Чувствительный элемент устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различных устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей. Сущность изобретения: витки магнитопровода, выполненного намоткой ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, закреплены между собой точечной сваркой и надеты на каркас, являющийся распорной цилиндрической пружиной, которая состоит из двух одинаковых колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей и выполненных из алюминиевого сплава. Этим достигается высокая температурная стабильность устройства с таким чувствительным элементом, расширяется область их применения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к измерительной технике.
Известны чувствительные элементы устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей, включающие кольцевой магнитопровод из ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, на котором имеются обмотка возбуждения и сигнальные обмотки. Такой чувствительный элемент, взятый за прототип, имеет, например, датчик меток глубин ДМГ-2, предназначенный для считывания магнитных меток с геофизических кабелей при определении глубины в скважинах [1] Недостатком этого чувствительного элемента является его температурная нестабильность, обусловленная несовпадением величин температурных коэффициентов линейного расширения материалов магнитопровода и каркаса и сильной зависимостью величины магнитной проницаемости от механических усилий, прилагаемых к магнитопроводу, свойственной всем ферромагнитным материалом с высокой магнитной проницаемостью. Например, для пермаллоя магнитная проницаемость падает в сотни раз при усилиях порядка 2 кг/мм2 [2] При изменениях температуры окружающей среды меняется величина натяга в магнитопроводе, являясь причиной изменения его магнитной проницаемости. При большом перепаде температур это может привести к значительному изменению характеристик устройства и даже к прекращению его функционирования. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении влияния температуры окружающей среды на основные характеристики устройства, что позволяет повысить его надежность и расширить область его применения. Решение задачи обеспечивается тем, что витки магнитопровода закреплены точечной сваркой в единое кольцо и надеты на каркас, являющийся цилиндрической распорной пружиной. При этом сама распорная пружина состоит из двух одинаковых пружинных колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей, причем их размеры связаны соотношениями: a C b (0,07 0,1) Dм, Dк Dм + (0,4-0,6)g, g (0,8-1,2)b, где a высота бортика, b ширина щелевого зазора, c толщина магнитопровода, g толщина кольца, Dм внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, Dк наружный диаметр кольца. Кольца распорной пружины выполняются из алюминиевого сплава любой марки. На фиг.1 показана в разрезе конструкция чувствительного элемента устройства измерения напряженности слабого магнитного поля, взятого за прототип. На каркасе 1, выполненном из немагнитного материала, навит с определенным натягом ленточный ферромагнитный материал, образующий кольцевой магнитопровод 2, на котором намотаны обмотка возбуждения и сигнальные обмотки 3. На фиг. 2 приведена конструкция кольцевого ленточного магнитопровода 1, витки которого скреплены между собой точечной сваркой. На фиг.3 приведена конструкция распорной кольцевой пружины 2 с бортиком 3 и щелевым разрезом 4, составляющая половину каркаса. На фиг. 4 изображена конструкция предложенного чувствительного элемента устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей (обмотка возбуждения и сигнальные обмотки не показаны). Пружинящие кольца 2 вставлены в сжатом состоянии внутрь магнитопровода 1 с обеих сторон. После снятия сжимающих усилий они распрямляются, образуя единый каркас, обеспечивающий постоянное растягивающее усилие в магнитопроводе, имеющее величину порядка сотен грамм на квадратный миллиметр его сечения. Величина этого усилия при соблюдении указанных выше размеров каркаса практически не зависит от температуры окружающей среды и существенно ниже тех значений, при которых наблюдаются значительные изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью. Применение алюминиевых сплавов для кольцевых пружин обеспечивает требуемые механические характеристики и упрощает их изготовление. Приведенные выше оптимальные соотношения значений размеров распорных кольцевых пружин определены эмпирическим путем. В качестве примера реализации представлены основные параметры чувствительного элемента экспериментального образца датчика магнитных меток, опробованного на буровых установках г. Стрежевого Томской области: Магнитопровод имеет 5 витков ленточного пермаллоя марки 79НМ шириной 10 мм и толщиной 50 мкм. При этом Dм 30 мм, b 3 мм, Dк 31,5 мм, g 3 мм. Кольцевые пружины выполнены из алюминиевого сплава САВ-2Т. Чувствительный элемент, являющийся частью устройства для считывания магнитных меток с геофизических кабелей, успешно прошел испытания в составе штатного оборудования буровых установок производственного объединения Томскнефтьгеофизика, г. Стрежевой, в климатических условиях севера при перепадах температур от -40 до +50oC (высокие температуры обусловлены периодическим обливанием датчика горячей водой для оттаивания обледеневших элементов буровых вышек).Формула изобретения
1. Чувствительный элемент устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей, содержащий магнитопровод с обмотками возбуждения и сигнальными, выполненный в виде кольцевого сердечника из ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, навитого на каркас из немагнитного материала, отличающийся тем, что витки магнитопровода скреплены между собой точечной сваркой в единое кольцо и надеты на каркас, выполненный в виде цилиндрической распорной пружины, состоящей из разрезных пружинных колец. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что распорная пружина состоит из двух одинаковых колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей, причем их основные размеры связаны следующими соотношениями: а с, b (0, 07 1) Dм, Dк Dм + (0,4 -0,6)g, g (0,8 1,2) b, где а высота бортика, в ширина щелевого зазора, с толщина магнитопровода, g толщина кольца, Dм внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, Dк наружный диаметр кольца. 3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцо распорной пружины выполнено из алюминиевого сплава любой марки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4