Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 84 51)4 С 01 К 33 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕА ВТОРСНОЬМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.Н. 8.8) обла ма г нитных трологических ин 152(212), 1974, ССР 1982,етельство О К 33/1 4 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1) 4241049/24( 2) 0505,87(71) Институт прАН БССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРО МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для записи начальной кривой намагничивания и петли гистерези са ферромагнитных материалов. Цельюизобретения является повышение точности за счет непосоелственного определения напряжения внутреннего магнитного поля в образце ферромагнитногоматериала, Устройство содержит источник 1 тока с соленоидом 2, измерительную катушку 3, усилитель 4, интегратор 5, двухкоординатный регистратор 6, датчик 7 Холла, запитываемый от источника 8 постоянного тока и закрепленныи на штоке вибратора 9на вход которого подается сигнал свыхода задающего генератора 10, атакже синхронный детектор в виде фазовращателя 11, усилителя 12, ключа14 и фильтра 15. Сигнал на вход синхронного детектора поступает с выхода усилителя 13, Устройство включаеттакже усилитель б, фильтр 17 нижнихчастот и сумматор 18. 2 ил,где Ь Не Но При гармоническом законе колебаний датчика 7 на его потенциальном выходе появляется постоянная ЭДС е и переменная ЭДС е частотой колебаний Р вибратора 9, Принимаем, что коэффициент передачи датчика 7 по измеряемой напряженности магнитного поля равен единице и обозначаем расстояние от центра датчика 7 до боковой поверхности испытуемого ферромагнитного образца 21 х . Тогда Изобретение относится к магнитнымизмерениям и моет быть использованодля записи начальной кривой намагничивания и петли гистереэиса Ферромаг 5нитных материалов,Цель изобретения - повышение точности путем непосредственного определения напряженности внутреннегополя в образце ферромагнитного мате"риала.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройстэва на Фиг. 2 - временные диафрагмы,поясняющие работу устройства, 15Устройство содержит источник,намагничивающего тока, соленоид 2,измерительную катушку 3 магнитнойиндукции, подключенную через масштабирующий усилитель 4 постоянного тока и интегратор 5 к вертикальной развертке двухкоординатного регистрато ра 6, например построителя графичес ких зависимостей типа Н, Устройство содержит также датчик 7 Холла,источник 8 постоянного тока, вибра тор 9, задающий генератор 10 переменного напряжения, фазовращатель 1,усилитель-ограничитель 12, усилитель13 низкой частоты, ключ 14, фильтр15 нижних частот, второй масштабирующий усилитель 16, а также фильтр 17нижних частот и сумматор 18, Фаэовращатель 11, усилитель 12, ключ 14 и, фильтр 15 образуют синхронный детектор 19 Датчик 7 Холла закреплен наконце штока вибратора 9 и записыва. -ется от источника 8 постоянного тока.Потенциальный выход датчика 7 подключен к входам усилителя 13 и фильтра 17, Выход источника 1 подключенк намагничивающему соленоиду 2, Выход задающего генератора 10 подключенк вибратору 9 и через последовательновключенные фазовращатель 11 и усилитель-ограничитель 1 2 - к управляющему входу ключа 14. Выход усилителя13 через последовательно соединенныеключ 14, фильтр 15 и усилитель 16подключен к второму входу сумматора5018. Выход фильтра 17 подключен к первому входу сумматора 18, выход которого подключен к горизонтальной развертке двухкоординатного регистратора 6, Источник 8 и датчик 7 образуют55измерительный преобразователь 20.Устройство работает следующим образом,Испытуемый цилиндрическ ий об ра з ец 21 ферромагнитного. материала располагают в центре соленоида 2 вдоль его продольной оси так, что измерительная катушка 3 охватывает центральное сечение образца 21, а датчик 7 находится на некотором расстоянии х от боковой поверхности образца 21, над его центральным сечением. Величина х должна быть не более 0,1 Э (Р - диаметр образца 21). Датчик 7 располагается так, что максимум его диаграммы направленности совпадает с направлением внешнего намагничивающего поля, создаваемого соленоидом 2, путем протекания по его обмотке тока источника 1, При намагничивании ферромагнитного образца 21 в разомкнутой магнитной цепи спра- ведливо напряженность внутреннегомагнитного поля;напряженность внешнего магнитного полянапряженность размагничивающего поля,На небольших расстояниях х от поверхности ферромагнитных цилиндров(х) = Н (1 - 1 х), (2) где 1 - коэффициент, зависящий отгеометрических размеров имагнитных параметров ферромагнитного цилиндра.Подставив (2) в (1), получаем Ь(х) =Н -Н +1 Н х =Ь+1 Н х (3) е = Ь(х) = Ь + 1 сНх,;, (4) е = е э 1.пйй + И 1,х э 1.пйй. (5)1465848датчи- чика 7, 11 апряжение н выходе фильтр:(15 в зависимости от квадранта регистрируемой петли гистереэиса изменяет (6)5знак так что автоматически ныполняется равенство (1). Частота (д, енныефильтра 17 выбирается иэ условий е =е +е На фиг. 2 представлены врем диаграммы ЭДС е и е при регистрации петли магнитного гистерезиса в 1-1 У квадрантах. Как видно иэ этих диаграмм, переменная ЭДС имеет в 1 и 11 квадрантах одну фазу, а в 111 и 1 Ч квадрантах - фазу, сдвинутую на 180 . Из выражений (4) и (5) следует, что амплитуда переменной ЭДС пропорциональна второму члену выражения для постоянной ЭДС, что позволяет скомпенсировать в выражении (4) для постоянной ЭДС второй член. Такая компенсация в предлагаемом устройстве осуществлена следующим образом. При включении датчик 7 начинает совершать возвратно-поступательное колебание перпендикулярно продольной оси образца 21 с небольшой амплитудой х (порядка 0,1 мм) и частотой Я (порядка 60 Гц). Частота й изменения напряженности внешнего намагничивающего поля 1: соленоида 2 составляет десятые доли герца, т;е.оно является квазистатическим. Переменная ЭДС е с выхода датчика 7 усиливается усилителем 13 низкой частоты, синхронно детектируется ключом 14, фильтруется фильтром 15 и в виде постоянного напряжения, изменяющегося . с частотой намагничивающего поля, поступает через масштабирующий уси-. литель 16 на первый вход сумматора 18. Фазовращатель 11 служит для совмещения фазы переменной ЭДС, поступающей на вход синхронного детектора, с фазой управляющих сигналов, поступающих на ключ 14, Частота среза Яфильтра 15 выбирается из условий асс) сс Я сР(7) Е с С;), сс ЗЯ,Нижняя частота Я( полосы пропускания усилителя 13 выбирается из условий(8) сс Ясс Й При выполнении этих соотношений на выход усилителя 13 не попадает ЭДС, обусловленная постоянной составляющей ЭДС датчика 7, и происходит усиление только переменной ЭДС датСуммарная ЭДС е на выходека 7 ра ви При выполнении этих услоний на его выходе присутствует только постоянная ЭДС датчика 7. Тогда на выходе сумматора 18 появляется напряжение е, , равное При настройке устройства коэффициент передачи 11 усилителя 16 вы бира ется равным где 11 , 11 , 114, 1 - коэФфициенты З 0 передачи соответствующих элементов функциональной схемы предлагаемого устройства,При выполнении условия (10).т. е. выходная ЭДС сумма то ра 18 пропорциональна напряженности внутреннего намагничивающего поля. При не прерывном изменении, например потреугольному закону намагничивающего тока, через соленоид 2 на двухкоординатном регистраторе 6 автоматически осуществляется запись петли магнитного гистерезиса ферромагнитного материала, из которого иэ гото влен испытуемый образец 21. Действительно, как следует из уравнения (11), на горизонтальную развертку регистратора 6 подается сигнал, пропорциональный напряженности внутреннего намагничивающего поля, а на вертикальную развертку - сигнал, пропорциональный магнитной индукции, который получается путем усиления и интегрирования ЭДС измерительной катушки 3.В предлагаемом устройстве использована высокая чувствитель;(ость датчика Холла, определяющего в заданной.тО,Яи Составитель С, Шумилишскан тор С. Лисина Техред ЛОлийнык Корректор 11. впускТираж 711 ствеяного комитета по иэоб 113035 Москва, Н, Раакаэ 943 НИИПИ Го Подписноеенинм и открытиямкан наб д, 4/5 НТ СССР 1 и 1 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 5 146 точке образца градиент поля. Зто позволяет непосредственно определить внутреннее намагничивающее поле в образце. Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферро магнитных материалов, содержащее источник намагннчивающего токак выходу которого подключен соленоид, задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора и входом вибратора, на штоке которого закреплен измерительный преобразователь, измерительную катушку, выход которой соединен с входом масштабирующего усилителя, двухкоординатный регистратор и сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено фильтром нижних частот, уси 5848 6лителем низкой частоты, интегратороми вторым масштабирующим усилителем,а измерительный преобразователь вы 5полнен в виде датчика Холла и источника постоянного тока, выход которого соединен с входом питания датчикаХолла, при этом выход измерительногопреобразователя соединен с входомфильтра нижних частот и входом усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом синхронного детектора, выход которого соединен свходом второго масштабирующего усилителя, выход которого соединен спервым входом сумматора, второй входкоторого соединен с выходом фильтранижних частот, причем выход сумматора соединен с первым входом двухкоординатного регистратора, второй входкоторого соединен с выходом интегратора. вход которого соединен с выходом первого масштабирующего усилителя,