Способ стабилизации магнитного момента генераторной катушки с ферромагнитным сердечником

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБЕИТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ш 50682I бою Советских

Социалистических

Республик

)

II

1:. ..

JL (51) М. Кл.2 G 01Ч 3/18 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.11.72 (21) 1851205/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 26.07.76

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.317.443 (088.8) пе делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

Ю. И. Кудрявцев (71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. А. Жданова (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МАГНИТНОГО МОМЕНТА

ГЕНЕРАТОРНОЙ КАТУШКИ С ФЕРРОМАГНИТНЫМ

СЕРДЕЧ Н И КОМ и = — IS,þ+ JIdV, V

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований скважин, стенок горных выработок, обнажений и может быть использовано для определения магнитных и электрических свойств пород и руд.

Сильном агнитная или высокопроводящая внешняя среда оказывает значительное влияние на величину импеданса генераторной катушки и на амплитуду ее магнитного момента. Уход же магнитного момента не позволяет производить точных измерений магнитной восприимчивости и электрической проводимости среды, так как методика количественной интерпретации разработана на основании теоретических данных, полученных в предложении неизменности амплитуды магнитного момента генераторной катушки.

Известен способ стабилизации магнитного момента генераторной катушки с ферромагнитным сердечником путем питания его от источника синусоидального напряжения.

С целью уменьшения влияния внешней среды на магнитный момент катушки по предлагаемому способу добротность генераторной цепи выбирают такой, при которой зависимость магнитного момента от вносимой индуктивности, возникающей под воздействием внешней среды, имеет максимум в заданном интервале значений вносимой индуктивности, вблизи него или в интервале отрицательных значений, а также включением последовательно с генераторной катушкой резистора, величину сопротивления которого выбирают с учетом внутреннего сопротивления источника синусоидального напряжения.

Сущность изобретения поясняется на примере стабилизации магнитного момента генераторной катушки с сердечником, которая используется в зонде, предназначенном для определения магнитной восприимчивости горных пород и руд. Применяются достаточно низкие частоты питания, при которых влиянием вихревых индуцированных токов можно пренебречь, при этом изменение импеданса и

15 магнитного момента катушки происходит под влиянием вторичного поля, вызванного намагничиванием среды в переменном поле катушки.

Магнитный момент катушки обуславливает20 ся током в обмотке и намагничением сердечника где 1 — сила тока в обмотке;

$, — средняя площадь витка;

ы — общее число витков;

I — осевая составляющая намагниченности сердечника;

30 V — его объем, 506821 бт =т — т, от И., om

mo т= I+ < 1 S,ы, L

Lo где Q,= (4) 20 Lo

Q-„= о (5) (6) (10) 3

В другой записи формула имеет вид

m= I+Iр " Soo, (2) СР в где 1 — длина сердечника;

Яср — площадь его сечения;

I ð — средняя намагниченность.

Намагниченность 1,р пропорциональна средней напряженности поля или магнитной индукции, а следовательно, и магнитному потоку

Icp — LI, (3) причем L — индуктивность катушки. Из формул (2) и (3) следует, что где Lo — значение индуктивности в воздухе; — безразмерный коэффициент пропорциональности, зависящий от параметра катушки, в частности от действующей проницаемости ее сердечника.

При расположении катушки в воздухе магнитный момент ее равен т, = (I, + < 1,) S,è, где 1о — сила тока в воздухе.

Первое слагаемое в формуле (5) пропорционально моменту токовой обмотки moz, а второе — моменту сердечника и,> в воздухе.

Отсюда следует, что

moi с =

Ф

moI т. е. квадрат параметра указывает во сколько раз магнитный момент сердечника превосходит магнитный момент обмотки с током. Отношение

mol можно определить расчетmof ным путем или из эксперимента.

На основании формул (4) и (5) имеем

-= ° ""("")причем 6L=L Lo — изменение индуктивности катушки под влиянием внешней среды (вносимая индуктивность) .

Пусть последовательно с катушкой включен резистор, величиной сопротивления которого можно распоряжаться; силы тока тогда выражаются — о =,(8)

У1 * -+ (Lo -+- Ы.)" /" д -+- 2 где е; — постоянная по амплитуде э.д.с. питания; в — ее круговая частота;

R=R +Ro+R; — суммарное активное сопротивление резистора (R ), катушки (Ro) и источника питания (R;) .

Напряжение питания U e; — 1К; изменяется с ростом 6L.

Подставив значение формулы (8) в формулу (7), найдем аналитическую зависимость

5 приращения момента катушки под влиянием среды

1+ e.

1+ ео 1+

1+- =а 1+(9)

1 + добротность входной цепи катушки в воздухе, которая ниже собственной добротности катушки

25 кроме того, это выражение может иметь внд

1 R„ R;

eo„ь, Из формулы (9) следует, что с увеличением Ы. магнитный момент растет за счет числителя второго сомножителя и убывает из-за знаменателя подрадикального выражения. Интенсивность роста 6т определяется парамет35 ром, а его убывания — добротностью Qo.

Увеличение 6m происходит благодаря дополнительному подмагничиванию сердечника, а его уменьшение — в связи с убыванием тока.

Кривая зависимости,6m от 61. имеет экстре40 мум. Дифференцированием формулы (9) найдем абсциссу максимума г

Юо— о макс

1 -+

Помещая максимум в точку! макс 0 2

7 Э о на основании формул (6) и (10) получаем формулу для оптимальной добротности

moI

Q, =-0,9 о . (11)

При отсутствии сердечника Qo — — О, что означает известное требование стабилизации тока.

Так как функция зависимости 6m от вносимой индуктивности при выполнении условия формулы (11) имеет исключительно пологий, слабо выраженный максимум, то обеспечива.

60 ется стабильность магнитного момента катушки до долей процента при изменении ее индуктивности на 40О О или даже больше. Условия формулы (11) соблюдаются при нулевом сопротивлении резистора, тогда необходимость

65 в последнем отпадает.

Формула изобретения

Q,=0,9)/

Составитель В. Одинцов

Техред Г. Андреева

Редактор Т. Янова корректор 3. Тарасова

Заказ 1974 5 Изд, № 1277 Тираж 690 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Предлагаемый способ стабилизации момента катушки дзпускае1 отклонение добротности от ее оптимальной величины, поэтому некритичен к выбору катушки и разбросу значений сопротивления резистора. Как показывают расчеты, если добротность входной цепи питания превосходит указанное значение Яо в произвольное число раз, то точность стабилизации момента хотя и ухудшится, но остается в пределах первых процентов. При высокой добротности Яо максимум бт располагается в области отрицательных значений 6L.

Увеличение добротности по сравнению с величиной, определяемой формулой, оказывается необходимым при индукционных измерениях удельной проводимости и восприимчивости среды в случае преобладающего влияния вихревых токов. Точность стабилизации магнитного момента генераторной катушки составляет здесь несколько процентов, если добротность генераторной цепи не ниже 7.

Стабилизация момента также не нарушается при изменении питающего напряжения из-за ухода импеданса катушки под влиянием внешней среды, если оптимальная добротность выбрана с учетом внутреннего сопротивления генератора, амплитуда э.д.с. которого поддерживается неизменной.

Способ стабилизации магнитного момента генераторной катушки с ферромагнитным сер10 дечником путем питания ее от источника синусоидального напряжения, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью уменьшения влияния внешней среды на магнитный момент катушки, добротность генераторной цепи выбирают

15 такой, при которой отношение отклонения магнитного момента к величине вызвавшего его вносимого импеданса минимально, при этом величину добротности определяют по формуле где mo и тот — соответственно магнитные моменты обмотки катушки и ее сердечника в

25 воздухе.