Устройство для измерения динамической магнитострикции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сото э Советских

Социалистических ресттублик

ОП ИСАНИЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТВЛЬСТВУ (и)В66523 (6!) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 21.01.80 (2 () 2870099/18 21 (51)M Кд.

G 01 R ЗЗ/18 с присоедянениеее заявки.йв4Ьвударетееиый кенитет

CCCP ао делен изебретений и открытий (23) ПриорнтетОпубликовано 23.09.81. Бюллетень ) 35

Дата опубликования описания 26.09.81 (53) УДК 621. .317.44 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. А. Сбитнев, Л. Л. Полякова, В. В. Дружинин и М. А, Малыгин

Владимирский политехнической институт и Верх сетский металлургический завод производственного металпургического объединения "Уралчермет" (7!) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

МАГНИТОСТРИКЦИИ

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и предназначено для измерения магнитострикции в динамическом режиме.

Известно устройство для измерения динамической магнитострикции, основанное на емкостном методе измерения, содержащее сердечник из магнитострикционного материала в виде стержня, намагничиваюшеиэ катушку, при этом один конец сердечника закреплен неподвижно, а другой

10 упирается в одну из пластин конденсатора, которая свободно перемешается. Кон-: денсатор включают"в колебательный контур, с которым индуктивно связан другой контур. Вследствие измерения длины образца емкость конденсатора, связанного с образцом, изменяется. Динамическая магнитострикция в данном случае пропорциональна изменению емкости конденса Ill.

Недостатком этого устройства являет ся наличие механической связи между сердечником и измерительной цепью, что сни2 жает чувствительность устройства, а также сложность его изготовления, что в значительной мере влияет на производительность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения динамической магнитострикции, основанное на индукционном методе измерения магнитострикции. о

В известном устройстве магнитострикционные колебания образца, помешенного в переменное магнитное лоле, вызывают перемещение измерительной обмотки, жестко связанной с образцом, относительно неподвижного радиально намагниченного постоянного магнита. В измерительной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная абсолютному удлинению образца.

Колебания образца воэбуждаютса с помощью магнитопровода с намагничиваюшей обмоткой, а величина удлинения определяется по показаниям регистратора, подктпоченного к измерительной обмотке 2 .

3 86

Недостатком известного устройства является относительно невысокая чувствительность.

Uez1ь Iизобретения -повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее магнитопровод с намагничиваюшей обмоткой, держатель, один конец которого закреплен на сердечнике, замыкающем магнитопровод, цилиндрический постоянный магнит и измерительную обмотку, помещенные в ферромагнитный экран, а также регистратор, подключенный к измерительной обмотке, дополнительно введена цилиндрическая пружина, один конец которой закреплен на втором конце держателя, а второй— соединен с постоянным магнитом, намагниченным вдоль оси, причем ось измерительной обмотки совмещена с направлением градиента поля постоянного магнита.

На чертеже схематично изображено преллагаемое устройство.

Устройство содержит магнитопровод 1 с намагничиваюшей обмоткой 2 и сердечником 3, замыкающим магнитопровод 1

1 иэ магнитострикционного материала в форме стержня, один конец которого неподвижно закреплен. На свободном кон@е сердечника 3, при помощи легкого держателя

4 из немагнитного материала одним концом жестко закреплена цилиндрическая пружина 5. На другом конце пружины 5 жестко зафиксирован постоянный магнит б, имеющий форму короткого цилиндра и намагниченный вдоль оси. Ось измерительной обмотки 7 совмещена с направлением градиента поля магнита б„т,е. ось магнита 6 совпадает с осью обмотки

7, выводы которой подключены к регистратору 8. Пружина 5 и постоянный магнит 6 заключены в ферромагнитный экран 9.

Устройство для измерения динамической магнитострикции работает следующим образом.

При помощи магнитопровода 1 и намагничиваюшей обмотки 2 вызывают появление в сердечнике 3 переменной магнитострикционной силы

"..c.(Ц= .с. а х .eqn g mt, где р — амплитудное значение магнитоM.Ñ.щД» стрикционной силы; ж — круговая частота питающей сети.

При этом длина сердечника 3 изменяется с удвоенной частотой питающей сети, 6523 4 а пружина 5 с постоянным магнитом 6совершает гармонические колебательные движения. Амплитуда колебаний магнита

6 может при определенных условиях значительно превышать амплитуду магнитострикциониых колебаний сердечника 3. Величина перемещения постоянного магнита

6 --g относительно неподвижной измерительной обмотки 7 описывается уравнени10 ем F и-с та „п 1ц

111(РО -® ) (1) где 1т1 — масса колебательной системы пружина 5 - магнит 6;

15 Ро . — собственная частота колебательной системы .

uu=- 2УЕ, — частота питающей сети.

Для усиления эффекта используется

20 резонанс между собственной частотой колебательной системы и частотой колебания сердечника 3 (Pe х и ). В этом случае амплитуда колебаний постоянного магнита 6 резко возрастает.

25 Модуль магнитострикционной силы Определяется из следующего выражения

Г

М.с,1т1ах - с дин.1 (2) где *и1 - относительное изменение длины

Зо сердечника 3

E - модуль Юнга; — площадь поперечного сечения сердечника 3.

Величина ЭДС, наведенная в измерительной обмотке 7 пропорциональна проиэводной ан е=а н (3) где Ф вЂ” число витков измерительной обмотки;

l0 — магнитная постоянная;

9 — плошадь сечения измерительной обмотки, Н (x,у,z)- напряженность магнитного поля, Величина ЭДС определяется производной .у —, т.е. скоростью изменении напдй ряжейности поля Н при смещении 1 О().

Чем больше величина смешения 1 за период колебания, тем больше производная

50 4, а следовательно, и ЭДС. Таким образом, регистратор 8 может быть проградуирован в единицах коэффициента магни: тострикции р „в(РО (9 )

,щН. о Е6 Мп 2Ш (4) Ось измерительной обмотки 7 совмещена с осью постоянного магнита 6, на5 8665 магниченного вдоль оси 2, т.е. ориентирована в направлении градиента поля магнита 6. В =том спучае производная

Н 2- а следовательно, и производная макСЭ+ симальна, что обеспечивает наибольшую чувствительносФь устройства к магнитострикционным перемещениям.

Кроме того, в режиме резонанса пружина 5 с постоянным магнитом 6 служит одновременно фильтром для случайных помех.

Предлагаемым устройством повышается чувствительность измерений в 10 -10 по сравнению с известным () *yq, =51х к10 ) и может быть доведена до величины 10 .

При изменении величины Egypt .=10

-9 р сердечника 3 с параметрами Е=2 10 — к ;

-4 Я. NllФ

5с=2 10 м при массе колебательной акг с системы W =5 -1й „,, при частоте питающей сети 9 =50 Гц и жесткости пружины 5-(:=200 —, максимальная великг чина перемещения постоянного магнита

6 -, составляет 0,6 10 "с. При такой величине перемещения в единичном витке 2g измерительной обмотки 7 индуктируется

ЭДС, амплитуда которой составляет 1 мВ, Для реальной обмотки, содержащей большое число витков, величина действующего или среднего значения ЭДС такова, что ее можно измерить с помощью обычного вольтметра.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее магнитопровод с намагничиваюшей обмоткой, держатель, один конец которого заКреплен на сердечнике, замыкающем магнитопровод, цилиндрический постоянный магнит и измерительную обмотку, помещенные в ферромагнитный экран, а также регистратор подключенный к измерительной обмотке,.о т л и ч а ю щ е е с я тем что с о ю,> целью повышения чувствительности в него дополнительно введена цилиндрическая пружина, один конец которой закреплен на втором конце держателя, а второй — соединен с постоянным магнитом, намагниченным вдоль оси, причем ось измерительной обмотки совмещена с направляющим градиента поля постоянного магнита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чечерников В. И. Магнитные измерения. ИГУ, 1969, с. 178-179.

2. Бозорт P. Ферромагнетизм. М., Изд-во иностранной литературы, 1956, с. 501.

ВНИИПИ Заказ 8073/69

Тираж 73 5 Подписное

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