Способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала

 

Использование: магнитные измерения длн определения начальной магнитной прони аемости магнитного материала, напримеэ феррита, на образцах произвольной тельного образца, имеющего одинаковую с контролируемым форму, перемагничиваемого магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца, измерения начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца цгв и определения начальной магнитной проницаемости материала вспомогательного образца из условия /Л в 1 + 3(«2в - 1) , где б - погрешность измерения начальной магнитной проницаемости. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 и 27/72

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4428746/21 (2 ) 23.05.88 (4 ) 07.02,93. Бюл. N. 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский пр ектно-конструкторский и технологическ и институт злектромашиностроения (Тф В.В. Крохин. В.K. Новиков, 1О.В. Казари и В,Д. Сыров (56) Антонов В,Г. и др. Средства измерений ма гнитных параметров материалов, Л.:

Энергоатомрост, 1986, с. 75-86.. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ

МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ИЗОТР О П Н О ГО МАГНИТНОГО МАТЕ РИАЛА (57) Использование: магнитные измерения дл определения начальной магнитной прони аемости магнитного материала, наприме феррита. на образцах произвольной!

I Изобретение относится к магнитным из ерениям и предназначено для определени начальной магнитной проницаемости иэ тропного магнитного материала, наприме феррита, на образцах произвольной фо мы, Предлагаемый способ может испо ьзоваться для контроля магнитной проницаемости феррита в процессе изготовления изделий из него, например, до термооб работки.

Известен способ измерения магнитной ! прОницаемости ферромагнитных сердечнико, заключающийся s одновременном намагничивании полем эталонного и испытуемого сердечников, измерении сигнала с измерительной обмотки эталонного и испытуемого сердечников, сравнении фаз сигналов с измерительных обмоток. Способ

„„. Ж „„1793352 А1 формы. Сущность: положительный эффект достигается за счет применения вспомогательного образца, имеющего одинаковую с контролируемым форму, перемагничиваемого магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца, измерения начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца р» и определения начальной магнитной проницаемости материала вспомогательного образца из условия р<. о1 -p»+3(» — 1)/д, где д — погрешность измерения начальной магнитной проницаемости. реализован в устройстве. Недостатком способа является отсутствие возможности непосредственного измерения начальной магнитной проницаемости материала образцов.

Известен другой способ измерения статических магнитных параметров посредством измерения напряженности магнитного поля вблизи поверхности образцов, Способ включает намагничивание образца в соленоиде, измерение тангенциальной составляющей поля в образце с помощью измерительных преобразователей Холла, усиление и преобразование сигналов соответствующими устройствами и регистрацию результатов измерений, Недостатками известного способа являются необходимость значительных затрат времени на выполне1793352

Целью изобретения является обеспечение возможности определения начальной 30 магнитной проницаемости иэотропного магнитного материала произвольной формы, Цель достигается тем, что применяется вспомогательный образец, имеющий оди- 35 наковую с контролируемым форму, осуществляется перемагничивание вспомогательного образца магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при 40 перемагничивании контролируемого образца, производится измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца, причем начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного 45 образца выбирается из условия

Lej Lо

Iu1 — L,/L„1

55 ние измерений в различных точках образца, наличие экстраполяционной и методической погрешностей измерений, вызванных наличием дополнительного магнитного поля от тока, питающего преобразователь

Холла и т. д.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является способ, заключающийся в перемагничивании контролируемого образца переменным магнитным полем, измерении начальной магнитной проницаемости контролируемого образца и вычислении искомой магнитной проницаемости по формуле. Недостатком этого способа является вычисление коэффициентов размагничивания по приближенным эмпирическим формулам, что снижает точность определения начальной магнитной проницаемости материала, делает практически невозможным определение начальной магнитной проницаемости материала образцов сложной геометрической формы, поскольку приближенные эмпирические формулы для расчета коэффициентов размагничивания получены только для тел, имеющих форму эллипсоидов вращения, цилиндров и прямоугольных стержней.

3 и2в — 1

j41e 1 — Pze + с целью упрощения процесса определения начальной магнитной проницаемости материала контролируемых образцов, имеющих одинаковые размеры, измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства с контролируемым образцом L< и с вспомогательным образцом Le, а начальная проницаемость материала контролируемого образца определяется по формуле

Le — — 1

Lp

/41г = -в — — 1

Lx где Ео — индуктивность катушки намагничивающего устройства беэ образца, По сравнению с наиболее близким техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки, Применяется вспомогательный образец, он имеет одинаковую с контролируемым форму. Перемагничивание вспомогательного образца осуществляется магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца. Производится измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца,и2в. Начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца выбирается из условия

f41e 1 Pze +

3 2в — 1

Измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства с контролируемым образцом, Измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства с вспомогательным образцом. Начальная проницаемость материала контролируемого образца для контролируемого и вспомогательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определяются по формуле

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию

"новизна".

При реализации предлагаемого способа обеспечивается возможность определения начальной магнитной проницаемости материала на образцах произвольной формы, так как отсутствует операция вычисления коэффициентов размагничивания образцов по эмпирическим формулам, а для большинства форм образцов такие формулы либо отсутствуют, либо дают очень приближенные результаты. По той же причине сокращается время определения начальной магнитной проницаемости материала. Кроме того, для контролируемого и вспомогательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитно1793352 (3),иг =,из.

3 3 — 1

P1 +" P3+ (5) 1

Р3 +@1 — 1 г г

55 (2) (6) I го материала производится через измерени индуктивности катушки намагничивающвго устройства с контролируемым образцом и индуктивности катушки намагни6 ивающего устройства с вспомогательньм образцом. За счет сокращения ра новидностей измерительных операций уп ощается процесс определения начально магнитной проницаемости. Одновреме но эа счет исключения систематической по решности повышается точность определе ия магнитной проницаемости. Иэ перечи ленного выше следует, что заявляемое те ническое решение соответствует требова ию "Положительный эффект", По каждому отличительному признаку пр веден поиск известных технических реш ний. Обнаружено, что все признаки обес печивают новизну и достижение по о>кительного эффекта и поэтому являютс A,ñóùåñòBåí Hûìè. !

Ранее и далее в тексте приняты следующ е обозначения и сокращения; ,и1к — ОПРЕДЕЛЯЕМаЯ МаГНИтНаЯ ПРОНИца масть магнитного материала контролиру мого образца; ,иг, — начальная магнитная проницаемо ть контролируемого образца; ,и1в — НаЧаЛЬНаЯ МаГНИтНаЯ ПРОНИЦаЕмоЬть материала вспомогательного образца ,игв — начальная магнитная проницаемо ть материала вспомогательного образца д — погрешность определения начально магнитной проницаемости, Сущность предлагаемого способа закл4чается в следующем.

Известно, что образец. выполненный из магнитного материала, характеризуется ма нитными проницаемостями: проницаемостью материала (вещества),и1, проницае остью образца (тела) иг и пр ницаеМостью формы,из. !. Они связаны между собой выражением ,иг (1) ! которое с учетом того, что N = —, запишется

Рз в виде

Коэффициент размагничивания N, а слвдовательно, и магнитная проницаемость

I формы,из зависит только от формы тела и его относительных размеров.

В случае, если и1 ) >,из > 1, то иэ выражения (2) следует, что

Погрешность, с которой выполняется это равенство с учетом выражения (2), 10

Ц2 Я + 1 (4) ,и3 /хз + p1 — 1

Если требуемая погрешность измерения магнитной проницаемости равна д, то согласно критерию ничтожной погрешности можно записать

20 01 д 3+1 .>,из +,и1 — 1

Отсюда вытекает, что при проницаемости материала образца равенство (4) выполняется с погрешностью

30»- — 3 д

Поскольку проницаемость формы определяется только формой образца и его относительными размерами, то ее можно определить, используя вспомогательный образец, имеющий такую же форму, как и контролируемый. Размеры вспомогательного образца при этом пропорциональны через один и тот же коэффициент пропорциональности соответствующим

40 размерам контролируемого образца, Контролируемый. и вспомогательный образцы перемагничиваются в одинаковых условиях, т. е. при одинаковых параметрах перемагничивающего поля и его ориентации относи45 тельно перемагничиваемого образца.

Амплитуда перемагничивающего поля выбирается такой, что образцы работают в области, соответствующей начальной проницаемости, При этом проницаемость материала вспомогательного образца должна удовлетворять условию, вытекающему иэ выражений (3) и (5), /41в 1 — игв +

3 гв — 1 и

В этом случае проницаемость вспомогательного образца,игв равна проницаемости фоРмы вспомогательного обРазца изв, а

1793352,И20 =/ 3» (7) Яг в1) р г»

/ 2в Р2» (8) pz 1 — 1,62 +

0 0 =186,4. (9) 45

Lв = Кф2в 1-» = К/ 2»,и к(Я) = 1,40

55 следовательно, и проницаемости формы контролируемого образца,из», Далее, измерив начальную магнитную проницаемость контролируемого образца

pg», из формулы (2) находим проницаемость материала контролируемого образца

Следовательно, для определения начальной магнитной проницаемости материала контролируемого образца необходимо измерить магнитную проницаемость контролируемого и вспомогательного образцов.

Таким образом, предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала за счет исключения операции определения коэффициентов размагничивания позволяет определять начальную магнитную проницаемость изотропного магнитного материала на сердечниках произвольной формы.

Если вспомогательный и контролируемый образцы имеют одинаковые размеры, то определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала производится в: такой последовательности..

Оба образца поочередно одинаковым образом помещают в намагничивающее устройство, где они перемагничиваются одинаковым по величине и направленИю (по отношению к образцу) полем. При этом поочередно измеряют индуктивности катушки намагничивающего устройства с вспомогательным L> и контролируемым L» образцами. Тэк как перемагничивание осуществляется в одинаковых условиях, то где К вЂ” постоянный коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков катушки, геометрических размеров образца и т, д.

Значение К находится из уравнения

1-о =К фвоздуха где Lo — индуктивность намагничивающей катушки без образца: иродду»д магнитная проницаемость воздуха, равная единице, Отсюда вытекает, что

К = 1-о (10)

Из уравнений (8), (9), (10) следует, что

Следовательно, зная индуктивность катушки намагничивающего устройства Lo u изменив индуктивность L» u LB по формуле (11), определяют начальную магнитную проницаемость изотропного магнитного материала контролируемого образца.

Значения начальной. проницаемости измеряемых образцов могут определяться, например, с использованием данных, полученных при помощи установки на основе осциллографа CI-114/1, реализующей осциллографический метод измерений.

Значения индуктивностей измеряются, например, при помощи стандартных приборов

Е7-4, Е7-8, Е12-1А и др.

В качестве примера ниже приводятся результаты определения начальной магнитной проницаемости, Определение производится на двух спрессованных из ферритового порошка образцах типоразмера К31 18 6,5, не прошедших операцию спекания, в результате чего они имеют низкую магнитную проницаемость вещества.

Выбирается вспомогательный образец, имеющий с контролируемым одинаковую форму, При намагничивании магнитным полем, перпендикулярным к плоскости кольца (планарное намагничивание), измеряется начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца (тела) pz> = 1,62. Выбирается погрешность измерения искомой начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала д = 0,01.

Тогда требуемая начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца (формула (5)) В качестве вспомогательного образца выбирается кольцо К31 .18 6,5 из феррита

2000 НМ. Начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца, определенная по известной методике, составляет 1780.

Определяется начальная магнитная проницаемость контролируемых образцов при планарном намагничивании: ргк(К1).=1,43, Теперь по формуле (8) находится искомое значение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала контролируемых образцов:,иск(Я) = 4,66,,и1к(Я) = 3,95 . f0

1793352

Таким образом, предлагаемый способ еделения начальной магнитной пронимости изотропного магнитного материапоэволяет определять начальную нитную проницаемость изотропного нитного материала на сердечниках люon ца ла ма ма,и1в 1 — P2s +

3 2в — 1 а начальную магнитную проницаемость материала исследуемого образца определяют иэ соотношения,и2в <2х

ГДЕ /Ciв — НаЧаЛЬНаЯ МаГНИтНаЯ ПРОНИЦавмость материала вспомогательного образца;,и2,— начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца; д — заданная погрешность измерения;

c« — начальная магнитная проницаемость материала исследуемого, образца; ,и« вЂ” начальная магнитная проницаемость исследуемого образца.

Составитель В.Крохин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор Н.Ревская

Редактор

За аэ 501 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям йоткрытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Определение искомой начальной магни ной проницаемости изотропного материала при одинаковых размерах контролируемого и вспомогательного образцов дало такие результаты: индуктив- 5 ность катушки намагничивающего устройства беэ образцов Ь = 17,92 мкГн, ин уктивность той же катушки с вспомогате ьным образцом La = 23.88 мкГн, индукти ность катушки с контролируемыми 10 об азцами ) к(м1) = 22,22 мкГн, Еклч2) = 22,11 мк н, соответствующие искомые магнитные пр ницаемости, вычисленные l10 формуле (11,, равны,и1к(Щ) = 4,48, p«(f4?p 4,07.

За истинные значения ик принимались 15 зн чения, полученные по известной методике. При этом получено,cia(/NFL 4,67,,r(i)(N+= 4.оз.

Формула изобретения !

Способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного атериала, включающий воздействие.на ис ледуемый образец магнитным полем и измерение начальной магнитной проницаемо ти исследуемого образца,. о т л и ч а ющ и с я тем, что, с целью расширения об асти применения, на вспомогательный об аэец, одинаковый по форме исследуемому образцу,. воздействуют магнитным поле и, одинаковым по величине и направлению магнитному полю, воздейству щему на исследуемый образец, измеряют начальную магнитную проницаемость вспомогательного образца, а начальную магнитную проницаемость материала вспомогательного образца выбирают из условия

t бой формы, Кроме того, в настоящее время промышленность серийно не выпускает приборы, непосредственно измеряющие начальную магнитную проницаемость изотропных магнитных материалов. Существующие методы определения начальной проницаемости базируются на вычислениях по формулам, включающим результаты нескол ьк их не посредствен н ых измерений.

Предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости требует проведения только измерений соответствующих индуктивностей, что упрощает определение начальной магнитной проницаемости. При этом, так как измерение индуктивностей производится одним и тем же средством измерений, имеющим постоянную систематическую погрешность, то при вычислении искомой проницаемости по формуле (11), где присутствуют отношения индуктивностей, систематическая погрешность измерения не влияет на результат вычисления, Это также способствует повышению точности определения искомой проницаемости.