Способ контроля ферромагнитныхобразцов посредством электромагнит-ного преобразователя

Способ контроля ферромагнитныхобразцов посредством электромагнит-ного преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ы АВТОРСЫОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6t) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 27.07.79 (21) 2802260/18-21 (51)PA. Ка. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 R 33/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070681 Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 07.06.81 (53) УДК 621. 317. 44 (088.8) (72) Автор изобретения

С.A. Логинов и

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ ПОСР ЕДС ТВОМ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ!

15

2О

ЗО, Изобретение относится к электромагнитным измерениям и может быть использовано для контроля измерения электромагнитных параметров в условиях неоднородного намагничивающего оля и неоднородной намагниченности ферромагнитных и электропроводящих сред и материалов.

Известен электромагнитный способ контроля в неоднородном магнитном поле структурного состояния, разме-. ров, химического состава и т.д., основанный на регистрации изменения электромагнитного поля, наводимого первичным преобразователем в материале (1Q .

Недостаток способа заключается в его невысокой точности.

Известен также способ контроля магнитных свойств с помощью коэрцитиметра с приставными электромагнитами в неоднородном магнитном поле,. который заключается в .пропускании по намагничивающей обмотке электромагнита наперед заданного значения тока намагничивания и последующем размагничивании, в фиксировании величины размагничивающего тока (27.

Недостатком данного способа является невысокая точность.

С целью повышения точности контроля ферромагнитных образцов посредством электромагнитного преобразователя способом, включающим определение потерь на перемагничивание, устанавливают намагничивающий ток электромагнитного преобразователя, при котором определяют комплексное полное сопротивление электромагнитного преобразователя и фазовый угол между установленным намагничивающим током и напряжением.на намагничивающей обмотке электромагнитного преобразователя, затем накладывают преобразователь на образец и повторно определяют комплексное полное сопротивление и фазовый угол, определяют удвоенную энергию взаимодействия преобразователя с образцом, изменяют намагничивающий ток преобразователя до достижения нулевого значения разности полученного и заданного значений удвоенной Энергии взаимодействия преобразователя с образцом; при этом удвоенную энер836609 гию взаимодействия преобразователя с образцом определяют по формуле:

ЬЭф- 1 ) 20+ 2Ф 22024 c0$(YО Ф) где - намагничивающий ток электромагнитного преобразователя;

Z и Z4, — комплексное полное сопротивление первичного преобразователя соответственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии; о и МФ вЂ” фазовый угол между намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке преобразователя сооТ ветственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии.

На фиг. 1 показан схематически пример конструкции электромагнитного преобразователя, предназначенного для реализации предложенного способа контроля; на фиг. 2 приведена эквивалентная схема замещения преобразователя.

Преобразователь представляет собой два ферромагнитных стержня из магнитомягкого материала 1 и 2 квадратного сечения. Мысленно разделим всю длину стержня пополам и на середину каждой половины намотаем намагничивающую обмотку {всего четыре секции, допустим, по одному витку)

3-6. Соединим намагничивающие секции так, чтобы вектора намагниченности 7-10 были направлены так, как показано на фиг.1. Вместе с секциями

5 и 6 намотаем измерительную обмотку (на фиг.1 не показана), а в середине каждого стержня разместим дополнительную измерительную обмотку в виде двух секций 11 и 12.

Анализ работы первичного преобразователя проведем с помощью эквивалентной схемы замещения. Выполнение секций намагничивающей обмотки в виде сосредоточенных катушек, а также относительная автономность каждого участка феррОмаГнитного стержня делает наиболее удобным применение для анализа и расчета первичного преобразователя эквивалентной схемы магнитной цепи, в которой отдельные участки ферромагнитного стержня со своей намагниченностью и магнитной проводимостью рассматриваются в качестве простейшего однородного элемента.

На фиг. 2 представлена эквивалентная схема магнитной цепи со следующими обозначениями:

13(R) — магнитное сопротивление воздушных зазоров между ферромагнитными стержнями первичного преобразо вателя;

14(R„) и 15(R<) — магнитное сопротивление соответственно верхней и нижней половин ферромагнитного стержня;

16(R>) — магнитное сопротивление воздушного промежутка между стержнем и исследуемым образцом 17 (фиг.1);

18(Ry) — магнитное сопротивление исследуемого образца;

19(Ф„),20(ф ) и 21(Ф ) - контурные магнитные потоки; магнитодвижущая сила,созда- . ваемая отдельной намагничивающей. секцией.

Для расчета цепи использован метод контурных токов (потоков). Составим .контурные уравнения для трех контуров:

2Ф(в+8) +ФВ = 23

2

Ф (Н,, + 2К3 + Н) -Ф и = О

1- -@., 0 — з — =a и ф

После поднесения исследуемого образца к первичному преобразователю это сопротивление изменится и станет, 5 рав н о R ":

2. -Ф,R — =Р (В) ф

Разница этих сопротивлений, умноженная на квадрат магнитного потока, ранна энергии взаимодействия первичного преобразователя с исследуе мым образцом:

55 (a - uä)4 2=6 = Ф. (4)

Эта величина определяет состояние намагниченного исследуемого материала и равна полной энергии, израсходованной на намагничивание исследуеQQ мо1о материала. Для доказательства этого найдем R из системы уравнений, когда исследуемый материал отсутствует:

82 = 2(R< + R)

65 .

Найдем энергию взаимодействия перр5 вичного преобразователя с исследуемым образцом. Это легко сделать, если помнить, что энергия взаимодействия определяется по изменению магнитного состояния первичного преобразователя до взаимодействия с исследуемым образцом и при взаимодействии.

Пропустим по намагничивающей об-. мотке ток = . В первом и во втором контуре при отсутствии исследуемого образца возникнут магнитные потоки

Ф1 и ф . Контурное магнитное сопроо о тивление второго контура R< в этом о случае

836609.

2ý-Ф Я Фэ

=2{R +R)- —

2 Фх = 2 Ф

Подставим.R - R = — R в (4), 5

0 ®Э и ф получим для энергии взаимодействия ков:

15

Ф .-Ф в-в —— Ф Ь вЪ 2д(ф

,получим:

С, Фф () 22 г ) 20

С учетом (5) найдем

22 Ях9 It2à ввъ. 4

+(25

Так как величина 2R << Я, то

222 — э — — В О, т.е. этол величиной

- (Ф -4Р)Ф сро в (7) можно пренебречь, и для энергии взаимодействия получим

35 Можно показать, что величина

; Ф (Ф -ф„) приблизительно равна Фэ. 2.

Перемножим для этого значения Ф,Э,, найденные из (8) и третьего уравнения системы (1) .

ПОлучим

45 где 2Rw < Я или

И 2Я R4 (Я а, = э,(ф,-ф,),.

5й Таким образом, энергия взаимодействия в предложенном способе будет вычисляться по формуле вь(„

55.

При намагничивании в каждом измерении будет фиксироваться определенная наперед заданная величина энергии взаимодействия или величина пропорциональная энергии взаимодействия.

<рй«»ф ((p ф) Величина, пропорциональная пОтерям

65 на перемагничивание, и равная отноиз (2) и второго уравнения системы (1):

Подставим в (5) выражение для контурного потока ф,полученное иэ третьего уравнения системы (1): откуда видно, что это энергия,израсходованная на создание магнитного потока в воздухе (в сопротивлениях

R э и R) и на покрытие потерь на намагничивание (Ф Я4) исследуемого образца.

Преобразуем выражение энергии взаимодействия в вид, удобный для практического использования. Подставим в (4) формулы (2) и (.3),получим:

Ф -(22(— — — ) -в(— — ))Ф (б) В отсутствие исследуемого образ.ца контурные потоки Фои Фо одинаковы (обозначим их через Ф =ФО=ФО2).

Подставим Ф в предыдущую формулу, получим:

Получено, выражение для определения энергии взаимодействия при выбранной расчетной схеме замещения, Потоки и токи первичного преобразователя определяются экспериментально

/ а величина R является константой, зависящей от конкретной конструкции первичного преобразователя.

Вследствие того, что первое слагаемое в (7) мало по сравнению с F

1! можно обойтись измерением только величин Ф„ и Ф или разности (ф — Ф,) и Фр, где Ф измеряет измерительная обмотка, намотанная совместно с секциями 5 и 6 намагничивающей обмотки, а разность (ф — Ф ) — дополнительная измерительная обмотка.

Для оценки первого слагаемого найдем поток фз из двух первых уравнений системы (1):

Ф„,Ф (2ЯЭ Ю 2) Ф (Р2 Ю (t

Верхняя и нижняя части первичного

°, преобразователя Одинаковы, поэтому

Магнитные сопротивления их равны (Я,(° R R„() .

Получаем

Отсюда разность контурных пото2 2 ж ф

Подставим (8) в выражение энергии взаимодействия (7) Фт=Ф (Ф-Ф1(+!)(щ-; — э), 836609 сительной величине коэрцитивной силы материала, определяется при размагничивании исследуемого материала до момента, когда дополнительная измерительная обмотка покажет нулевое значение, т.е., 5

При этом ф = О. Из третьего уравнения системы (1), куда вместо нуля нужно подставить значение МДС от коэр- 0 цитивной силы материала (Uc ),находим

15 или Н =ф —, где — — удельное маг8

С 2г

r нитное сопротивление воздушного промежутка на единицу длины.

Измерение Нс в данном случае проводится при нулевой намагниченности 20 исследуемого материала.

Определим погрешность измерения, м возникающую в результате принятого допущения. Абсолютная погрешность вычисления ф равна:

43 =д

25 где намагничивающий ток электромагнитного преобразователя;

Zo и Z4 - комплексное:полное со30 противление преобразователя соответственно до взаимодействия с образцом и при взаимодействии;

35, Ч вЂ” фазовый угол между намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке преобразователя соответ40 ственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

45 1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий.

Справочник под ред. В.В. Клюева,М., "Машиностроение", 1976, кн.2, с.91-92.

50 2. Михеев М.Н. Магнитный контроль. качества термической и термохимической обработки стальных изделий при помощи коэрцитиметра с приставными электромагнитами. Труды Института физики металлов УФ АН СССР, 1949, в.12, с. 157, 170 (прототип) . ь Я )(2 2 +%, 2) относительная погрешность:

2R где величина — + 1 чуть больше

R единицы, величина 2 чуть мень2К +В +R ше единицы, а произведейие их дает почти .единицу.

Относительная погрешность измерения Н определится приближенно по формуле и для первичного преобразователя из магнитомягкого материала не превышает 1%.

Формула изобретения

Способ контроля ферромагнитных образцов посредством электромагнитного преобраэователя,включающий определение пОтерь на перемагничивание, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, устанавливают намагничивающий ток электромагнитного преобразователя, при котором определяют комплексное полное сопротивление электромагнитного преобразователя и фазовый угол между установленным намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке электромагнитного преобразователя, затем накладывают преобразователь на образец и повторно определяют комплексное полное сопротивление и фазовый угол, .определяют .удвоенную энергию взаимодействия преобразователя с образцом, изменяют намагничивающий ток преобразователя до достижения нулевого значения разности полученного и заданного значений удвоенной энергии взаимодействия преобразователя с образцом, при этом удвоенную энергию взаимодействия преобразователя с образцом определяют по формуле:

836609 ю,Ж

Ф Rg ф Rg

Составитель Ф. Тартопольская

Редактор Б. Федотов Техред N. Голинка Корректор О. Билак

Тираж 732 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 3110/36

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