Устройство для измерения магнитной анизотропии и момента вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов

 

Использование: относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборостроении , а именно для определения моментов магнитной анизотропии и вращательного гистерезиса . Сущность изобретения: устройство содержит два симметрично расположенных относительно образца электромагнита 2,3 с катушкой 4, 5 на каждом сердечнике, датчик 6 зазора между образцом 1 и полюсом электромагнита, усилители 7, 8,15,16. проводящий цилиндр 9, двухфазный статор асинхронного датчика 10 момента, датчик 11 скорости вращения ротора, квадратурный генератор 12 переменного напряжения задатчик 13 скорости вращения ротора, блок 14 перемножения сигналов, регистратор 17. 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4911141/21 (22) 12.02.91 (46) 30.12.93 Бюл. Иа 47-48 (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Нижегородском государственном университете им.Н.ИЛобачевского (72) Воробьев АИ„Поздеев ОД; Романычев ЮА (73) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Нижегородском государственном университете имН.ИЛобачевского (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ И MOMEHTA ВРАЩАТЕЛЬНОГО ГИСТЕРЕЗИСА СФЕРИЧЕСКИХ

ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ (57) Использование: относится к измерительной

{В) RRU U{11) 2005311 С1 (51)5 G01R33 12 технике и предназначено для использования в приборостроении, а именно дпя определения моментов магнитной анизотропии и вращательного гистерезиса. Сущность изобретения устройство содержит два симметрично расположенных относительно образца электромагнита 2, 3 с катушкой 4, 5 на каждом сердечнике, датчик 6 зазора между образцом

1 и полюсом электромагнита, усилители 7, 8, 15, 16, проводящий цилиндр 9, двухфазный статор асинхронного датчика 10 момента, датчик 11 скорости вращения ротора, квадратурный генератор 12 переменного напряжения, задатчик 13 скорости вращения ротора, блок 14 перемножения сигналов, регистратор 17. 1 ил.

2005311

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборостроении, а именно для определения моментов магнитной анизотропии и вращательного гистерезиса, действующих s магнитном поле на сферические по форме ферромагнитные образцы, для отбраковки образцов по этим характеристикам, при разработке и исследовании ферромагнитных материалов, особенно при малом уровне анизотропии и гистерезиса, Известно устройство для определения направления осей анизотропии в ферромагнитных сферических образцах (Приборы для научных исследований, Т, 39, 1968, N. 11, с, 149-151), В этом устройстве ферромагнитный образец размещается между двумя электромагнитами в тефлоновой лунке, При включении магнитного поля образец разворачивается, стремясь занять положение, -при котором ось легкого намагничивания располагается вдоль магнитного поля. Однако из-за сухого трения между образцом и лункой это устройство имеет грубую точность, поэтому не может применяться для образцов с малой анизотропией, каковыми являются поликристаллические образцы, применяемые в прецизионном приборостроении, Кроме того, это устройство не позволяет провести количественные измерения магнитной анизотропии даже при большой ее величине.

Известны устройства для определения величины анизотропии (Чечерников В. И.

Магнитные измерения. МГУ, 1969, с. 188—

190). Эти устройства содержат два электромагнита, симметрично расположенных относительно образца, закрепленного на упругом торсионе. При измерениях включенные электромагниты поворачивают вокруг образца. Угол закручивания торсиона или ток в рамке гальванометра, совмещенного с торсионом и включенного в систему стабилизации угла закручивания торсиона, характеризует момент М, действующий на образец при повороте поля относительно образца на угол р Снимается характеристика M(p), амплитуда переменной составляющей которой характеризует величину момента анизотропии, Разность моментов

М(р), М(ф), снятых при вращении поля в разные стороны, позволяет судить о моменте вращательного гистерезиса, а площадь, заключенная между кривыми M(p) и M(p), — о потерях Маг энергии на вращательный гистерезис за оборот, которые связаны с величиной момента Мв< вращательного гистерезиса соотношением М/цг = 2 л Мв,.

Недостатком этих приборов являются большие габариты и сравнительно низкая точность. Большие габариты обусловлены необходимостью создания магнитного поля, близкого к однородному; в противном случае сила, действующая на образец в неоднородном магнитном поле и вызывающая его притяжение к тому или иному полюсу электромагнитов, деформирует торсион, внося искажения в показания. Для уменьшения деформации приходится применять достаточно жесткие торсионы, что приводит к снижению чувствительности прибора, Изэа этой же силы, возрастающей с увеличением размеров образца, трудно или невозможно определить анизотропные и гистерезисные характеристики применяющихся на практике образцов большого диаметра (от 1 см и выше).

Прототипом предлагаемого изобретения может служить Устройство для определения осей и величины анизотропии сферических ферромагнитных образцов (а.с. 1Ф 748306, кл. G 01 В 33/12, 1980). Устройство содержит магнитный подвес сферического ферромагнитного образца, состоящий из двух соосно расположенных электромагнитов, датчика зазора между полюсом электромагнита и образцом, соединенные с ним последовательно усилитель сигнала и выходной блок (усилитель мощности постоянного тока), нагруженный катушками электромагнитов. С целью снижения влияния гистерезиса на точность определения анизотропных характеристик образца предложено вывешивать образец в переключающемся по направлению магнитном поле, для чего в систему регулирования подвеса введены дополнительные блоки и на сердечниках электромагнитов размещены дополнительные катушки, обеспечивающие коммутацию вывешивающего поля с заданной частотой.

Вывешенный в устройстве образец свободен от механического контакта с опорой и от сухого трения и под влиянием моментов со стороны поля образец разворачивается так, что одна из осей его анизотропии устанавливается вдоль оси симметрии поля. Onределение величин анизотропии проводится по периоду колебаний образца вокруг оси, ортогональной оси поля, В описании к этому устройству не отмечена возможность исследования на нем гистерезисных характеристик образца, но в работе "Анизометр с магнитным подвесом образа" (Денисов Г. Г., Линьков Р, В., Поз деев О. Д.. Романычев Ю.А., Химин Ю. А,—

ПТЭ, 1981, N 5, с, 245), где описано данное устройство, отмечается, что для исследова2005311 ния гистерезисных свойств образец предварительно раскручивается вокруг оси, перпендикулярной полю, затем измеряется зависимость скорости вращения от времени, по которой определяется момент вращательного гистерезиса, действующий на образец.

Таким образом, устройство по а,с. М

748306 используется для определения осей анизотропии и ее величины и для оценки моментов вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов.

Недостатками этого устройства являются трудности задания таких начальных условий, при которых угловые колебания или вращение образца происходили бы вокруг выбранной оси образца, большие погрешности из-за быстрого затухания колебаний и скорости вращения образца, особенно если образец является проводящим.

Целью изобретения является повышение точности измерений величины анизотропии и моментов вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов.

Цель достигается тем, что в устройство для определения осей и величины анизотропии сферических ферромагнитных образцов, содержащее два симметрично расположенных относительно образца электромагнита, датчик зазора между образцом и полюсом электромагнита и после. довательно с ним соединенные усилитель и выходной блок, нагруженный катушками электромагнитов, дополнительно введены прикрепленный к образцу проводящий цилиндр, статор датчика момента, охватывающий цилиндр, датчик скорости вращения цилиндра, блок разности, квадратурный генератор, блок перемножения, два усилителя мощности переменного тока и регистратор, причем первый выход генератора соединен с входом первого усилителя мощности, выход которого подключен к первой обмотке статора датчика момента, второй выход генератора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами датчика и задатчика скорости вращения цилиндра, выход блока умножения соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с второй обмоткой статора датчика момента, а первый вход регистратора соединен с выходом первого усилителя мощности, второй его вход — с выходом второго усилителя мощности, третий — с выходом датчика скорости вращения цилиндра.

5 i0

Структурная схема устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит два симметрично расположенных относительно образца 1 электромагнита 2 и 3 с катушками 4 и 5 на каждом сердечнике, датчик 6 зазора между образцом и полюсом электромагнита, соединенные с ним последовательно усилитель

7 сигнала и выходной блок 8 (усилитель мощности постоянного тока), нагруженный катушками 4 и 5 электромагнитов, и дополнительные элементы и блоки: проводящий цилиндр 9, скрепленный с образцом

1, блок разности <Ы, статор 10 двухфазного асинхронного датчика момента, для которого ротором является цилиндр 9, датчик 11 скорости вращения цилиндра 9, квадратурный генератор 12 переменного напряжения, задатчик 13 скорости вращения цилиндра 9, блок 14 перемножения сигналов, усилители 15 и 16 мощности переменного тока и регистратор 17.

Соединенные в замкнутую цепь датчик

6 зазора, усилитель 7, выходной блок 8, электромагниты 2 и 3 образуют магнитный подвес ферромагнитного образца 1 с прикрепленным к нему цилиндром 9 в поле электромагнитов 2 и 3 без механического контакта с корпусом.

Совокупность соединенных как описано выше и показано на фиг. 1 элементов: датчика 11 и задатчика 13 скорости вращения цилиндра 9, датчика 10 момента, блоков разности,- и умножения 14, квадратурного генератора 12, усилителей 15 и 16 мощности образует систему стабилизации скорости вращения образца 1 в поле вывешивающих электромагнитов 2 и 3 и обеспечивает новое качество устройства, а именно позволяет повысить точность измерения величин магнитной анизотропии образца 1 и действующих на него моментов вращательного гистерезиса.

Регистратор 17 служит для измерения и записи амплитуд опорного и управляющего напряжений на обмотках статора датчика 10 момента и регистрации скорости вращения образца 1.

Магнитный подвес и система управления магнитным подвесом могут быть выполнены по известной схеме(см., например, Ю. Д.

Вышков, В. И. Иванов. Магнитные опоры в автоматике. M.: Энергия, 1978, с. 38-40, С. G.

Mc, Hwraith and oth. Improved Magnetic

Smpention System, RSl, к 22, N. 11, 1958. р, 1029).

Статор датчика 10 момента выполнен аналогично статору асинхронного двигателя. Момент, действующий на ротор со стороны датчика момента Mg, пропорционален

2005311

Квадратурный генератор 12 может быть собран по известной схеме (см,. например, рис, 5.12 в кн. А, Г. Алексеенко и др. Применение прецизионных аналоговых ИС. М,;

5 Радио и связь, 1981).

В качестве задатчика 13 скорости вращения цилиндра 9 может быть использован регулируемый источник постоянного напряжения.

10 Блок 14 умножения, усилители 15 и 16 мощности могут быть выполнены на базе современных ИС, например, типа 525ПС1 и

К174УН7.

Регистрирующее устройство 17 может

15 быть составлено, например, из трех промышленных приборов; вольтметра для измерения напряжения на первой обмотке статора датчика 10, самописца для записи напряжения на второй обмотке статора дат20 чика 10 за время полного оборота цилиндра

9 и частотомера для регистрации частоты следования импульсов с датчика 11 скорости вращения цилиндра 9. (56) Авторское свидетельство СССР

25 ЬЬ 748306, кл. G 01R 33/12, 1978, . Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНМТНОА АНИЗОТРОПИИ И МОМЕНТА 30

ВРАЩАТЕЛЬНОГО ГИСТЕРЕЗИСА СФЕРИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ, содержащее даа соосно расположенные электромагнита, датчик зазора, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с усилителем мощности; выходы которого подключены соответственно к обмоткам электромагнитов, отличающееся тем, что, с целью повы- 40 шения чувствительности, в него введены проводящий цилиндр со штоком, статор датчика момента, расположенный коаксиаиьио с цилиндром, датчик скорости вращения цилиндра, задатчик скорости 45 вращения цилиндра, блок разности, каадратурный генератор, блок перемножения, два усилителя мощности и регистратор, Составитель А, Воробьев

Техред M.Moðråíòàë КоРРектоР М, Максимишинец

Редактор Т. Лошкарева

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3432

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 произведению амплитуд опорного Чо и управляющего Чу напряжений — Mg = Kg-14-Uó, где Ка — масштабный коэффициент, определяемый при градуировке, которая может быть осуществлена путем вывешивания цилиндра 9 на торсионе с известной крутильной жесткостью и измерения угла закручивания торсиона при подаче напряжений на обмотки статора.

Датчик 11 скорости вращения цилиндра

9 конструктивно может быть выполнен (и выполнялся на практике) в виде устройства, содержащего светофотодиоды и регистрирующего прохождение узких щелей на поверхности цилиндра 9. Преобразование информации с датчика о частоте импульсов, характеризующей скорость вращения цилиндра 9, в пропорциональное ей напряжение может быть осуществлено частотным дис«римииатором, выполненным, например, на диодном детекторе с зарядовой ем. костью или ждущем мультивибраторе.

Блок разностий может быть собран на резисторах или с использованием интегральных схем (ИС). причем первый выход квадратурного генератора соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого подключен к первой обмотке статора датчика момента, второй выход квадратурного генератора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока разности, два входа которого соединены соответственно с выходами датчика и задатчика скорости вращения цилиндра, а выход блока умножения соединен с входом третьего усилителя мощности, выход которого соединен с второй обмоткой статора датчика момента, первый вход регистратора соединен с выходом второго усилителя мощности, второй вход регистратора соединен с выходом третьего усилителя мощности, а третий - с выходом датчика скорости вращения цилиндра.