Устройство для измерения динамической магнитострикции

Сото э СоветскихСоцналнстнческнхресттубпик ОП ИСАНИЕИЗОВРИТИНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ТИЗЬСТВУ(51) М. Кд. С 01 В ЗЗ/18 с прнсоединениеее заявки,йвГовударетеевые кенктет СССР ао делан изобретений н открытки(72) Авторы изобретения С. А. Сбитнев, Л. Л. Полякова, В, В. Дружинин и М. А, Малыгин Владимирский политехнической институт и Верх сетскийметаллургический завод производственного металпургическогообъединения "Уралчермет"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ1Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и предназначено для измерения магнитострикции в динамическом режиме.Известно устройство для измерения динамической магнитострикции, основанное ф на емкостном методе измерения, содержащее сердечник из магнитострикционного материала в виде стержня, намагничиваюшефо катушку, при этом один конец сер. дечника закреплен неподвижно, а другой19 упирается в одну из пластин конденсатора, которая свободно перемещается. 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 конденсаор Г 13.Недостатком этого устройства являет ся наличие механической связи между сердечником и измерительной цепью, что сии 2фжает 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, помещенного в переменное магнитное лоле, вызывают перемещение измерительной обмотки, жест. ко связанной с образцом, относительно неподвижного радиально намагниченного постоянного магнита. В измерительной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная абссцпотному удлинению образца.Колебания образца воэбуждаютса с помощью магнитопровода с намагничивающей обмоткой, а величина удлинения определается по показаниям регистратора, подвпоченного к измерительной обмотке Г 2.з 86Недостатком известного устройства является относительно невысокая чувствительность.Цель изобретения -повышение чувствительности.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения динамической магнитострикции, содержашее магнитопровод с намагничиваюшей обмоткой,держатель, один конец которого закрепленна сердечнике, замыкающем магнитопровод, цилиндрический постоянный магнити измерительную обмотку, помещенные вферромагнитный экран, а также регистратор, подключенный к измерительной обмотке, дополнительно введена цилиндрическаяпружина, один конец которой закрепленна втором конце держателя, а второй -соединен с постоянным магнитом, намагниченным вдоль оси, причем ось измерительной обмотки совМещена с направлениемградиента поля постоянного магнита,На чертеже схематично изображенопредлагаемое устройство.Устройство содержит магнитопровод 1с намагничиваюшей обмоткой 2 и сердечником 3, замыкающим магнитопровод 11иэ магнитострикционного материала в форме стержня, один конец которого неподвижно закреплен. На свободном конФе сердечника 3, при помощи легкого держателя4 из немагнитного материала одним концом жестко закреплена цилиндрическаяпружина 5, На другом конце пружины 5жестко зафиксирован постоянный магнитб, имеющий форму короткого цилиндраи намагниченный вдоль оси, Ось измерительной обмотки 7 совмещена с направлением градиента поля магнита бт,е.ось магнита 6 совпадает с осью обмотки7, выводы которой подключены к регистратору 8. Пружина 5 и постоянный магнит 6 заключены в ферромагнитный экран 9,Устройство для измерения динамической магнитострикции работает следующимобразом.При помощи магнитопровода 1 и намагничиваюшей обмотки 2 вызывают появление в сердечнике 3 переменной магнитострикционной силыпгде Г - амплитудное значение магнитом.еластрикционной силы;ж - круговая частота питающей сети.При этом длина сердечника 3 изменяется с удвоенной частотой питающей сети 6823 4а пружина 5 с постоянным магнитом 6совершает гармонические колебательныедвижения, Амплитуда колебаний магнита6 может при определенных условиях значительно превышать амплитуду магнитострикциониых колебаний сердечника 3. Величина перемещения постоянного магнита6 - относительно неподвижной измерительной обмотки 7 описывается уравнени ем Г(ц ф1 ВЦ1 п(Ро -ф(1)где 1 т 1 - масса колебательной системыпружина 5 - магнит 6;15 Ро, - собственная частота колебательной системы;ю: - 2 УЕ,Д - частота питаюшей сети.Для усиления эффекта используется 20 резонанс между собственной частотой колебательной системы и частотой колебания сердечника 3 ( Ро х и, ). В этомслучае амплитуда колебаний постоянногомагнита 6 резко возрастает.25 Модуль магнитострикционной силы определяется из следующего выраженияГМ.с,1 т 1 ах - с Аин,1 (2)где 111- относительное изменение длины 30 сердечника 3Е - модуль Юнга;5 - площадь поперечного сечениясердечника 3.Величина ЭДС, наведенная в измерительной обмотке 7 пропорциональна проиэводнойане= а ц(3)где Ф - число витков измерительнойобмотки;М 0 - магнитная постоянная;8 - плошадь сечения измерительной обмоткнИ (х у,2)- напряженность магнитного поляВеличина ЭДС определяется производной -д-, т,е. скоростью изменении напдйряжейности поля Н при смешении Чем больше величина смещениязапериод колебания, тем больше производная 50 о 1- , а следовательно, и ЭДС. Таким образом, регистратор 8 может быть проградуирован в единицах коэффициента магни: тострикцииР 1,.ща П 1(о фЪМН ЕВ фо Еб Мп 1 а 1 (4) Ось измерительной обмотки 7 совмещена с осью постоянного магнита 6, наВНИИПИ Тираж 73 5 8665магниченного вдоль оси 2 , т.е. ориентирована в направлении градиента поля магнита 6. В том случае производнаяна 2.а следовательно, и производная И мак 3+симальна, что обеспечивает наибольшуючувствительносФь устройства к магнитострикционным перемещениям,Кроме того, в режиме резонанса пружина 5 с постоянным магнитом 6 служитодновременно фильтром для случайных по- щмех.Предлагаемым устройством повышаетсячувствительность измерений в 10-10по сравнению с известным ( 1 мн. =51 х10 ) и может быть доведена до величины 10 ,При изменении величины З.дц,=10-4. Я. ).фбай=2 ф 10 м при массе кол ебательнойсистемы 1 =5.1 л и, при частоте . 2 опитающей сети т =50 Гц и жесткостипружины 5-(:=200 - , максимальная велиКтчина перемещения постоянного магнита6 - составляет 0,6 10 "с. При такойвеличине перемещения в единичном витке 2измерительной обмотки 7 индуктируетсяЭДС, амплитуда которой составляет 1 мВ,Для реальной обмотки, содержащей большое число витков, величина действующегоили среднего значения ЭДС такова, что ее можно измерить с помощью обычноговольтметра. формула изобретения Устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее магии- фтопровод с намагничиваюшей обмоткой,держатель, один конец которого заКрепленна сердечнике, замыкающем магнитопровод, цилиндрический постоянный магнити измерительную обмотку, помещенные вферромагнитный экран, а также регистратор подключенный к измерительной обмотке,.о т л и ч а ю ш е е с я тем что соф,целью повышения чувствительности в негодополнительно введена цилиндрическаяпружина, один конец которой закреплен навтором конце держателя, а второй - соединен с постоянным магнитом, намагниченным вдоль оси, причем ось измерительной обмотки совмещена с направляющимградиента поля постоянного магнита.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чечерников В, И. Магнитные измерения. ИГУ, 1969, с, 178-179.2. Бозорт Р. ферромагнетизм, М.,Изд-во иностранной литературы, 1956,с, 501. филиал ППП "Патент,г,Ужгород,ул, Проектная,4