Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1) С 01 Р 33/12 ПО ДОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ судАРстВенный номитет сссР ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ(71) Институт прикладной физикиАН Белорусской ССР(56) 1, "Измерительная техника",1967, Р 10, с, 53-57,2. Авторское свидетельство СССРР 800920, кл. 0 01 В 33/14, 1979.(54 ) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯСТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащеепоследовательно соединенныерегулируемый генератор постоянноготока, намагничивающую,.катушку ирезистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединеннуюс входами первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем выходы первого и второго опе рационных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключены к входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу генератора, о т л и ч а ю- - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений оно снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутри намагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушка установлена на каркасе первой измерительной катушки.Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности к испытаниям ферромагнитных материалов и измерению их статических магнитных характеристик на стержневых цилиндрических образцах, намагничиваемых в 5 разомкнутой цепи, и может быть использовано для записи начальной кривой намагничивания или петель магнитного гистереэиса на двухкоординатном графопостроителе. 10Известно устройство для испытания Ферромагнитных материалов при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи, представляющее из себя вибрационный магнитометр, позволяющий измерять намагниченность (магнитный момент) шарообразных ферромагнитных образцов. Напряженность намагничивающего поля измеряется измерительным генератором 11 3.20Получение статических магнитных характеристик вещества на основе измеренных характеристик образца связано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависящим от величины намагниченности. Использование такой методики и применение ее для изме рения шарообразных образцов при удов. летворительной точности ограничивает измерения слабомагнитными веществами.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 35 устройство для определения статичЕских магнитных характеристик ферромагнитных материалов, предназначенное для записи начальной кривой намагничивания и петель магнитного 40 гистерезиса"на цилиндрических образцах при намагничивании в разомкнутой магнитной цепи. Устройство содержит последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока, 45 намагничивающую катушку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего напряжения, три операционных усилителя, два синхронных детектора, измерительную катушку и двухкоординатный графопостроитель. В данном устройстве напряженность внутреннего намагничиваю- щего поля ферромагнитного цилиндра определяется как разность напряженностей внешнего и размагничивающего полей. Напряженность размагничиваю- щего поля ферромагнитного образца в данном устройстве измеряется вблизи наружной поверхности испытуемо го образца датчиком в виде двух включенных встречно коаксиальных катушек 2 3.Однако данному устройству свойственна недостаточная точность изме рений, обусловленная тем, что напряженность размагничивающего поля уже на расстояниях 0,2-0,8 радиуса поперечного сечения испытуемого цилиндрического образца от его поверхности существенно отличается от напряженности размагничивающего поля, внутри образца, а расположить блинке к поверхности образца измерительные катушки не удается вследствие необходимости обеспечения как относительного движения образца и измерительной катушки, так и высокой чувствительности. Это приводит к значительным погрешностям измерений напряженности внутреннего намагничивающего поля особенно при испытании магнитомягких материалов. Кроме того, значительнаяпогрешность измерений напряженностивнутреннего намагничивающего поляобусловлена не совсем рациональнойструктурой известного устройства,эт;связано в конечном итоге с тем,что сигнал, пропорциональный напряженности размагничивающего поля,пропорционален амплитуде и частотевибрации, а,сигнал, пропорциональный напряженности внешнего, намагничивающего поля, не зависит от них,Поэтому даже небольшие измененияамплитуды и частоты вибрации могутприводить, как показывают расчеты,к значительным погрешностям изме,рений в области больших магнитныхпроницаемостей по кривой намагничивания,Цель изобретения - повышение точности измерений.Указанная цель достигается тем что устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее последовательно соединенные регулируемый генератор постоянного тока,намагничивающую катушку и резистор, а также механизм возвратно-поступательных колебаний, подключенный к генератору, и соединенную с входа жи первого и второго операционных усилителей измерительную катушку, установленную внутри намагничивающей катушки соосно с ней, .причем выходы первого и второго операционных усилителей через соответствующие синхронные детекторы подключенык входам двухкоординатного графопостроителя, а вторые входы синхронных детекторов подключены к выходугенератора, снабжено подключенными к входу первого операционного усилителя двумя дополнительными катушками, расположенными внутринамагничивающей катушки соосно с ней, причем вторая измерительная катушка закреплена на штоке механизма возвратно-поступательных движений, а третья измерительная катушкаустановлена на каркасе первой измерительной катушки,На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - взаимное расположение намагничивающей катушки, 5испытуемого ферромагнитного цилиндра и измерительных катушек,Устройство для измерения статических магнитных характеристикферромагнитных материалов содержит 1 Орегулируемый генератор 1 постоянного тока, намагничивающую катушку 2, резистор 3 отрицательной обратной связи потоку, механизм 4возвратно-поступательных колебанийсо штоком 5, на котором закреплениспытуемый ферромагнитный цилиндр б.Устройство также содержит первую 7измерительную катушку, дополнительные вторую 8 и третью 9 измеритель;ные катушки, операционные усилители 10 и 11, генератор 12, синхронные детекторы 13 и 14 и двухкоординатный графопостроитель 15. Испытуемый ферромагнитный цилиндр бзакреплен на штоке 5 механизма 4возвратно-поступательных колебанийи расположен в зоне однородногомагнитного поля намагничивающейкатушки 2 соосно с ней, Первая измерительная катушка 7 подключена черезпеременные резисторы к инвертирующим входам операционных усилителей10 и 11 и расположена соосно с ферро -магнитным цилиндром б так, что одинее торец находится в плоскости его З 5центрального поперечного сечения,Дополнительная вторая измерительная катушка 8 подключена через переменный резистор к инвертирующемувходу операционного усилителя 10 и 4 Орасположена на каркасе первой измерительной катушки 7.так, что плоскость ее витков лежит на расстоянии0,1-0,2 длины от центрального поперечного сечения ферромагнитного 45цилиндра б. Вторая дополнительная из.мерительная катушка 9 закрепленана штоке 5 в плоскости торца намагничивающей катушки 2 и подключеначерез переменный резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 10, Инвертирующий вход операционного усилителя 11 через переменный резистор подключен к первой измерительной катушке 7. Выходы операционных усилителей 10 и 11 подключены соответственно через синхронные детекторы 13 и 14 к горизонтальной и вертикальной разверткам графопостроителя 15. Выход генератора 12управляющего напряжения подсоединен 60к механизму 4 возвратно-поступательных колебаний и управляющим входамсинхронных детекторов 13 и 14,Для формирования сигнала, характеризующего напряженность намагничиваю АР"о 5 оц 5 к Но 1е,= Н 8 -,у в 5,АРС,Лгде е., и е 8 ЭДС в измерительныхкатушках 7 и 8;амплитуда и частотавибрации;магнитная постоянная;направление вибраций;намагниченность;на лагниченность вцентральном поперечном сечении ферромагнитного цилиндра б;площадь поперечногосечения измерительнойкатушки 7;площадь поперечногосечения ферромагнитного цилиндра б;напряженность размагничивающего поля цилиндра б;число витков измерительной катшуки 8;плотность намотки проводов измерительнойкатушки 7.что для ферромагнитных соотношением длины, к ьшим десяти 5,ЭО 5 Н А и Г ох3Зе О Учитывая,цилиндров сдиамерту бол= ".оА"бао В третьей измерительной катушке 9 наводится переменная ЭДС е , ампли ".; которой равна зн,е 9= Аа 9 дхгде Н 9 - число витков катушки 9;Н - напряженность намагничиРвающей катушки 2 беэ железных сердечников. щего поля, служит третья измеритель - ная катушка 9, закрепленная на штоке механизма возвратно-поступател.-. - ных колебаний около торца намагничинающей катушки..Сигнал, пропорциональный намагниченности, Формируется первой измерительной катушкой 7, а сигнал, пропорциональный градиенту намагниченности, - второй измерительной катушкой 8.Устройство работает следующим образом.При совершении с небольшой частотой и амплитудой линейных возвратно-поступательных колебаний намагниченным образом, относительно первой 1 и второй измерительных катушек 7 и 8 в последних наводятся переменные ЭДС, амплитуда которых равнаЗаказ 7547/48 Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Поскольку намагничивающая катушка 2 не имеет железных сердечников, то можно записать где К - постоянный коэффициент,определяемый величинамиА, Г Мэ, числом витков иконструкцией намагничивающейкатушки 2.Вторая. 8 и третья 9 измерительные катушки и первая измерительнаякатушка 7 подключены через переменные резисторы к инвертирующему входу усилителя 10, так что сигналы спервой 7 и второй 8 измерительныхкатушек находятся в фазе, а сигналс третьей измерительной катушки 9в противофазе с ними,На выходе операционного усилителя 10 Формируется сигнал равный где Г(Л) - Функция, зависящая отсоотношения Л длины ек диаметру д цилиндра; С ( й, х ) - параметр, входящий вфункцию распределениянамагниченности по длинецилиндра; М - централь ный коэффи 11 иентразмагничивания ферромаг.нитного цилиндра,На выходе операционного усилителя 11 будет присутствовать сигнал,пропорциональный намагниченности.Сигналы с операционных усилителей 10 и 11 поступают на синхронныедетекторы 13 и 14, где синхроннодетектируются, и далее на входы10 Х и У двухкоординатного графопостроителя 15. При непрерывном изменении напряженности внешнего намагничивающего 15 поля, например, по пилообразномузакону на графопостроителе 15 будетзаписываться петля .магнитного гистерезиса в координатах намагниченность -напряженность внутреннего намагни чивающего поля,Основное техническое преимущество изобретения по сравнению с известным заключается в повышении проиэво дительности и точности измерений,Повышение производительности обеспечивается как непрерывностью процесса измерений, так и автоматическим учетом коэффициента размагни О чивания. Повышение точности измерении обеспечивается тем, что в устройстве автоматически учитывается зависимость коэффициента размагничивания от магнитных свойств мате риала испытуемых образцов.