Способ измерения коэрцитивной силы

 

Союз Советскик

Социалистически к

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 250477 {23) 2479297/18-21 (51 }PA, 3

01 R 33/12 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по де.еаи изобретений и открытий

{23) Приоритет

Опубликовано 231080.Бюллетень HP 39

Датаопубликования описания 231080 (53) УДК 621. 317. .42(088.8) {72) Авторы изобретения

И.A. Прудвиблох и Б.С. Филюшин (7 I) Заявитель

Львовский ордена Ленина политехнический институт (54 ) CPOCOB ИЗМЕРЕНИЯ КОЭРЦИТИВНОЯ СИЛЫ

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий.

ИзвестнЫ способы определения коэр- 5 цитивной силы в разомкнутой магнитной цепи, заключающиеся в том, что образец намагничивают посредством электромагнита или соленоида, после чего подвергают действию размагничивающего поля, а коэрцитивную силу определяют по значению напряженности внешнего размагничивающего поля в момент, когда намагниченность (или индукция) образца принимает нулевое значение. Коэрцитивная сила указанным способом может быть определена как для изделия, так и для участка изделия (при локальном определении коэрцитивной силы) (1).

К недостаткам данного способа и устройств, реализующих его, следует отнести наличие погрешности измерения, обусловленной неточным опреде- 2 лением состояния нулевой намагниченности иэделия, что объясняется, в частности, наличием порога чувствительности нуль-индикатора и нестабильностью коэффициента передачи сиг- З>

2 нала, пропорционального индукции (или намагниченности) изделия.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения коэрцитивной силы ферромагнитных иэделий, заключающийся в том, что в процессе размагничивания предварительно намагниченного изделия (или его участка) фиксируют два значения возрастающего во времени внешнего магнитного поля, одно из которых несколько меньше, а второе несколько больше коэрцитивной силы, причем оба значения пропорциональны модулю индукции (или намагниченности) иэделия, а коэрцитивную силу определяют по полусумме полученных значений напряженности внешнего размагничивающего поля, В данном способе достигнуто значительное уменьшение погрешности, обусловленной неточным определением состояния нулевой намагниченности (или индукции) иэделия, полученное при статическом или кваэистатическом режимах размагничивания f2).

Однако статический и кваэистатический режимы характеризуются большой длительностью процесса размагничивания, что снижает производительность контроля. Кроме того, цлитель773543 ный процесс размагничивания при измерении высококоэрцитивных иэделий, т.е. при больших значениях напряженности раэмагничивающего поля, вызывает нагрев источника поля (соленоида или электромагнита), а это приводит к необходимости испольэовать систему принудительного охлаждения или увеличивать габариты и вес источника поля для уменьшения активного сопротивления его обмоток. Указанные недостатки усложняют использование данного способа и устройств, реализующих этот способ, в условиях производства при массовом контроле, Устранение этих недостатков достигается повышением быстродействия процесса измерения, например переходом от квазистатического режима размагничивания к динамическому при использовании коэрцитиметров с цифровым отсчетным устройством. Однако динамический режим перемагничивания ферромагнитного материала характеризуется тем, что материал, находясь под воздействием возрастающего или убывающего внешнего магнитного поля, запаздывает в получении тех значений индукции и намагниченности, которые он должен был бы получить при квазистатическом режиме, т.е. значения параметров материала, измеренные на динамической петле гистерезиса, не совпадают со статическими значениями этих параметров. Указанные недостатки значительно снижают точность измерения и ограничивают возможности козрцитиметров, реализующих известный способ измерения при динамическом режиме размагничивания.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения коэрцитивной силы, заключающемся в размагничивании возрастающим во времени магнитным полем при одновременном определении намагниченности иэделия и определении коэрцитивной силы по среднему значению напряженности внешнего размагничивающего поля, размагничивание ведут в динамическом режиме до получения первого нулевого сигнала с датчика намагниченности„ затем уменьшают напряженность внешнего размагничивающего поля на величину, пропорциональную запаздыванию намагниченности, .накладывают на раэмагничивающее поле переменное мм.нитное поле с амплитудой в пределах магнитной упругости материала, после чего продолжают размагничивание, увеличивая напряженность постоянной составляющей внешнего размагничивающего поля до получения нулевой намагниченности изделия.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы напряженности размагничивающего поля, на фиг. 2 — структурная схема автоматического коэрцитиметра.

Процесс размагничивания начинают с быстрого увеличения напряженности внешнего размагничивающего поля, причем напряженность этого поля (кривая

1 на фиг. 1) в каждый момент времени превышает значение (кривая 2), пропорциональное фактическому магнитному состоянию материала иэделия на величину, пропорциональную запаздыванию намагниченности (или индукции) изделия. Такое запаздывание обусловлено влиянием вихревых токов, образующихся в поверхностных слоях изделия и защищающих внутреннюю часть

15 его от быстрых изменений внешнего поля, а также влиянием магнитной вязкости материала изделия. По мере нарастания внешнего размагничивающего поля амплитуда выходного сигнала

Щ нуль-индикатора уменьшается и достигает нулевого значения, что, однако, не отражает фактического магнитного состояния материала изделия. К моменту поступления первого нулевого сигнала (момент времени t фиг. 1) с выхода нуль-индикатора напряженность внешнего размагничивакрцего поля оказывается большей значения, соответствующего коэрцитивной силе изделия (уровень Н ). Поэтому после поступления такого сигнала внешнее размагничивающее поле уменьшают (момент ) на величину, пропорциональную запаздыванию. Б результате напряженность внешнего размагничивающего поля становится ниже уровня, соответствующего коэрцитивной силе. Затем на размагничивающее поле накладывают переменное магнитное поле, амплитуду которого выбирают и в дальнейшем под40 держивают в пределах магнитной упругости материала изделия, т.е. в пределах обратимых процессов, протекающих в материале при его перемагничивании. Продолжают размагничивание (от момента t до t>), увеличивая напряженность постоянйой составляющей внешнего размагничивающего поля до получения нулевой намагниченности (или индукции) изделия.

Наложенное переменное магнитное поле совершает работу гистерезиса при перемагничивании материала изделия в полях, близких к значению коэрцитивной силы, что способствует установлению обратимых частотных циклов с малой амплитудой, петля гистерезиса которых близка к элипсу, а это исключает влияние магнитной вязкости материала на точность измерения коэрцитивной силы. Кроме того, наложение переменного поля на постоянное приводит к установлению разновесного магнитного состояния материала изделия, стремление к которому создается постоянной составляющей поля, не способной самостоятельно завершить пере773543 сигнал, пройдя через формирователь 3 „ поступает на один иэ входов схеиы 4 совпадения в виде прямоугольных импульсов (или близких к прямоугольной форме). На второй вход схемы совпаде5 ния поступают строб-импульсы от генератора 5, синхронизированные генератором 2 возбуждения. При совпадении этих импульсов во времени они появляются на выходе схемы совпадения и поступают на вход блока б, на выходе которого появляется потенциал, поступающий на вход блока 7. Этот потенциал приводит к нарастанию напряжения на конденсаторе 9 по мере его заряда через резистор 8, в результа5 те чего на резисторе 10 формируется дополнительное напряжение, пропорциональное току заряда конденсатора

9. Величина формируемого дополнительного напряжения определяется сопроивлением резистора 10 и выбирается на уровне, пропорциональном запаздыванию намагниченности (или индукции) материала изделия, обусловленном влиянием вихревых токов и магнитной вязкости материала при динамическом режиме размагничивания. Суммарное управляющее напряжение, снимаемое с конденсатора 9 и резистора 10, поступает на вход регулятора 11, включенного. между источником 12 тока размагничиве.ния и источником 13 размагничивающего поля, что приводит к возрастанию этого поля.

По мере возрастания размагничивающего поля импульсы, поступающие с выхода нуль-индикатора 1, уменьшаются по амплитуде и в какой-то момент времени достигают нулевого значения, а при дальнейшем увеличении напряженности поля вновь возрастают по амплитуде, изменив свой знак на обратный. Перемена знак, выходных импульсов приводит к несовпадению их во времени со строб-импульсами, что приводит к исчезновению потенциала на выходе блока б, и, следовательно, к прекращению заряда конденсатора 9. В результате прекращается формирование дополни ельного управляющего напряжения и на вход регулятора 11 начинает поступать только напряжение, накопленное на конденсаторе 9, а это приводит к уменьшению тока размагничивания и, следовательно, к уменьшению напряженности внешнего магнитного поля на величину, пропорциональную за паздыванию намагниченности {илн индукции) изделия.

Так как после уменьшения напряженности величина внешнего размагиичивающего поля cTBHoBHTcs- . ниже значения, соответствующего коэрцитивиой силе, с выхода нуль-индикатора 1 вновь поступа. or импульсы, совпада.c::èе во времени со строб-импульсами, т. . иа выходе блока б вновь появляется потенциал. Однако теперь вступает в лейст:1 ход к этому равновесному состоянию из-за наличия магнитной аккомодации.

В этом случае наступление"магнитного равновесия достигается перемагничиванием материала в пределах его магнитной упругости, что исключает многозначность функции намагниченности (или индукции) материала от значения напряженности установившегося размагничивающего поля, а это также повышает точность измерения. установившиеся частные циклы с малой амплитудой, получаемые при наложении указанного переменного поля, исключают влияние магнитной вязкости материала на время установления магнитного равновесия, так как при перемагничивании материала в пределах его магнитной упругости влияние магнитной вязкости становится законопеременным, а это также повышает быстродействие процесса измерения. После установления магнитного равновесия материала изделия, т.е. после достижения изделием (или его участком) нулевой намагниченности (или индукции), выдерживают время (от момента t, до t ) про4 хождения достаточного количества циклов перемагничивания материала в магнитном поле, близком к значению коэрцитивной. силы, что обу ловлено магнитной аккомодацией материала, и производят измерение среднего значения внешнего размагничивающего поля, равного коэрцитивной силе.

Автоматический коэрцитиметр (фиг.2) для осуществления предложенного способа содержит нуль-индикатор 1 (датчик намагниченности или индукции изделия), генератор 2 возбуждения, формирователь 3 прямоугольных импульсов, схему 4 совпадения, генератор 5 строб. импульсов, блок 6 разрешения, блок 7 4О управляющего напряжения, в состав которого входит генератор нарастающего напряжения, образованный резистором

8 и конденсатором 9, и формирователь управляющего напряжения образованный 45 резистором 10, регулятор 11 и источник 12 тока размагничивания, источник

13 размагничивающего поля (соленоид), цифровое отсчетное устройство 14 с электронно-преобразовательной схемой

15. Нуль-индикатор 1, формирователь

3, схема 4, блок б, блок 7, регулятор

11 и источник 13 образуют цепь обратной связи, замкнутую через магнитную связь между источником 13, контролируемым изделием 16 и нуль-индикато- 55 ром 1 (магнитная связь показана пунктиром) .

Коэрцитиметр работает следующим образом.

Нуль-индикатор 1 возбуждается от генератора 2. После намагничивания контролируемого иэделия с выхода нуль-индикатора поступает сигнал, пропорциональный модулю намагниченности (или индукции) изделия. Этот

773543

Формула изобретения вие обратная связь, что приводит к ,периодическому исчезновению этого потенциала, т.е. к периодическому изменению суммарного управляющего напряжения, снимаемого с конденсатора 9 и резистора 10, а следовательно, к периодическому изменению напряжейности внешнего размагничивающего поля. Такое изменение внешнего поля эквивалентно изложению на постоянное поле переменного поля. Кроме того, вследствие обратной связи амплитуда изме- 1Î нения напряженности внешнего поля устанавливается в пределах, обусловленных влиянием магнитной упругости материала изделия, т.е. в пределах обратимых процессов, протекающих в материале при перемагничивании.

По мере заряда конденсатора 9 среднее значение напряженности внешнего размагничивающего поля возрастает, что эквивалентно увеличению 2О постоянной составляющей этого поля.

Возрастание продолжается до установления равновечного магнитного состояния материала иэделия в размагничивающем поле, т.е. до получения нулевой намагниченности (или индукции) изделия. После прохождения достаточного количества циклов перемагничивания материала наложенным переменным полем электронно-преобразовательная схема 15 открывает вход цифрового от- ЗО счетного устройства 14, обеспечивая фиксацию среднего значения напря>кенности установившегося внешнего размагничивающего поля, соответствующего коэрцитивной силе. По истечении 35 времени, необходимого для фиксации напряженности поля, схема 15 выключает регулятор 11 до следующего цикла измерения, переводя все элементы ко=.рцитиметра в исходное состояние. Ао

Применение предложенного способа позволяет снизить затраты времени на одно измерение в десятки раз по сравнению с временем, затрачиваемым на одно измерение коэрцитиметрами, реализующими известные способы, а также снизить в несколько раз массу источника размагничивающего поля.

Способ измерения коэрцитивной силы, заключающийся в размагничивании возрастающим во времени магнитным по-. лем при одновременном определении намагниченности изделия и определении коэрцитивной силы по среднему значению напряженности внешнего размагничивающего поля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и. быстродействия процесса измерения, размагничивание ведут в динамическом режиме до получения первого нулевого сигнала с датчика намагниченности, затем уменьшают напряженность внешнего размагничивающего поля на величину, пропорциональную запаздыванию намагниченности, накладывают на размагничивающее поле переменное магнитное поле с амплитудой в пределах магнитной упругости материала, после чего продолжают размагничивание, увеличивая напряженность постоянной составляющей внешнего размагничивающего поля до получения нулевой намагниченности изделия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Февралева Н.E. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. 1969, с. 188-197.

2. Авторское свидетельство СССР

9 458792, кл. G 01 R 33/12, 1975 (прототип).

773543

Составитель N.Êëûêoâ

Редактор О.Колесникова Техред Н. Ковалева КорректорA.Гриценко

Заказ 7495/58 Тираж 1019 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4