Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях

Изобретение относится к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра. Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях дополнительно содержит этапы, на которых феррозонд размещают в магнитный экран, магнитный экран с феррозондом устанавливают в термокамеру, подключают источник постоянного тока к сигнальной обмотке, устанавливают ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при нормальной температуре в термокамере, устанавливают температуру в термокамере равной предельной рабочей температуре феррозонда, через заданное время устанавливают аналогичный ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при предельной рабочей температуре феррозонда. Технический результат – упрощение способа определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях, обеспечение автоматизации, сокращение времени, повышение безопасности обслуживающего персонала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области магнитных измерений. В частности, к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра, состоящего из феррозонда и электронной части магнитометра (ЭЧМ).

Уровень техники

Известные способы определения отклонений характеристик преобразования магнитометров с феррозондом [1, 2, 3] от характеристики идеального преобразования с применением меры магнитной индукции или колец Гельмгольца сложны и обладают высокой стоимостью. Преобладающая составляющая погрешности не эксклюзивного магнитометра определена погрешностью феррозонда. Далее соответственно используется термин феррозонд вместо понятия магнитометр в известных способах.

Известен способ определения параметров характеристики магнитометра [4], исключающий использование уникальной конструкции дорогостоящих меры магнитной индукции или колец Гельмгольца. Способ определения характеристики магнитометра, содержащий этапы: совмещение магниточувствительной оси (МЧО) феррозонда магнитометра с осью направления вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ) известного значения его модуля, определение результата преобразования этого значения магнитометром, а затем определение результатов преобразования последовательности дополнительных воздействующих на феррозонд образцовых значений магнитной индукции, формируемых последовательностью фиксированных поворотов МЧО феррозонда относительно оси направления вектора индукции МПЗ на известные углы в диапазоне их значений от нуля до 180°. Определение параметров характеристики осуществляется решением системы уравнений, образованной последовательными тактами преобразования воздействующих на феррозонд различных значений индукции магнитного поля (МП). Эти значения являются проекцией вектора индукции МПЗ на МЧО феррозонда при соответствующем ее наклоне относительно этого вектора. При исполнении блока ЭЧМ по методу прямого преобразования [5] способ может быть использован для определения параметров характеристики феррозонда.

Полезность и особенность данного способа обусловлена возможностью использования для его осуществления в качестве образцового источника равномерно распределенной в пространственном объеме индукции МПЗ.

Недостаток данного способа заключается в том, что он требует наличия поворотного устройства и отсутствия помех в МПЗ, вызываемых мощными источниками, отсутствия вблизи места испытаний больших ферромагнитных масс, искажающих МПЗ, и не позволяет проводить определение параметров характеристики феррозонда при его испытаниях на предельных рабочих температурах.

Известен способ определения параметров характеристики магнитометра [6], который наиболее близок по технической сущности к предлагаемому. При простом исключении в способе операции нагрева или охлаждения блока ЭЧМ, функционирующего по методу прямого преобразования, он может быть использован для определения параметров характеристики не эксклюзивного феррозонда. С учетом исключения указанной операции данный способ определения параметров характеристики феррозонда принят за прототип.

Указанный способ определения параметров характеристики феррозонда включает размещение источника образцовых значений магнитной индукции (ИОЗМИ) в нормальных климатических условиях. На первом этапе устанавливают феррозонд в зоне поля ИОЗМИ, подключают источник напряжения возбуждения к феррозонду, совмещают МЧО феррозонда с осью направления вектора индукции ИОЗМИ, устанавливают ряд значений вектора магнитной индукции ИОЗМИ заданной величины, измеряют соответствующие значения величин информационного параметра сигнала феррозонда измерительным устройством.

На втором этапе размещают феррозонд на приспособлении в термокамеру, устанавливают температуру в термокамере, равной предельной рабочей температуре феррозонда, выдерживают феррозонд с приспособлением заданное время в термокамере с предельной рабочей температурой феррозонда.

На третьем этапе за время не более 3 мин извлекают феррозонд с приспособлением из термокамеры и устанавливают их в поле ИОЗМИ, подключают источник напряжения возбуждения к феррозонду, совмещают МЧО феррозонда (имеющего температуру, близкую к предельной рабочей) с осью направления вектора индукции ИОЗМИ, устанавливают ряд значений вектора магнитной индукции ИОЗМИ заданной величины, измеряют соответствующие значения величин информационного параметра сигнала феррозонда измерительным устройством.

В качестве измерительного устройства используют, в частности, блок ЭЧМ. При этом блок ЭЧМ должен функционировать в режиме прямого преобразования сигнала феррозонда. Температурные уходы характеристики феррозонда определяют путем вычисления относительной погрешности по результатам измерений характеристик первого и третьего этапов соответствующих значений информационного параметра сигнала феррозонда.

Преимуществом данного способа является возможность определения характеристики феррозонда при предельных рабочих температурах.

Недостатки способа заключаются в необходимости обязательного использования уникальной конструкции дорогостоящего ИОЗМИ, в необходимости содержания и обслуживания ИОЗМИ, в сложности процедуры определения характеристики феррозонда, в ограничении времени до 3 мин при проведения измерений для определения характеристики феррозонда с предельной рабочей температурой, в опасности получения ожоговых травм обслуживающим персоналом, в появлении конденсата воды на элементах феррозонда при его быстром перемещении из термокамеры с предельно низкой температурой в помещение для измерений с нормальной температурой, в отсутствии учета смещения нуля феррозонда при вычислении относительной температурной погрешности, что ведет к низкой точности.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение способа определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях, обеспечение автоматизации, сокращение времени, повышение безопасности обслуживающего персона при определении характеристики феррозонда в условиях воздействия предельных рабочих температур.

Сущность изобретения

В предлагаемом способе использована аналогия создания током iк компенсирующего МП, равного внешнему МП в сердечнике феррозонда при измерении внешнего МП по распространенному методу компенсации [5]. При этом внешнее измеряемое МП заменяется на тестовое МП в сердечнике феррозонда, создаваемое контрольным током iк в обмотке феррозонда. Для исключения влияния внешних МП феррозонд устанавливают в магнитный экран.

Следствием формирования постоянной составляющей МП в сердечнике феррозонда током iк является нелинейность альтернативной характеристики феррозонда: U2f0(iк)=const⋅μ(iк)⋅iк, где U2f0 - амплитуда напряжения второй гармоники в выходном сигнале феррозонда. При этом дифференциальная магнитная проницаемость сердечника феррозонда μ(iк)≠const [5].

Максимальное значение тока iк_мах для определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях выбирается таким образом, чтобы напряженность поля в сердечнике феррозонда удовлетворяла соотношению H(iк_мах) ≈ Нвн_мах, где Нвн_мах - максимальное значение напряженности МП рабочего диапазона феррозонда. В этом случае нелинейность альтернативной характеристики U2f0(iк) феррозонда (размещенного в магнитном экране) будет равна нелинейности характеристики феррозонда, определяемой по методу прямого измерения индукции внешнего МП: U2f0 ≈ const⋅Bвн, где Ввн - индукция внешнего МП. Результаты анализа зависимости μ(Н) по данным работы [5] показывают величину нелинейности зависимости μ(iк)≤5%. Рассмотренная нелинейность не влияет на окончательный результат предлагаемого способа - вычисление относительной температурной погрешности ввиду относительности параметров каждого значения характеристик преобразования МП феррозондом при различных температурах.

Вследствие конструктивных и технологических ограничений характеристика реального феррозонда отличается от характеристики идеального феррозонда. Для широко распространенных не эксклюзивных феррозондов эти отличия заключаются в нелинейности, отклонении крутизны и смещении нуля.

Способ иллюстрируется качественными диаграммами, представленными на фиг. 1, где приведены диаграммы возможных характеристик реального феррозонда при различных значениях температуры T1 и Т2. На фиг. 1 U2f0(T1, iк) и U2f0(T2, iк) - возможные характеристики феррозонда в магнитном экране, U2f0(T1, iк)* и U2f02, iк)* - нормированные характеристики того же феррозонда в магнитном экране с вычетом соответствующего температурам T1 и Т2 смещения нуля U2f0(iк=0). Конечный результат заключается в вычислении по нормированным характеристикам U2f0(T1,2; iк)* относительной температурной погрешности на крайних значениях диапазона функционирования феррозонда (погрешности крутизны характеристики преобразования) и определении абсолютного значения смещения нуля феррозонда

ΔU2f0(iк=0)=U2f0(T1, iк=0) - U2f0(T2, iк=0).

На первом этапе определения характеристики феррозонд размещают в магнитном экране, который (с феррозондом) помещают в термокамеру с нормальной температурой, подключают источник напряжения возбуждения к феррозонду, измерительное устройство и источник постоянного тока iк - к сигнальной обмотке феррозонда, устанавливают ряд значений тока iк и измеряют соответствующие напряжения информационного параметра сигнала феррозонда U2f0 (iк). Ряд значений тока iK представляет собой токи разного направления в диапазоне ± iк_мах. При этом одно значение в ряде токов равно iк=0.

На втором этапе устанавливают температуру в термокамере равной предельной рабочей температуре феррозонда, выдерживают магнитный экран с феррозондом заданное время в термокамере с предельной рабочей температурой феррозонда.

На третьем этапе устанавливают тот же ряд значений тока iк и измеряют соответствующие напряжения информационного параметра сигнала феррозонда U2f0(iк).

На четвертом этапе проводят нормировку результатов измерений первого и третьего этапов вычислением по формуле

U2f0(T1, iк)*=U2f0(T1, iк) - U2f0(T1, iк=0) и U2f0(T2, iк)*=U2f0(T2, iк) - U2f0(T2, iк=0).

На пятом этапе проводят вычисления относительной температурной погрешности характеристики феррозонда для каждой полярности токов iк_мах по формуле:

Представленные действия поддаются автоматизации. Наиболее просто автоматизация осуществляется при использовании блока ЭЧМ, организованного для функционирования по методу компенсации внешнего измеряемого МП в сердечнике феррозонда, который содержит все необходимые для представленного способа измерительные устройства. При этом программное обеспечение микроконтроллера блока ЭЧМ должно содержать функцию реконфигурации метода компенсации внешнего измеряемого МП в сердечнике феррозонда на метод прямого измерения индукции внешнего МП. Реконфигурация может быть осуществлена подачей команды с персонального компьютера. По программе персонального компьютера осуществляются циклы изменения тока iк и измерение U2f0(iк) с формированием файлов для температур T1 и Т2, по окончании формирования которых автоматически определяется относительная температурная погрешность феррозонда по формуле (1).

Предлагаемое изобретение определения характеристики феррозонда, обладая новизной, полезностью и реализуемостью, может найти широкое применение в технике температурных испытаний феррозондов.

Литература

1. Афанасьев Ю.В., Студентов Н.В., Хорев В.Н. и др. Средства измерений параметров магнитного поля. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979.

2. Соборов Г.И. Разработка и исследование бортовых трехкомпонентных феррозондовых магнитометров моноблочного типа с жестко связанными осями. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Московский энергетический институт (технический университет). Москва, 2003.

3. Способ определения параметров градуировочной характеристики магнитометра. Патент РФ 2386141. МПК G01R 35/00, G01R 33/02, 2008 г.

4. Способ определения параметров градуировочной характеристики магнитометра. Патент РФ 2433421, МПК G01R 35/00, G01R 33/02, 2011 г.

5. Афанасьев Ю. Феррозонды. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.

6. Магнитометр аналоговый МА-5 Технические условия КМИВ.411172.004 ТУ, 2000 г.

1. Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях, включающий подключение источника возбуждения к обмотке возбуждения феррозонда, подключение измерительного устройства к сигнальной обмотке феррозонда, отличающийся тем, что с целью упрощения способа определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях, обеспечения автоматизации, сокращения времени измерения, повышения безопасности обслуживающего персонала феррозонд размещают в магнитный экран, магнитный экран с феррозондом устанавливают в термокамеру, подключают источник постоянного тока к сигнальной обмотке, устанавливают ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при нормальной температуре в термокамере, устанавливают температуру в термокамере равной предельной рабочей температуре феррозонда, через заданное время устанавливают аналогичный ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при предельной рабочей температуре феррозонда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда состоит из двух значений тока противоположного направления, соответствующих крайним значениям рабочего диапазона феррозонда.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измеряют напряжение второй гармоники в выходном сигнале феррозонда при отсутствии постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда при каждой температуре.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что из результата измерений напряжений второй гармоники по п. 2 вычитают значение напряжения второй гармоники по п. 3, по результатам вычитания вычисляют относительную температурную погрешность крутизны преобразования характеристики феррозонда.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при аттестации электроискровых дефектоскопов, используемых для контроля изоляции кабельных изделий.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при калибровке измерителей комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к тестированию устройств энергетической системы, например защитных устройств. Сущность: энергетическая система имеет входы (39), которые могут быть соединены гальваническим образом с по меньшей мере одним трансформатором (20, 28, 29) тока и по меньшей мере одним трансформатором (10, 18, 19) напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для частотной погрешности бесконтактных термоэлектрических преобразователей, применяемых для измерения высокочастотного тока, наведенного в цепях электрического задействования пиротехнических и взрывных устройств объекта при испытаниях его на воздействие высокочастотного электромагнитного поля.

Техническое решение относится к способам калибровки измерительных средств, а более конкретно – к способам калибровки измерительных средств в приложении к нестационарным процессам.

Изобретение относится к калибровке инструментов, используемых для измерения поведения сигналов. Технический результат – получение характеристики сети и выполнение калибровки сети с неподдерживаемыми типами разъема, которые не отслеживают в соответствии с известными стандартами.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройству для калибровки системы измерения мощности для силовых трансформаторов. Устройство содержит трансформатор высокого напряжения, преобразователь контрольного напряжения, контрольный измерительный кабель, устройство оценки контрольных результатов, сильноточный трансформатор, преобразователь контрольного тока, устройство, контейнер, сильноточную цепь, измерительные кабели, операторную, дверцы, удлиняемое сильноточное соединение, линию передачи данных.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля микроструктуры металлической мишени. Варианты реализации настоящего изобретения предоставляют электромагнитный датчик (400) для детектирования микроструктуры металлической мишени, содержащий магнитное устройство (410, 420) для предоставления возбуждающего магнитного поля, магнитометр (430) для детектирования результирующего магнитного поля, индуцированного в металлической мишени; и схему (450) калибровки для создания калибровочного магнитного поля для калибровки электромагнитного датчика.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации контроля высоких и сверхвысоких напряжений. Сущность: определяют показания измерительного устройства по значениям пробивного напряжения эталонного разрядного прибора, в качестве которого используют помещенный в вакуум между двумя электродами диэлектрик для различных расстояний между электродами.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в качестве рабочего эталона при калибровке и поверке рабочих средств измерений переменного электрического поля.

Изобретение относится к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра. Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях дополнительно содержит этапы, на которых феррозонд размещают в магнитный экран, магнитный экран с феррозондом устанавливают в термокамеру, подключают источник постоянного тока к сигнальной обмотке, устанавливают ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при нормальной температуре в термокамере, устанавливают температуру в термокамере равной предельной рабочей температуре феррозонда, через заданное время устанавливают аналогичный ряд величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измеряют ряд напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством при предельной рабочей температуре феррозонда. Технический результат – упрощение способа определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях, обеспечение автоматизации, сокращение времени, повышение безопасности обслуживающего персонала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх