Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую, катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входами первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем выходы первого и второго операционных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, отличаю-щ е е с я тем, что, с целью повы1нения точности измерений оно снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измериS тельная катушка закреплена на штоке (Л механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка установлена на каркасе первой измерительной катушки. СП 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) {11) 3(51) С- 01 Р 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3416284/18-21 (22) 31.03.82 (46) 30.09.83. Бюл. Р 36 (72) Н.К. Трусов (71) Институт прикладной физики

AH 8e o c oA CCP (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. "Измерительная техника", 1967, Р 10, с. 53-57.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 800920, кл. G 01 R 33/14, 1979. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН!1Я

СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ФЕРРОМАГНИТН61Х МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую,.катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входами первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем выходы первого и второго опе рационных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, о т л и ч а ю-— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений оно снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка установлена на каркасе первой измерительной катушки.

1045181

Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности к испытаниям ферромагнитных материалов и измерению их статических магнитных характеристик на стержневых цилиндрических образцах, намагничиваемых в разомкнутой цепи, и может быть использовано для. записи начальной кривой намагничивания или петель магнитного гистереэиса на двухкоординатном графопостроителе. 10

Известно устройство для испытания ферромагнитных материалов при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи, представляющее из себя вибрационный магнитометр, позволяющий измерять намагниченность (магнитный момент) шарообразных ферромагнитных образцов. Напряженность намагничивающего поля измеряется измерительным генератором 1 ).

Получение статических магнитных характеристик вещества на основе измеренных характеристик образца связано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависящим от величины намагниченности. Использование такой методики и применение ее для изме- 30 рения шарообразных образцов при удовлетворительной точности ограничивает измерения слабомагнитными веществами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 3э устройство для определения статичЕских магнитных характеристик ферромагнитных материалов, предназначенное для записи начальной кривой намагничивания и петель магнитного 40 гистереэиса"на цилиндрических образцах при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи. Устройство содержит последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, 45 намагничивающую катушку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего напряжения, три операционных усилителя, два синхронных детектора, измерительную катушку и двухкоординатный графопост-. роитель. В данном устройстве напряженность внутреннего намагничивающего поля ферромагнитного цилиндра определяется как разность напряженностей внешнего и раэмагничивающего полей. Напряженность размагничивающего поля ферромагнитного образца в данном устройстве измеряется вблизи наружной поверхности испытуемо- 60

ro образца датчиком в виде двух включенных встречно коаксиальных катушек С2 3.

Однако данному устройству свойственна недостаточная точность измерений, обусловленная тем, что напряженность размагничивающего поля уже на расстояниях 0,2-0,8 радиуса поперечного сечения испытуемого цилиндрического образца от его поверхности существенно отличается от напряженности размагничивающего поля, внутри образца, а расположить блинке к поверхности образца измерительные катушки не удается вследствие необходимости обеспечения как относительного движения образца и измерительной катушки, так и высокой чувствительности.

Это приводит к значительным погрешностям измерений напряженности внутреннего намагничивающего поля особенно при испытании магнитомягких материалов. Кроме того, значительная погрешность измерений напряженности внутреннего намагничивающего поля обусловлена не совсем рациональной структурой известного устройства, эт<; связано в конечном итоге с тем, что сигнал, пропорциональный напряженности размагничивающего поля, пропорционален амплитуде и частоте вибрации, а,сигнал, пропорциональный напряженности внешнего, намагничивающего поля, не зависит от них.

Поэтому даже небольшие изменения амплитуды и частоты вибрации могут приводить, как показывают расчеты, к значительным погрешностям изме,рений в области больших магнитных проницаемостей по кривой намагничивания.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем„ что устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, намагничивающую катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входа 4и первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, .причем выходы. первого и второго операционных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка

1045181 установлена на каркасе первой измерительной катушки. .На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — взаимное расположение намагничивающей катушки, 5 испытуемого ферромагнитного цилиндра и измерительных катушек.

Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов содержит 10 регулируемый генератор 1 постоянного тока, намагничивающую катушку 2, резистор 3 отрицательной обратной связи потоку, механизм 4 возвратно-поступательных колебаний со штоком 5, на котором закреплен испытуемый ферромагнитный цилиндр б.

Устройство также содержит первую 7 измерительную катушку, дополнительные вторую 8 и третью 9 измеритель; ные катушки, операционные усилители 10 и 11, генератор 12, синхронные детекторы 13 и 14 и двухкоординатный графопостроитель 15. Испытуемый ферромагнитный цилиндр б закреплен на штоке 5 механизма 4 возвратно-поступательных колебаний и расположен в зоне однородного магнитного поля намагничивающей катушки 2 соосно с ней. Первая измерительная катушка 7 подключена через переменные резисторы к инвертирующим входам операционных усилителей 10 и 11 и расположена соосно с ферро— магнитным цилиндром б так, что один ее торец находится в плоскости его З5 центрального поперечного сечения.

Дополнительная вторая измерительная катушка 8 подключена через переменный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 10 и 40 расположена на каркасе первой измерительной катушки 7.так, что плоскость ее витков лежит на расстоянии

0,1-0,2 длины от центрального поперечного сечения ферромагнитного 45 цилиндра б. Вторая дополнительная из. мерительная катушка 9 закреплена на штоке 5 в плоскости торца намагничивающей катушки 2 и подключена через переменный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 10. Инвертирующий вход операционного усилителя 11 через переменный резистор подключен к первой из— мерительной катушке 7. Выходы операционных усилителей 10 и 11 подключены соотнетстненно через синхронные детекторы 13 и 14 к горизонталь— ной и нертикаль ной разверт1.ам графопостроителя 15. Выход генератора 12 управляющего напряжения подсоединен 60 к механизму 4 возвратно-поступательных коле баний и управляющим входам синхронных детекторов 13 и 14.

Для формирования сигнала, характеризующего напряженность намагничиваюА Но(5о ц 5 к Но j е 8 = 1" 8 -- — б О А Г1ис1, Ж

ЭДС в измерительных катушках 7 и 8; амплитуда и частота вибрации; магнитная постоянная; направление вибраций; намагни- енность; на .агниченность и центральном поперечном сечении ферромагнитного цилиндра б; площадь поперечного сечения измерительной катушки 7; площадь поперечного сечения ферромагнитного цилиндра б; напряженность размагничинающего поля цилиндра б; число витков измерительной катшуки 8; плотность намотки проводов измерительной катушки 7. что для ферромагнитных соотношением длины к ьшим десяти S ÇO>) S „Í где е и е8

A u а.о х

Зе

Но

Учитывая, цилиндров с диамерту бол е1 = иоАГКбоУО

В третьей измерительной катушке

9 наводится переменная ЭДС е, ампли ".;„-- которой равна ан, 9 а 9 Дх где N 9 — число витков катушки 9;

Н вЂ” напряженность намагничиР вающей катушки 2 беэ желез. ных сердечникон. щего поля, служит гретья измеритель— ная катушка 9, закрепленная на штоке механизма возвратно-поступател.-ных колебаний около торца намагничинающей катушки.

-Сигнал, пропорциональный намагниченности, формируется первой измерительной катушкой 7, а сигнал, пропорциональный градиенту намагниченности, — второй измерительной кату1вкой 8 .

Устройство работает следующим образом.

При совершении с небольшой частотой и амплитудой линейных возвратно-поступательных колебаний намагниченным образом .относительно первой1 и второй измерительных катушек 7 и 8 в последних наводятся переменные

ЭДС, амплитуда которых равна

1048181 е = КНе

9 е о= (k< М, о Г(Л )С (Л,x )"-o j

К (Н вЂ” М) )=КН„, М ео 2Г

Составитель М. Клыкова

Редактор l0. Ковач Техред Т, Фанта Корректор А. Ильин

Заказ 7547/48 Тираж 71 0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Поскольку намагничивающая катушка 2 не имеет железных сердечников, то можно записать где К вЂ” постоянный коэффициент, определяемый величинами

А, f М, числом витков и конструкцией намагничивающей катушки 2.

Вторая. 8 и третья 9 измерительные катушки и первая измерительная катушка 7 подключены через переменные резисторы к инвертирующему входу усилителя 10, так что сигналы с первой 7 и второй 8 измерительных катушек находятся в фазе, а сигнал с третьей измерительной катушки 9 в противофазе с ними.

На выходе операционного усилителя 10 формируется сигнал равный где Г(Л ) — функция, зависящая от соотношения it длины е „ к диаметру d цилиндра;

С(й,х"J - параметр, входящий в функцию распределения намагниченности по длине цилиндра;

М вЂ” централь ный коэффи1iие HT размагничивания ферромагнитного цилиндра.

На выходе операционного усилителя 11 будет присутствовать сигнал, пропорциональный намагниченности.

Сигналы с. операционных усилителей 10 и 11 поступают на синхронные детекторы 13 и 1.4, где синхронно детектируются, и далее на входы

10 Х и У двухкоординатного графопостроителя 15.

При непрерывном изменении напряженности внешнего намагничивающего

15 поля, например, по пилообразному закону на графопостроителе 15 будет записываться петля .магнитного гистерезиса в координатах намагниченность— напряженность внутреннего намагни20 чивающего поля.

Основное техническое преимущестВо изобретения по сравнению с известным заключается в повышении проиэво25 дительности и точности измерений.

Повышение производительности обеспечивается как непрерывностью процесса измерений, так и автоматическим учетом коэффициента размагни3О чивания. Повышение точности измерении обеспечивается тем, что в устройстве автоматически учитывается зависимость коэффициента размагничивания от магнитных свойств мате35 риала испытуемых образцов.