Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК з дц С 01 К 33/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Курский политехнический институт(прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНИЯСТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее усилитель мощности, намагничивающую и измерительную обмотки, токозадающий резистор, аналого-цифровой преобразователь и интегратор,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения производительностиизмерений и расширения функциональных возможностей путем обеспечениямногопараметрового неразрушающего,801113758 А контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, в него введены последовательно соединенные микропроцессов, регистр и цифроаналоговый преобразователь, а также нуль-орган и два аналоговых ключа, причем выход усилителя мощности подключен к последовательно соединенным намагничивающей обмотке и токозадающему резистору, а последний связан с вторым входом усилителя мощности, при этом измерительная обмотка подключена к нуль-органу и через первый аналоговый ключ к интегратору, параллельно которому подключен второй аналоговый ключ, й а управляющие входы аналоговых ключей подключены к выходам микропроцессора, выход интегратора соединен с выходом второго ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, параллельные выходы которопо соедине- ф ны с информационными входами микропроцессора, выход нуль-органа подключен к управляющему входу микропроцессора, а второй вход усилителя мощности связан с выходом циФроаналогового преобразавателя.Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для анализа статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов.Известно серийное баллистическое устройство У, содержащее блок питания, два реостата, два амперметра, механический ключ, намагничиваю 10щую, измерительную обмотки и баллистический гальванометр Г.11,Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, определяемая погрешностями баллистического гальванометра и механическимкоммутированием тока через намагничивающую систему, а также нестабильностью параметров, блока питания. Крометого, процесс измерений трудоемок вследствие ручной установки и коммутации токов намагничивания, считыванияпоказаний амперметров и баллистического гальванометра и необходимости их дальнейшей ручной математической обработки с целью вычисления напряженности поля и приращений индукции. Все это определяет низкую производительность чстановки.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой-З 0 ство для определения статических магнитных характеристик содержащее аналого-цифровой преобразователь, г 1 оследовательно соединенные источник тока,переключатель и намагничивающую обмотку с токозадающим резистором, последовательно соединенные измерительную обмотку, интегратор и регистратор и последовательно соединенные с измерительной обмоткой усилитель, блок 40 сравнения и преобразователь интервала времения в код, выход которого под ключен к одному из управляющих входовпереключателя, второй управляющий вход которого соединен с выходом бло-: ка сравнения, а второй вход регистратора - с вторым выходом источника тока ."21,Недостатками его являются низкая производительность измерений, ограниченные функциональные возможности.Цель изобретения - повышение производительности измерений и расширение функциональных возможностей путем обеспечения многопараметрового неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее усилитель мощности, намагничивающую и измерительную обмотки, токозадающий резистор, аналого-циФровой преобразователь и интегратор, введены последовательно соединенные микропроцессор, регистр и цифроаналоговый преобразователь, а также нуль- орган и два аналоговых ключа, причем выход усилителя мощности подключен к последовательно соединенным намагничиваюшей обмотке и токозадающему резистору, а последний связан с вторым входом усилителя мощности, при этом измерительная обмотка подключена к нуль-органу и через первый аналоговый ключ к интегратору, параллельно которому подключен второй аналоговый ключ, а управляющие входы аналоговых ключей подключенык выходам микропроцессора, выход интегратора соединен с выходом второго ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, параллельные выходы которого соединены с информационными входами микропроцессора, выход нуль-органа подключен к управляющему входу микропроцессора, а второй вход усилителя мощности связан с выходом цифроаналогового преобразователя.На чертеже изображена блок-схема устройства для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов.Устройство состоит иэ последовательно соединенных микропроцессора 1, регистра 2, цифроаналогового преобразователя 3, усилителя мощности 4, намагничивающей обмотки 5 и такозадающего резистора б, соединенного цепью обратной связи с вторым входом усилителя мощности 4, а также иэ измерительной обмотки 7, аналоговый ключей 8 и 9, интегратора 10, нуль- органа 11 и аналого в цифрово преобразователя 12, причем измерительная обмотка 7 соединена с входами аналогового ключа 8 и нуль-органа 1 1, вь 1- ход ключа 8 подключен к входу интегратора 10, параллельчо которому подсоединен аналоговый ключ 9, выход нуль-органа 11 подключен к управляющему входу микропроцессора 1, а выход ингегратора 10 - к аналого-циф3 111 З 7 ровому преобразователю 12, параллельные выходы которого связаны с информационными входами микропроцессора 1, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами аналоговых ключей 8 и 9.5Устройство работает следующим образом.Процесс измерения в каждой точке петли гистерезиса разбивается на два цикла: магнитной подготовки и собственно измерения. В цикле магнитной подготовки в микропроцессоре 1 формируется код, соответствующий максимальному положительному значению напряженности намагничивающего поля. Затем код переписывается в регистр 2 и в соответствии с этим на выходе цифроаналогового преобразователя 3 устанавливается напряжение, которое поступает на вход усилителя мощности ч. На выходе усилителя мощности 4 устанавливается ток, пропорциональный поданному напряжению. Этот ток задает величину напряженнос- ти намагничивающего поля. Через некоторый промежуток времени, достаточный для того, чтобы в образце, помещенном в поле намагничивающей обмотки 5, закончились все переходные процессы, микропроцессор 1 формирует и передает З 0 в регистр 2 код, соответствующий максимальному отрицательному значению напряженности намагничивающего поля. Это приводит к тому, что в намагничивающей обмотке 5 возникает перепад 35 тока, приводящий к изменению магнитного поля и перемагничиванию образца. Эти циклы перемегничивания повторяются несколько раз, реализуя магнитную подготовку образца, т.е, установление статического магнитного состояния образца.В зависимости от голожения точки на петле гистерезиса, в которой необходимо провести измерения, в регист ре 2 остается код, соответствующий максимальному положительному или отрицательному значению напряженности намагничивающего поля, что определяется программой, записанной в микро процессоре 1. На этом цикл магнитной подготовки заканчивается.После проведения магнитной подготовки в цикле измерения в микропроцессоре 1 формируется код, соответствующий такой напряженности поля, при которой необходимо произвести измерение величин магнитной индукции. Этот 58 4код переписываегся в регистр 2. Одновременно сигналами с микропооцессора 1 открывается ключ 8 и закрывается ключ 9, При переключении намагничивающего поля от максимального значения к значению, при котором требуется произвести измерения, на выходе измерительной обмотки 7 появляется импульсный сигнал, который через открьггый ключ 8 поступает на интегратор 10. Последний интегрирует поступивший на его вход сигнал. Напряжение на измерительной обмотке 7 вначале достигает максимума, затем спадает, При уменьшении его до нуля срабатывает нуль-орган 11,микропроцес сор 1 воспринимает изменение состояния нуль-органа 11 и закрывает ключ 8. Одновременно напряжение, поступающее с выхода интегратора 1 О на аналогоцифровой преобразователь 12 преобразуется в цифровой код, и этот код считывается микропроцессором 1. После считывания микропроцессор 1 вырабатывает управляющие сигналы, закрывающие ключ 8 и открывающие ключ 9. В зависимости от программы работы процесс на этом заканчивается или вновь производится цикл магнитной подготовки и цикл измерения, но уже при новом значении напряженности поля, соответствующем другой точке ,петли гистерезиса.Таким образом, при помощи предлагаемого устройства может быть осуществлено измерение любых параметров, хаоактеоизчющих статическую петлю гистерезиса (коэрцитивной силы, остаточной индукции, индуции насыщения), а также получаемых из нее (петли гистерезиса) или их совокупности расчетным путем (начальная и максимальная магнитные проницаемости, после максимальной проницаемости и др.). При этом перемагничивание может осуществляться как по предельной петле гистерезиса, так и по любым частным циклам, как симметричным, так и несимметричным, Все необходимые для определения указанных параметров измерения и вычисления производятся автоматически с помощью микропроцессора по заранее введенным в его постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программам.В случае использования устройства для многопараметрового неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов в ПЗУ вводятся и заранее найденные многомерные регрессионные,Заказ 66 15/38 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 зависимости между подлежащими контролю физико"механическими или структурными параметрами и совокупностью магнитных характеристик. Использование вместо одной целой совокупности маг нитных характеристик расширяет область применения магнитного нераэрушающего контроля, повышает его достоверность, позволяет устранять влияние мешающих факторов.Точность измерений статических магнитных характеристик в данном устройстве повышается за счет использования в качестве источника разнополярного напряжения последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя, усилителя мощности и токозадающего резистора. Такое соединение позволяет при высокой стабильности тока намагничивания исключить возникнове ние электрической дуги при коммутации тока намагничивания и более точно задавать значения этого тока. Точность измерений повышается также эасчет применения интегратора и аналогоцифрового преобразователя, позволяющих измерять приращения магнитнойиндукции в образце с меньшей погрешностью, чем при помощи баллистического гальванометра. Производительность повышается за счет практически полной автоматизации процесса измерений и математической обработки данных.Таким образом, при помощи предлагаемого устройства повышается точность, производительность измерений и обеспечивается многопараметровый неразрушающий контроль физико-механических свойств ферромагнитных материа