Устройство для определения маг-нитных свойств веществ

Устройство для определения маг-нитных свойств веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И " - -8

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнаннстнческнх

Реснубпнк (ii>798654

Ф

МВ= (61) Дополнительное к авт. саид-ау

I (22) Заявлено. 1604.79 (21) 2751662/18-21 (53)IA. Кл.

С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Ио (23) Приоритет

6 01 К 33/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 2 3.0 1.81. Бюллетень Н9

Дата опубликования описания 230181 (53) УДК 621. 317..44(088.8) (72) Авторы изобретения

Н.Ф. Кротевич и В.Г. Сергеев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ

СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к средствам измерения магнитных величин и может быть использовано для определения намагниченности и магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ, материалов и горных пород в условиях научной или заводской лаборатории.

Известны магнитометры, которые служат для определения намагниченности и магнитной восприимчивости сгчбомагнитных веществ, содержащие первичный преобразователь, который выполнен в виде стрежня, подвешенного на крутильной нити и связанного с ним измерительного и одного — двух астазирующих магнитов, разнесенных на некоторое расстояние вдоль стержня и ориентированных параллельновстречно, и снабжены вторичными фотоэлектрическими преобразователями, схвачены отрицательной обратной связью (ООС) по магнитному полю. Характерным элементом цепи ООС является катушка типа колец Гольмгольца, полностью охватывающая либо измерительный, либо астазирующий магнит.

Первичный преобразователь, состоящий иэ разнесенных по вертикали и ориентированных встречно двух одинаковых магнитов, не реагирует на внешнее или переменное магнитное поле при условии его однородности. Измеряемый образец, располагаемый на линии, проходящей через центры магнитов, ближе к одному иэ них, называемому измерительным, и отклоняет последний на некоторый угол. Фотоэлектрический преобразователь с двумя дифференциально включенными фотоэлементами на входе преобразует угловую величину в электрическое напряжение, которое является мерой измеряемого параметра: намагниченности или восприимчивости — в зависимости от того, по какому параметру откалиброван прибор. C выхода вторичного преобразователя напряжение поступает также в катушку ООС типа колец Гольмгольца, после которой компенсирует первоначальное угловое отклонение магнита (1) .

Обладая сравнительно. высокиии метрологичнскими характеристик< ми и простотой, известные астатические магнитометры не лишены с рьезньм недостатков, главным из которых является низкая точность измерений в ус" ловиях неоднородного внешнего поля.

798654

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем первичный преобразователь в виде жестко связанных и подвешенных на растяжках измерительного и астазирующего маг5 нитов, вторичный фотоэлектрИческий преобразователь, обмотки отрицательной обратной связи и предметный столик для измеряемого образца, измерительный и астаэирующий магниты выбраны различными по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами тяжести и осями намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно, включенных в цепь отрицательной обратной связи, оси которых ориентированы в направлении возможного перемещения полюсов одного иэ магнитов,а также тем, что астазирующий магнит 20 выполнен в виде двух, симметрично расположенных относительно измерительного магнита и связанных с ним с возможностью взаимного осевого перемещения и жесткой фиксации элемен- д тов, между концами которых укреплена пластинка с растяжками.

На чертеже показана функциональная схема устройства для определения магнитных свойств веществ.

Первичный преобразователь состоит из измерительного магнита 1 выбранного в виде тонкого стержня, астаэирующего магнита 2 в виде двух коротких полых цилиндров, пластинки 3 и растяжек 4. Втулка 5, напрессованная на среднюю часть магнита 1, и втулки

6, запрессованные в магнит 2, соединены резьбой. Растяжки 4 прикреплены к пластинке 3 сваркой или пайкой.

Пластинка зажата между концами эле- 40 ментов астазирующего магнита. Она выполняет одновременно функции зеркала, необходимого для оптической связи с вторичным преобразователем.

Вблизи полюсов измерительного маг- 4 нита установлены две катушки 7, оси которых перпендикулярны оси магнита.

Концы магнита 1 совпадают с осями катушек и имеют возможность перемещения в направлении этих осей.

Вторичный фотоэлектрический преобразователь состоит из осветительной лампы 8, дифференциально включенных фотодиодов 9 и операционного усилителя 10. К выходу усилителя 10 подключается регистрирующий прибор. К этому же выходу подключен вход цепи отрицательной обратной связи, состоящей иэ дифференцирующей цепочки 11 и двух обмоток 12, намотанных на катушках 7 и соединенных между собой go последовательно-встречно.

Над одним из полюсов магнита 1 укреплен предметный столик 13, который служит для установки и фиксации измеряемого образца 14. Ось симмет- д рии образца проходит через полюс измерительного магнита перпендикулярно к нему.

Устройство крепления и натяжения растяжек на чертеже не показано.

Принцип работы устройства состо- . ит в следующем.

Магнитные моменты магнитов 1 и 2 выбраны равными и ориентированы встречно. СлеДовательно, первичный преобразователь нечувствителен как к однородным магнитным полям, так и к неоднородным. Последнее обеспечивается тем, что центры симметрии магнитов совмещены.. В этом случае суммарный вращающий момент первичного преобразователя определяется выражением

Map (HdHO 1 где М„и М вЂ” магнитные моменты магнитов 1 и 2, Н вЂ” средняя величина напряженности внешнего магнитного поля, отнесенная к точке, совпадающей с центрами магнитов. Так как М

N,,то М р = 0 при любой конфйгурации поля Н

Снижение восприимчивости к механическим колебаниям может быть достигнуто путем точного совмещения центра тяжести колеблющейся системы с точкой ее подвеса. В рассматриваемой конструкции это достигается путем поступательного перемещения элементов астаэирующего магнита вместе с пластинкой 3 относительно магнита

1. Резьбовое соединение элементов первичного преобразователя используется также для точного подбора астатичности путем изменения расстояния между двумя половинами астазирующего магнита 2 (этим изменяется магнитный момент магнита 2), Для ком" пенсации зазоров используются соответствующие прокладки (на чертеже не показаны). Сила F, действующая на некоторый объем вещества, помещенного в неоднородное магнитное поле, пропорциональна напряженности и гра— диенту напряженности поля, т.е.

Н ах (i)

Магнйтное поле на оси постоянного магнита выражается следующим соотношением где М вЂ” магнитный момент магнита х — расстояние.от центра магнита до точки, в которой определяется поле

1 — полудлина магнита.

Из (2) следует ф"-- (+„0Я) .1©++..) (3)

При фиксированном положении ббразца вблизи полюса измерительного

798654 магнита из выражений (2) и (3) видно, что сила, действу чщая между образцом и магнитом, зависит от длины последнего. Расчет показывает, что сила, действующая на образец со стороны полюса измерительного магнита, в 36 раз больше, чем со стороны астазирующего магнита. Таким образом, влияние последнего на чувствителыность преобразователя может быть сдепано сколь угодно малым, если подоб- О рать соответствующим образом геометрические параметры магнитов.

Образец 14 вещества, установленный на предметный столик, вызывает угловое отклонение первичного преобразователя, которое преобразуется 15 в электрическое напряжение, регистрируемое аналоговым или цифровым прибором. Ток, пропорциональный выходному напряжению, протекает по обмоткам 12

И создает в них магнитное поле об- Я ратной связи. Взаимодействие между обмотками отрицательной обратной связи и полюсами магнита 1 происходит так же, как и с измеряемым образцом> только в обратном направлении. 25

Особенность цепи отрицательной обратной связи состоит в следующем. ила, действующая на полюсы магнита

1 со стороны катушек 7, определяется в соответствии с выражением (1) По- 30 скольку вблизи полюсов магнита грациент поля существует во всех направлениях (поле резко неоднородно), то и силовое действие на.магнит будет осуществляться во всех направлениях.

Тем самым обеспечивается всенаправленная обратная связь: любому перемещению магнита, вызванному, например, механическим воздействием, будет препятствовать сила со стороны катушек отрицательной обратной связи. ф)

Рассмотренным свойством не обладает отрицательная обратная связь, вводимая.посредством катушек типа колец

Гельмгольца, полностью охватывающих магнит. В этом случае на магнит воз- 4 действует только одна составляющая поля в направлении оси катушки. При этом стабилизируются лишь крутильные колебания магнита: при всех других движениях магнита (наиболее харак- О терным из них являются поперечные колебания цервичного преобразователя) он не будет испытывать действие отрицательной обратной связи. Следствием этого является наблюдаемое на практике снижение отношения сигнал/ шум при увеличении глубины отрицательной обратной связи.

Предлагаемое устройство может быть отградуировано либо в абсолютных единицах намагниченности или .магнитной восприимчивости, либо в относительных. В последнем случае измерения производят методом сравнения с образцом, магнитные свойства которого известны.

В отличие от широко применяемой методики измерения магнитной восприимчивости, в которой используются образцы с правильной геометрией (куб, цилиндр), в предлагаемом устройстве используются образцы только с одной плоской поверхностью, совпадающий с плоскостью предметного сточика. а

Формула изобретения

1. Устройство для определения маг" нитных свойств веществ, содержащее первичный преобраэоватеЛь в виде жестко связанных и подвешенных на растяжках измерительного и астазирующего магнитов, вторичный фотоэлектрический преобразователь, обмотки отрицательной обратной связи и предметный столик для измеряемого образца, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в нем измерительный и астазирующий магниты выбраны различными по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами тяжести и осями намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно, включенных в цепь отрицательной обратной связи, оси которых ориентированы в направлении возможного перемещения полюсов одного из магнитов.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что астазирующий магнит выполнен в виде двух,симметрично расположенных относительно измерительного магнита и связанных с ним с воэможностью взаимного осевого перемещения и жесткой фиксации элементов, между концами которых укреплена пластинка с растяжками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Journal of Physics, Е.Scient i f i cs Instruments", 1914, 97, п. 4, р. 266-168, Составитель Е. Данилина

Редактор В. Данко Техред М.Рейвес Корректор С. Щомак

Заказ 10020/57 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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