопровод 2 с намагничивающей обмоткой 3 и второй магнитопровод 4 с измерительной обмоткой 5, контактирующие торцами через пластину 6 из немагнитного материала с участком 7 контролируемого изделия, токосъемный резистор 8, первый 9 и второй 10 усилители-выпрямители, масштабирующий блок 11, вычитающий блок 12, индикатор 13 нуля, аналоговый умножитель 14 и регистратор 15, при этом к выходам генератора 1 переменного напряжения подключены последовательно соединенные намагничивающая обмотка 3 и токосъемный резистор 8, выход которого через второй усилитель-выпрямитель 10 подключен к первому входу аналогового умножителя 14 и через масштабирующий блок 11 — к первому входу вычитающего блока 12, к второму входу которого через первый усилитель-выпрямитель 9 подключена измерительная обмотка 5, а выход вычитающего блока 12 подключен к индикатору 13 нуля и второму входу аналогового умножителя 14, выход которого соединен с регистратором 15, Устройство работает следующим образом.
Переменный ток с амплитудой I с выхода генератора 1 переменного напряжения, протекая по намагничивающей обмотке 3 с числом винтов W„coçäàåò магнитодвижущую силу (МДС) с амплитудой F =! .W,в магнитной цепи (ф г.2), образованной первым магнитопроводом 2 с магнитным сопротивлением RM>, зазорами между магнитопроводом 2 и изделием 7 с магнитными сопротивлениями Rg> и участком ab изделия, длина которого равна расстоянию
D между центрами полюсов магнитопровода 2, вторым магнитопроводом 4 с магнитным сопротивлением R 2, подключенным к участку cd изделия с длиной d, равной расстоянию между центрами полюсов второго магнитопровода 4, через магнитные сопротивления Язг зазоров.
Магнитодвижущая сила F ä, приложенная к участку cd изделия 7 с учетом условий (1), связана с потоком Фг, отвегвляющимся во второй магнитопровод с контролируемого изделия, соотношением
Fcg = Фг 2йзг- Фг = Fed/2йзг (3)
Второй усилитель-выпрямитель 10 формирует постоянный уровень напряжения U„, для которого справедливо
U1 = KqF = K)(CD) 2f(31), (4) где К1 — известный коэффициент пропорциональности.
При этом за счет того, что индуктивное сопротивление намагничивающей обмотки
3 выбирается много большим активного сопротивления R токосъемного резистора 8, 5 напряжение с выхода генератора 1 падает полностью на намагничивающей обмотке 3 и его амплитуда однозначно задает величину амплитуды Ф магнитного потока в первом магнитопроводе 2 и равного ему потока
10 через изделие.
Толщина пластины 6 выбирается такой, чтобы магнитное сопротивление создаваемых ею зазоров Кз1 было много большим магнитного сопротивления первого 2 и вто15 рого 4 магнитопроводов и участков ab u cd контролируемого изделия 7. Дополнительные зазоры, являющиеся предметом отстройки, и обусловленные наличием покрытия, усилием прижатия, неровностью
20 поверхности, как . правило, не превышают (5-10) мкм и при суммировании с толщиной пластины 6 не нарушают условий, которые можно записать в виде
Вз1» RM, Вз1» Rab; Взг» Вмг;
25 Язг» Rca ° (1) где Rab u Rcd — магнитные сопротивления соответствующих участков изделия 7.
С учетом условий (1) справедливо соотношение
30 F = Ф1 2Кз1 (2)
Для уменьшения влияния потока расстояния Фр на выполнение соотношения (2) магнитное сопротивление потоку рассеяния обеспечивается много большим магнитного
35 сопротивления Ra). При близких сечениях объема, в котором замыкается поток рассеяния, и объема, через который проходит поток Ф1 в зазоре, обеспечение этого условия можно свести к обеспечению ус40 ловия L» д где L и д соответственно расстояние между первым 2 и вторым 4 магнитопроводами и толщина пластины 6 (фиг,З). Так, для обеспечения достаточного для измерений условий L 100д при д
45 =0,1 мм требуется выбирать L 10 мм, что вполне приемлемо.
1737385
0з = Кг Кз F = Кг Фр, (6) а на выходе вычитающего блока 12 будет уровень U4, для которого в соответствии с выражениями (5) и (6) справедливо соотношение
U4= Кг - Фг (7)
Аналоговый умножитель 14 перемножает уровни U4 и U1, поступающие на его входы, и на выходе его реализуется уровень
55
Первый усилитель-выпрямитель 9 формирует постоянный уровень напряжения
0г, для которого справедливо
U2 = Кг(Фг+ Фр), (5) где Кг — известный коэффициент пропорциональности;
1
Фр — часть потока рассеяния Фр, замыкающегося через магнитопровод 4, которая охватывается измерительной обмоткой 5;
Фг — поток, ответвляющийся с контролируемого иэделия 7 в магнитопровод4.
Поток Фг в силу условий (1) много меньше потока Ф1, что, во-первых, позволяет считать поток через участок cd изделия равным Ф1 и, во-вторых, не позволяет пренебречь в соотношении (5) слагаемым Фр1, несмотря на то, что поток рассеяния обеспечивается малым по сравнению с Ф1.
Значительное уменьшение величины потока Фр достигается за счет расположе- 20
1 ния измерительной обмотки 5 вблизи полюса магнитопровода 4 (фиг.3). В результате большая. часть потока Фр, замыкающегося через магнитопровод 4, не проходит через измерительную обмотку 5, Конечное значе- 25 ние потока Фр (ненулевое) окончательно
1 компенсируется (исключается из суммы
Фг + Фр) в процессе измерений за счет
1 формирования сигнала на выходе масшта- 30 бирующего блока 11, пропорционального
Фр. и последующего вычитания его из указанной суммы, Составляющая Фр потока рассеяния пропорциональна МДС с F и об- 35 ратно пропорциональна сопротивлению рассеяния, которое является постоянной величиной при заданных размерах магнитопроводов 2 и 4. Таким образом, справедливо выражение Фр = Кз. F, где Кз — 40
1 коэффициент пропорциональности, постоянный для заданных размеров магнитной цепи. Коэффициент передачи KM масштабирующего блока 11 устанавливается равным
Кз Кг/К1 в процессе регулировки устройст- 45 ва после его изготовления, в результате чего на выходе масштабирующего блока 11 формируется уровень напряжения 0з, для которого справедливо
Ug = Кг Фг K1 F или в соответствии с соотношениями (3) и (4)
U5= Кг K1 Ф1 йз1 Fcd/йзг (8)
С учетом того, что длйны зазоров, создаваемых пластиной 6 и дополнительных, обусловленных качеством контакта, одинаковы, для контактов между первым магнитопроводом 2 и изделием 7 и для контактов между вторым магнитопроводом 4 и изделием 7 отношение г«з1/Взг обратно пропорционально площадям сечениям магнитопроводов 2 и 4, т.е. является известной величиной.
Таким образом
U5 = K4 e1 Рсс(; K4 = R КгК1, (9)
R31 где К4 — известный постоянный для данной магнитной системы коэффициент, а регистратор 15 фиксирует величину Fcg падения МДС на участке cd изделия 7 при заданном магнитном потоке Ф1 в изделии (поток задается величиной переменного напряжения на намагничивающей обмотке).
Величина падения МДС однозначно связана с магнитным полем, а поток Ф1 — с индукцией в изделии.
При этом обеспечивается отстройка от качества контакта, от наличия покрытия на изделии по крайней мере в диапазоне дополнительных зазоров (0-10 мкм), создаваемых последними.
Физическая суть работы устройства в
Fcd том, что поток Фг = 2 через второй
2Rw магнитопровод 4 пропорционален падению
МДС Fcg на участке изделия и обратно пропорционален магнитному сопротивлению
Взг (суммарной толщине зазора), а МДС Fcd пропорциональна магнитному сопротивлению Ra> (суммарной толщине зазора) и произведение этих величин (Фг и F) уже не зависит от суммарной толщины зазора, что позволяет отстроиться от последней.
Формула изобретения
Устройство для контроля свойств магнитных материалов, содержащее первый и второй U-образные магнитопроводы, на одном из которых размещена намагничивающая обмотка, одним выводом соединенная с выходом генератора переменного напряжения, другим — с токосъемным резистором, измерительную обмотку, подключенную по входу усилителя-выпрямителя, регистратор и вычитающий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены второй усилитель-выпрямитель, масштабирующий
1737385
Рсб РЫ
Ф
Фиг.2
<ис
Составитель О. Раевская
Редактор М. Келемеш Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Малец
Заказ 1889 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 блок, нуль-индикатор и аналоговый умножитель, при атом выход токосъемного резистора через второй усилитель-выпрямитель подключен к первому входу аналогового умножителя и к входу масштабирующего блока, выход которого соединен с первым входом вычитающего блока, второй вход которого подключен к выходу первого усилителя-выпрямителя, а выход соединен с нуль-индикатором и .вторым входом аналогового умножителя, выход которого подключен к регистратору, второй магнитопровод с размещенной на нем измерительной обмот5 кой расположен внутри первого магнитопровода, а между полюсами обоих магнитопроводов и контролируемым участком изделия размещена пластина из немагнитного материала.
