Способ определения статических магнитных характеристик материала и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсник

«Социапистичеснии

Республик (i»020598 (6! ) Дополнительное к авт. спид-ву (22) Заявлено 18. 07.80 (21) 2958108/18-21 с присоединением заявки М(23) Приоритет

Опубликовано 1<>. 04. 82. Бюллетень М 14 (5!)М. Кл.

С О! R 33/12

Гасударственный комитет

СССР

No делен ввебрвтвкий и отврыткй (53) УДК 621.317..44(088.8) Дата опубликования описания 1S.04.82 (72) Авторы изобретения

В.И.Гордон и В. Г.Антонов (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к магнит- ным измерениям и может быть использовано для определения статических магнитных характеристик ферромагнит- ных материалов.

Важной задачей контроля свойств ферромагнитных материалов является создание высокоточных средств опре" деления их статических магнитных характеристик. Это необходимо длл повы, шения качества и надежности изделий, использующих магнитные материалы.

Статические магнитные характеристики определяют при приемо-сдаточных испытаниях материалов, при технологическом контроле в процессе производства материала, при получении справочных данных для инженерных расчетов магнитных элементов различных устройств.Определение статических магнитных характеристик сводится к получению кривых намагничивания и петли гисте" реэиса. известен способ определения статических магнитных х арактеристик материалов, заключающийсл в том, что испытуемый образец намагничивают ступенчато-изменяющимся магнитным полем и измеряют приращения магнитной индукции образца (12.

Известный способ реализуется уст» ройством, содержащим источник ступенчато-изменяющегося тока, намагничи"

10 вающую и измерительную обмотки, интегратор и регистратор. 121,.

В известном техническом решении время намагничивания образца на каж"

15 дой ступенИ и амплитуду напряженности поля ступеней выбирают заранее, до проведения испытаний ° Времл намагничивания образца определяют путем расчета времени перехода образца в новое магнитное состояние при измене20

/ нии напряженности намагничиваюцего поля (времени промагничивания), при" чем это время зависит не только от материала образца и его геометричес92059 ких размеров, но и от того, на каком участке петли гистерезиса или кривой намагничивания производится измерение, так что рассчитать необходимое время намагничивания до проведения испытаний практически невозможно. Это приводит к погрешности определения характеристик. Необходимость расчетов для каждого нового образца приводит к увеличению време- te ни определения характеристик.,Отсутствие однозначного критерия для установки амплитуды ступеней намагничивающего поля также приводит к погрешности в определении характеристик, В свя- 5 зи с тем, что кривые намагничивания и петли гистереэиса как функции магнитной индукции в образце от напряженности намагничивающего поля:B=f(ll), имеют участки с резко различными наклонами к оси Н, то выбор относительно небольшой амплитуды ступеней приводит к погрешности на участках с небольшим наклоном иэ-за малой амплитуды ЭДС в измерительной обмотке образца, сравнимой с уровнем шумов. При выборе относительно большой амплитуды возрастает погрешность на

"крутых" участках, так как число измеренных точек на этих участках мало и даже может отсутствовать, Опре. деление требуемых для каждого участка кривой намагничивания или петли гистереэиса значений амплитуды сту" пеней намагничивающего поля для образца с неизвестными характеристика 35 ми невозможно, а именно такие образцы и подвергаются испытаниям. Таким образом, недостатками этого техничес-кого решения являются низкая точность, 40 и малая производительность определения характеристик материалов, Наиболее близким к предлагаемому является способ определения статических магнитных характеристик материалов, заключающийся в том, что испы45 туемый образец намагничивают ступен-. чато-изменяющимся магнитным полем и измеряют приращения магнитного потока образца, причем амплитуду ступеней намагничивающего поля устанавливают так, чтобы приращения магнитного потока образца, соответствующие каждой ступени, были равны между собой.

Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные источник тока, переключатель

8 4 тока и намагничивающую обмотку и последовательно соединенные измерительную обмотку, интегратор, выполненный в виде преобразователя напряжения в частоту и счетчика импульсов, и регистратор (3).

В известном техническом решении длительность ступеней намагничивающего поля устанавливают в соответствии с временем, необходимым для измерения приращения намагничивающего поля (амплитуды ступени) . Приращения магнитного потока образца измеряют в процессе изменения-напряженности намагничивающего поля между ступенями, причем скорость изменения напряженности регулируют так, чтобы скорость изменения магнитного потока образца не превышала установленного заранее эначенйя, т.е. обеспечивают режим перемагничивания cdB/dt < "oAst.

Следовательно, перемагничивание образца происходит по квазиостатической петле гистерезиса. При этом имеет место методическая погрешность отлиI чия кваэистатической петли гистере- . зиса от статической из-за влияния вихревых токов. Эта погрешность зависит от скорости изменения магнитной индукции в образце, а также от материала образца и его геометрических размеров. Для того, чтобы погрешность не превышала определенного значения, необходимо перед испытанием каждого нового образца рассчитать или определить экспериментально максимально допустимую скорость изменения магнитной индукции в.образце, однако точно рассчитать ее невозможно, так как.обычно испытывают образцы с неизвестными характеристиками. Кроме того, необходимость расчетов или экспериментального определения максимально допустимой скорости (сЩ/Щ увеличивает время, необходимое .для определения характеристик материала. Таким образом, к недостаткам данного технического решения относятся низкая точность и малая производительность определения характеристик материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения статических магнитных характеристик материала, Указанная цель достигается тем, что в способе определения статических магнитных характеристик материала путем намагничивания образца ступенчато"изменяющимся магнитным полем

920598

5 и измерения приращения магнитного потока образца, намагничивание образца на каждой ступени осуществляют в течение времени изменения магнитного по- ц тока образца, а амплитуду напряженнос-5 и ти поля каждой последующей ступени устанавливают в обратно пропорциональ- н ной зависимости от длительности намаг- и ничивания образца на предыдущей сту- ч пени. 10 т

Устройство для определения стати-. н ческих магнитных характеристик мате- м риала, содержащее последовательно в соединенные источник тока, переключа- в тель и намагничивающую обмотку и 15 н последовательно соединенные измери- в тел ьную обмот ку, инте гр втор и регистратор, снабжено последовательно сое- н диненными с измерительной обмоткой и усилитеЛем, блоком сравнения и пре- 20 и образователем интервала времени в код, и выход которогб подключен к одному р из управляющих входов переключателя, н второй управляющий вход которого соединЕн с выходом блока сравнения, а 25 и второй вход регистратора — с вторым в выходом источника тока. в

Это техническое решение позволяет в исключить влияние вихревых soxoe на н результаты измерения при определении З0 г статических магнитных характеристик в материалов и обеспечить оптимальное В (минимально возможное) время испыта- и ния образцов различных материалов и различных геометрических размеров. З5 с

Исключается также необходимость в м предварительном определении каких-ли- д бо дополнительных данных для прове- н дения испытаний.

На чертеже представлена блок схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 тока, переключатель 2, намагничивающую обмотку .

3 испытуемого образца 4, последовательно соединенные измерительную обмотку 5. испытуемого образца 4, интегратор 6 и регистратор 7, а также последовательно соединенные усилитель

8, блок 9 сравнения и преобразователь

10 интервала времени в код. Регистратор 7 вторым входом подключен ко, второму выходу источника 1 тока. Вход усилителя 8 соединен с измерительной обмоткой 5. Выход преобразователя 10 интервала времени в код подключен к одному из управляющих входов перекяю. чателя 2, второй управляющий вход ко" б торого соединен с выходом блока 9 сравнения.

Известно, что время перехода обдаз" а в новое магнитное состояние (время ромагничивания) определяется в основ" ном поверхностным эффектом. Ири измеении напряженности намагничивающего оля в образце возникают макроскопиеские и микроскопические вихревые оки, создающие свой магнитный поток, аправленный противоположно магнитноу потоку, связанному с. намагничиающим полем. Это экранирующее дейст" ие вихревых токов задерживает проикновение. намагничивающего поля нутрь образца.

Если образец, имеющий .измерительую обмотку, намагничивать ступенчатозменяющимся магнитным полем, то ри каждом изменении напряженности оля в измерительной обмотке индуктиуется ЭДС е, равная скорости измене" ия магнитного потока Ф в образце, 84

ЭДС е индуктируется только ри изменении магнитного потока Ф образце. Это изменение происходит течение времени перехода образца новое магнитное состояние при даном изменении напряженности магнитноо поля. Следовательно, можно сделать

ывод, что длительность импульса ЭДС измерительной обмотке равна времени ромагничивания образца.

Вольт-секундная плащадь S импульа ЭДС пропорциональна приращению агнитной индукции 613) соответствует анному изменению напряженности намагичивающегр поля.

5 = 1 odt= Ьф =1сЬВ, 0 где Г - длительность импульса ЭДС;

k — коэффициент пропорциональности

Таким образом, установлено, что если каждое следующее изменение напряженности намагничивающего поля производить после окончания импульса ЭДС, индуктированного в измерительной обмотке при,предыдущем изменении напряженности, и измерять вольт-секундные ,площади импульсов ЭДС, то влияние вихревых токов на результаты опре" деления характеристик исключается, поскольку изменение напряженности производится после установления в образце статического магнитного состояния и измеряются приращения .индукции в образце, соответствующие пере" ходу от одного статического состояния в другое. При этом время испыта.7 9205 . ния данного образца получается мини. мальным по сравнению с другими методами со ступенчато-изменяющимся намагничивающим полем, Время промагничивания образца зависит от его толщины и прямо пропорционально магнитной проницаемости и электропроводности материала:

ta = k ö6 а, IO где ta - время промагничивания образца;

k - коэффициент пропорциональности ,, - магнитная проницаемость мате-И риала образца;

О - удельная электропроводность материала, а - толщина образца. Для данного образца время промаг- щ ничивания определяется магнитной проницаемостью, которая характеризует наклон зависимости .магнитной индукции образца от напряженности намагничивающего поля В = f(fl) к оси Н. 2s

Следовательно, если устанавливат ь амплитуду ступеней намагничиваощего поля в обратно пропорциональной.зависимости от вре> HN йромагничивэния, которое равно длительности импульсов

ЭДС, то можно получить достаточно большое число измеренных точек зависимости В = f(1i) на "крутых" участках при достаточно больших приращениях магнитной индукции на "пологих" участках,>> и, тем самым, повысить точность определения характеристик.

Способ осуществляется следующим образом.

При пропускании тока по намагничи- вающей обмотке 3 от источника 1 тока через переключатель 2 в намагничивающей обмотке 3 создается магнитное поле, которое намагничивает испытуе-. мый образец 4. Напряженность этого прля однозначно определяется значением тока в намагничивающей обмотке 3, В момент поступления сигнала переключения с выхода блока 9 сравнения в переключателе 2 происходит скачкообразное ® изменение тока, вызывающее изменение напряженности намагничивающего поля, Величина .изменения тока устанавливает-; ся в переключателе 2 в пределах от (1/3 - 1/5) 2„„ до (1/15 - 1/20) Л,„ Я в зависимости от кода на выходе преобразователя 10 интервала времени в код.

3,„ - значение тока, соответствующее. максимал ьной напряженности намагничи. вающего поля, которая необходима для испытания данного класса материалов.

При изменении напряженности намагничивающего полл испытуемый образец 4 перемагничивается, его магнитный поток ф изменлется, и в измерительной обмотке 5 индуктируется импульс ЭДС, длительность которого равна времени изменения магнитного потока ф, dl3 д 1 и() д у где k постоянная измерительной обмотки 5;

В - индукция в образце 4.

Этот импульс усиливается усилителем 8 и поступает на блок 9 сравнения, в котором вырабатывается сигнал переключения в момент, когда напряжение на выходе усилителя 8 становится равным нулевому уровню. Сигнал переключения, поступая на управляющий вход переключателя 2, определяет момент следующего изменения тока в переключателе 2. Этот сигнал поступает также на преобразователь 10 интервала вре« мени в код, в котором формируется код, соответствующий интервалу между двумя соседними сигналами переключателя. В соответствии с этим кодом в переключателе 2 устанавливается величина приращения для следующего изменения тока так,-что меньшим интервалом времени соответствуют большие приращения тока и наоборот, т.е. в обратно пропорциональной зависимости от интервала времени.

При поступлении сигнала переключения с выхода блока 9 сравнения в переключателе 2 происходит следующее изменение, тока. Таким образом, формируется ступенчато-изменяющееся намагничиваюцее поле при,намагничивании испытуемого образца 4 на каждой ступени в течение времени изменения магнитного потока образца, с амплитудой напряженности поля каждой следующей ступени, находящейся в обратно пропорциональной зависимости от длительности намагничивания образца на"предыдущей ступени.

Импульсы ЗДС с измерительной обмотки 5 интегрируются интегратором 6.

Напряжение на выходе интегратора 6 после интегрирования каждого импульса

ЭДС увеличивается пропорционально приращению магнитной индукции д В в испытуемом образце 4, вызванного соотформула изобретения

II

9 9205 ветствующим изменением напряженности намагничивающего поля,

U><=U „+1 $ e „dt = 1с(Вп a В) о где ll>,13 <- напряжение на выходе интегратора 6 после интегрирования п-ro и (и+1)-го импульсов ЭДС соответственно;

k< - постоянная интегратора 6; в В „ „- длительность (n+1)-.ro импульса, ЭДС е

В - индукция в образце 4;, Напряжение с выхода интегратора 6 поступает на регистратор 7, куда .одно-1 временно поступает напряжение от источника 1 тока, пропорциональное напряженности намагничивающего поля. 8 регистраторе 7 зафиксируется зависимость магнитной. индукции в испытуемом 2в образце 4 от напряженности намагничивающего поля. Эта зависимость и является. статической характеристикой мате-. риала образца 4.

Использование предлагаемого техни- gs ческого решения для определения ста тических магнитных характеристик материалов обеспечивает по сравнению с известными повышение точности определения характеристик за счет исклю- зв чения влияния вихревых токов на результаты измерения, а также повышение производительности определения харак" теристик за счет сокращения времеНи испытаний. 8 частности, по сравнению с образцом лучшей техники, обеспечивается повышение точности не менее, чем в 2 раза, и производительности не менее, чем в 5 раэ.

1. Способ определения статических магнитных характеристик материала путем намагничивания образца ступен- is чато-изменяющимся магнитным полем iN . измерения приращений магнитного по98 10 тока образца, о т. л и ч а ющи йс я тем, что, с целью повышения точ" ности измерений, намагничивание образца на каждой ступени осуществляют в течение времени изменения магнитного потока образца, а амплитуду нап ряженност и поля каждой пос ледующей ступени устанавливают в обратно пропорциональной зависимости от длительности намагничивания образца на предыдущей ступени.

2. Устройство для определения статических магнитных характеристик ма-. териала, содержащее последовательно соединенные источник тока, переключатель и намагничивающую обмотку и последовательно соединенные измери" тельную обмотку, интегратор и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изме" рений, оно снабжено последовательно соединенными с измерительной обмоткой усилителем.,блоком сравнения и преобразователем интервала времени в код, выход которого подключен к одному из управляющих входов переключателя второй управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, а второй вход регистратора — с вторым выходом истрчникаа тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-.,1. -Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. И., "Энергия", 1969, с. 138-139, 163-164.

2. Зорин Д.И., Новопашенный Г.Н., Шрамков Е.Г. Пути автоматизации измерительных устройств для определения магнитных характеристик ферромагнит= ных материалов. - Труды метролопческих институтов СССР. 1967, вып.

95(15Я,с.. 163-121.

3; СаррйиИег Horst. Vollautomatisches 4agnetwerkstoff-рrufgerat

mit Analog - Digital - Nandlern

"Leitschrift нп Instrunentenkunde", 70, 1962, Н11, 279-282.

920598

Составитель Г. Семенова

Редактор t).Недолуженко Техред Т. Иаточка .Корректор С. Шекмар

Заказ 2332/50 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Н-35, Рауаская наб., д. 4/5

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