Способ определения магнитных параметров материалов

(56) Испытание магнитных материалов и систем, Под ред. А.Я, Шихина. - М.: Энергия,1984, с, 127.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области магнитных измерений и может, быть использоИзобретение оизмерениям и может контроля сердечни форматоров. Целью изобрете ние точности.осится к магнитным ть использовано для импульсных транся является повыше На фиг, 1 приведена схема у для реализации способа; на фиг. 2 ные диаграммы; а - форма нама щего напряжения; б - форма изм времени индукции В и магнитн Ф материала; в - форма импул или форма петли гистерезиса, той по времени.Устройство содержит сердеч магничивэющую и измерительну 2, 3, измерительный резистор 4, 5 импульсов напряжения, вольтм них значений, частотомер 7, изм тока и осциллограф 9. строиства - времен- гничиваюенения во ого потока ьсов тока развернуник 1, наю обмотки генератор етр б средеритель 8 ОСУДЛРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР вано для контроля сердечников импульсных трансформаторов. Целью изобретения является повышение точности. Сердечник перемагничивают симметричным прямоугольным напряжением и уменьшают его частоту до достижения током в намагничивающей обмотке порогового значения, Индукцию насыщения определяют по частоте, соответствующей заданному режиму, т.е, заданной амплитуде тока намагничивания. Дополнительно определяют . форму петли гистерезиса по временной зависимости тока намагничивания. 2 ил. Определение индукции и других динамических магнитных параметров производят следующим образом.Сердечник 1 из магнитного материала снабжают намагничивающей обмоткой 2 и измерительной обмоткой 3, Периодически перемагничивают сердечник 1 прямоугольным напряжением, для чего обмотку 2 под- О ключают через измерительный резистор 4 к СЛ генератору 5 симметричного прямоугольно- С) го напряжения (фиг. 2 а) с минимальнымвнутренним сопротивлением и независимыми регулировками частоты и напряжения и, изменяют режим перемагничивания путем изменения частоты перемагничивания при заданном напряжении,Для определения индукции насыщения Вп режим перемагничивания изменяют путем уменьшения частоты от значения 10 до значения Ь, соответствующего резкому увеличению амплитуды импульсов на экране осциллографа 9 до заданного значения1 п 1, а индукцию насыщения Вп определяютпо найденному значению частоты Ьп поформулеОпВп 1 - 45 у/ (1)где Вп - индукция насыщения, Тл;,Оп 1 - амплитуда номинального напряжения на измерительной обмотке, измереннаявольтметром б средних значений, В;Я - сечение сердечника, м;2,Яп - число витков измерительной обмотки;Ьп 1 - найденное значение частоты, измеренное частотомером 7, Гц,Начальный режим перемагничиваниязадают частотой Ь 0, которая превышает возможные значения частоты Ь при регулировке и выбирается примерно в 1,5 раза вышерабочей частоты, и номинальным (рабочим)напряжением ОП 1,Режим измерения задают амплитудойНП 1 напряженности магнитного поля, пересчитывая ее а амплитуду Ь тока по формулеи= (2)где Ь - амплитуда импульсов тока, А;Н - амплитуда напряженности магнитного поля А/м;1 - длина средней линии сердечника, м;Ю - число витков намагничивающейобмотки,Динамическую кривую намагничивания Вп = 1 (Нп) определяют по результатам измерения индукции при различныхзначениях напряженности магнитного поляСреднее значение магнитной проницаВемости р = определяют отношениемНп 1индукции к напряженности.Динамическую петлю гистереэиса 8 = Р(Н) определяют по форме импульсов тока наэкране осциллографа 9 (фиг. 2 в), учитывал,что участок возрастания тока СОЕ являетсяодной ветвью петли, а участок убыванияАВ С - второй,Динамическую коэрцитивную силу Нопределяют по формуле Нд - АК Н (3)1 Мгде Н - динамическая коэрцитивная сила, А/м,М - величина отрезка, соответствующего току при нулевой индукции;АК - величина отрезка, соответствующего амплитуде и тока; Нп 1 - амплитуда напряженности магнитного поля, соответствующая амплитуде Ьтока, А/м.Динамическую остаточную индукцию Вг5 определяют по формулеКМВМ(4)где Вг-динамическая остаточная индукция,Тл;10 ВМ - величина отрезка между точкой В,в которой Н = О, и точкой М, в которой В = 0;КМ - величина отрезка, соответствующего амплитуде индукции ВП 1;Вп - амплитуда индукции, Тл,15 Сущностью предлагаемого технического решения является перемагничиваниесердечника симметричным прямоугольнымнапряжением (фиг. 2 а).Напряжение такой формы удобно для20 измерения. Ошибка измерения переменного напряжения зависит от коэффициентаформы кривой Ка, т.е. от отношения амплитуды Оп к среднему значению Оср,Для прямоугольного напряжения ОП 1 =25 =Оср( К. -- 1), поэтому ошибка при его измерении минимальна.прямоугольное нап ряжение, и риложенное к обмотке сердечника, обеспечивает линейное изменение во времени30 магнитного потока Ф= ВБЯ и индукции Вмежду их экстремумами Фщ и - Фь, Вп 1и - Вп (фиг. 26), Линейность изменения Фи В следует из закона индукциибФ35 64 нл = = - Огп = сопм или ЧМ 1,б 1В этом случае обеспечены малые приращения б Ф и б 1 можно заменить конечнымиЬФ = 2 Фь и й = 0,5 Т=, и получить12140 закон индукции в наиболее простом видеО= 4 ВЯВЫ (5)где Ое - амплитуда прямоугольного напряжения, В;Вп - амплитуда индукции, Тл;45 Я - сечение сердечника 1, м:Ю - число витков обмотки 3;1 - частота перемагничивания, Гц,Линейное изменение индукции имеетместо и в области насыщения сердечника(фиг. 2), что позволяет значительно повы 50 сить точность определения индукции технического насыщения, используя в качествемеры индукции пропорциональное ей время (или частоту) перемагничивания. Иэфиг. 2 б видно, что максимальному измене 55 нию индукции Ь В = 2 Вп соответствуетинтервал времени, равный половине периода, Точности измерения частоты, например, электронносчетными частотомерамитипа Ф 5034 или Ф 5035 составляет 10, В области насыщения кривая намагничива- ния имеет небольшой угол наклона а, например, для сплава 49 К 2 ФА т 9 а= =0,0001, поэтому ошибка при определении индукции 5 состоит в основном из ошибки измерения меры индукции (напряжения или частоты) и практически не зависит от ошибки выставки заданной напряженности магнитного поля Нп. Предлагаемый способ допускает произ водить выставку заданного значения Н по амплитуде тока с помощью электронного осциллографа. Например, ошибка, равная 10 о , при выставке Нп = 400 А/м составит Л Не = 40 Аlм. При этом ошибка 15 определения индукции насыщения составитЛ Вщ = т 9 ЙЛ Н щ = 10л 40 = 0,004 Тл или 0,2 о от номина Вп = 2 Тл.20При изменении частоты в пределах +20% имеет место изменение тока намагничивания, вызванное изменением потерь в сердечнике, Однако, эта ошибка не превышает 5% от амплитуды тока и также не влияет на точность определения индукции насыщения.Линейное изменение индукции позволяет расширить объем информации, т,е, определить форму петли гистерезиса, Известно, что для воспроизведения на экране осциллографа петли гистерезиса необходимо приложить к одной паре пластин напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля Н, а к другой паре - напряжение, пропорциональное индукции В, причем одно из этих напряжений должно быть линейной функцией времени, В данном случае таким напряжением может быть напряжение горизонтальной развертки осциллографа, так как оно так же, как индукция является линейной функцией времени в определенном интервале. Следовательно, к другой паре пластин вертикальным) необходимо приложить напряжение, пропорциональное Н, т.е, подать на вход осциллографа сигнал с измерительного сопротивления 4 в цепи намагничивающеГо тока, В этОм случае форма тока нд экране осциллографа будет определяться путлей гистерезиса материала сердечника 1. Участок нарастания тока от минимального до максимального значения является кривой намагничивания, а участок убывания - кривой размагничивания (фиг. 2 в).Для построения петли в обычном виде достаточно заменить кривую намагничивания СОЕ кривой СГА, для чего необходимо в момент времени 1 с изменить на обратный знак отсчета времени. Полученная таким образом петля отмечена штриховкой. По.форме петли можно определить динамйческиепараметры материала сердечника: козрцитивную силу Нд; остаточную индукцию Вг ипотери в сердечнике, Параметры,НС и Вгвозможно определить непосредственно поосциллограмме тока,Таким образом, повышение точностиопределения индукции по среднемузначению напряжения обеспечиваетсяпрямоугольной формой напряжения и использованием в качестве. информативногопараметра частоты перемагничивания, чтопозволяет уменьшить погрешность измерения с 10 одо величины менее 1%,Формула изобретения1. Способ определения магнитных параметров материалов. включающий периодическое перемагничивание образцаматериала с помощью намагничивающейобмотки и измерение ЭДС-индукции в измерительной обмотке, тока в намагничивающей обмотке и определение точек петлигистерезиса материалй. о т л и ч а ю щ и й с ятем, что. с целью повышения точности, перемагничивание образца осуществляютподачей в намагничивэющую обмоткудвухполярного меандра с постоянной амплитудой напряжения и снижают частотумеандра до достижения током в намагничивающей обмотке порогового значения,после чего регистрируют частоту меандра.после чего определяют индукцию насыщения материала и пороговые значения тока в намагничивающей обмотке изсоотношенийН4 ЯВ/пщигдеи - пороговое значение в намагничивающей обмотке;Вп, Нп - магнитная индукция насыщения материала и заданная напряженностьполя насыщения соответственно;Оп - амплитуда ЭДС-индукции в измерительной обмотке;1 п - частота меандра, соответствующаяпороговому значению тока в намагничивающей обмотке;1, Я - длина средней линии и площадиобразца соответственно;Юн, В(п - число витков нэмагничивающей и измерительной обмотки сеответст-,венно. 2. Способ по и. 1, о т л.и ч а ю щ и й с я тем, что определение остальных точек петли гистерезиса осуществляют путем регистрации зависимости тока в намагничивэющей обмотке от времени.1700503 Составитель С.Шумилишскаяедактор М.Ликович Техред М,Моргентал . Корректо ерявая Производственно-издательский комбинат "Патент"г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 4465 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ ССаушская наб., 4/5