Устройство для измерения магнитной анизотропии и момента вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Нижегородскомгосударственном университете им.Н.ИЛобачевского(73) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Нижегородскомгосударственном университете имН.ИЛобачевского(64) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ И МОМЕНТА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ГИСТЕРЕЗИСА СФЕРИЧЕСКИХФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ(э 1) 5 0 01 К ЗЗ 12 технике и предназначено для использования в приборостроении, а именно дпя определения моментов магнитной анизотропии и вращательного гистерезиса, Сущность изобретения устройство содержит два симметрично расположенных относительно образца электромагнита 2, 3 с катушкой 4, 5 на каждом сердечнике, датчик 6 зазора между образцом 1 и полюсом электромагнита, усилители 7, 8, 15, 16, проводящий цилиндр 9, двухфазный статор асинхронного датчика 10 момента, датчик 11 скорости вращения ротора, квадратурный генератор 12 переменного напряжения, задатчик 13 скорости вращения ротора, блок 14 перемножения сигналов, регистратор 17. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборостроении, а именно для определения моментов магнитной анизотропии и вращательного гистерезиса, действующих в магнитном поле на сферические по форме ферромагнитные образцы, для отбраковки образцов по этим характеристикам, при разработке и исследовании ферромагнитных материалов, особенно при малом уровне анизотропии и гистерезиса,Известно устройство для определения направления осей анизотропии в ферромагнитныхх сферических образцах (Приборы для научных исследований, Т, 39, 1968, М 11, с, 149-151), В этом устройстве ферромагнитный образец размещается между двумя электромагнитами в тефлоновой лунке, При включении магнитного поля образец разворачивается, стремясь занять положение, при котором ось легкого намагничивания располагается вдоль магнитного поля. Однако из-за сухого трения между образцом и лункой это устройство имеет грубую точность, поэтому не может применяться для образцов с малой анизотропией, каковыми являются поликристаллические образцы, применяемые в прецизионном приборостроении, Кроме того, это устройство не позволяет провести количественные измерения магнитной анизотропии даже при большой ее величине.Известны устройства для определения величины анизотропии (Чечерников В, И, Магнитные измерения. МГУ, 1969, с, 188 - 190). Эти устройства содержат два электромагнита, симметрично расположенных относительно образца, закрепленного на упругом торсионе. При измерениях включенные электромагниты поворачивают вокругобразца. Угол закручивания торсиона или ток в рамке гальванометра, совмещенного с торсионом и включенного в систему стабилизации угла закручивания торсиона, характеризует момент М, действующий на образец при повороте поля относительно образца на угол р Снимается характеристика М(р), амплитуда переменной составляющей которой характеризует величину момента анизотропии, Разность моментов М(Р), М(ф), снятых при вращении поля в разные стороны, позволяет судить о моменте вращательного гистерезиса, а площадь,заключенная между кривыми М(р) и М(у"), - о потерях ЧЧвг энергии на вращательный гистерезис за оборот, которые связаны с величиной момента Мвг вращательного гистерезиса соотношением ЧЧвг = 2 л Мвг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недостатком этих приборов являются большие габариты и сравнительно низкая точность. Большие габариты обусловлены необходимостью создания магнитного поля, близкого к однородному; в противном случае сила, действующая на образец в неоднородном магнитном поле и вызывающая его притяжение к тому или иному полюсу электромагнитов, деформирует торсион, внося искажения в показания. Для уменьшения деформации приходится применять достаточно жесткие торсионы, что приводит к снижению чувствительности прибора, Изэа этой же силы, возрастающей с увеличением размеров образца, трудно или невозможно определить анизотропные и гистерезисные характеристики применяющихся на практике образцов большого диаметра (от 1 см и выше).Прототипом предлагаемого изобретения может служить Устройство для определения осей и величины анизотропии сферических ферромагнитных образцов (а.с. Ке 748306, кл. 6 01 В 33/12, 1980). Устройство содержит магнитный подвес сферического ферромагнитного образца, состоящий из двух соосно расположенных электромагнитов, датчика зазора между полюсом электромагнита и образцом, соединенные с ним последовательно усилитель сигнала и выходной блок(усилитель мощности постоянного тока), нагруженный катушками электромагнитов. С целью снижения влияния гистерезиса на точность определения анизотропных характеристик образца предложено вывешивать образец в переключающемся по направлению магнитном поле, для чего в систему регулирования подвеса введены дополнительные блоки и на сердечниках электромагнитов размещены дополнительные катушки, обеспечивающие коммутацию вывешивающего поля с заданной частотой.Вывешенный в устройстве образец свободен от механического контакта с опорой и от сухого трения и под влиянием моментов со стороны поля образец разворачивается так, что одна из осей его анизотропии устанавливается вдоль оси симметрии поля. Определение величин анизотропии проводится по периоду колебаний образца вокруг оси, ортогональной оси поля, В описании к этому устройству не отмечена возможность исследования на нем гистерезисных характеристик образца, но в работе "Анизометр с магнитным подвесом образа" (Денисов Г. ГЛиньков Р, В., Поздеев О. Д., Романычев Ю.А., Химин Ю, А, - ПТЭ, 1981, М 5, с, 245), где описано данное устройство, отмечается, что для исследова 2005311ния гистерезисных свойств образец предварительно раскручивается вокруг оси, перпендикулярной полю, затем измеряется зависимость скорости вращения от времени, по которой определяется момент вращательного гистерезиса, действующий на образец.Таким образом, устройство по а,с. М 748306 используется для определения осей анизотропии и ее величины и для оценки моментов вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов.Недостатками этого устройства являются трудности задания таких начальных условий, при которых угловые колебания или вращение образца происходили бы вокруг выбранной оси образца, большие погрешности из-за быстрого затухания колебаний и скорости вращения образца, особенно если образец является проводящим,Целью изобретения является повышение точности измерений величины анизотропии и моментов вращательного гистерезиса сферических ферромагнитных образцов.Цель достигается тем, что в устройство для определения осей и величины анизотропии сферических ферромагнитных образцов, содержащее два симметрично расположенных относительно образца электромагнита, датчик зазора между образцом и полюсом электромагнита и после. довательно с ним соединенные усилитель и выходной блок, нагруженный катушками электромагнитов, дополнительно введены прикрепленный к образцу проводящий цилиндр, статор датчика момента, охватывающий цилиндр, датчик скорости вращения цилиндра, блок разности, квадратурный генератор, блок перемножения, два усилителя мощности переменного тока и регистратор, причем первый выход генеоатора соединен с входом первого усилителя мощности, выход которого подключен к первой обмотке статора датчика момента, второй выход генератора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока разности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами датчика и задатчика скорости вращения цилиндра, выход блока умножения соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с второй обмоткой статора датчика момента, а первый вход регистратора соединен с выходом первого усилителя мощности, второй его вход - с выходом второго усилителя мощности, третий - с выходом датчика скорости вращения цилиндра. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Структурная схема устройства приведена на чертеже.Устройство содержит два симметрично расположенных относительно образца 1 электромагнита 2 и 3 с катушками 4 и 5 на каждом сердечнике, датчик 6 зазора между образцом и полюсом электромагнита, соединенные с ним последовательно усилитель 7 сигнала и выходной блок 8 (усилитель мощности постоянного тока), нагруженный катушками 4 и 5 электромагнитов, и дополнительные элементы и блоки: проводящий цилиндр 9, скрепленный с образцом 1, блок разности Ы, статор 10 двухфазного асинхронного датчика момента, для которого ротором является цилиндр 9, датчик 11 скорости вращения цилиндра 9, квадратурный генератор 12 переменного напряжения, задатчик 13 скорости вращения цилиндра 9, блок 14 перемножения сигналов, усилители 15 и 16 мощности переменного тока и регистратор 17.Соединенные в замкнутую цепь датчик 6 зазора, усилитель 7, выходной блок 8, электромагниты 2 и 3 образуют магнитный подвес ферромагнитного образца 1 с прикрепленным к нему цилиндром 9 в поле электромагнитов 2 и 3 без механического контакта с корпусом.Совокупность соединенных как описано выше и показано на фиг. 1 элементов: датчика 11 и задатчика 13 скорости вращения цилиндра 9, датчика 10 момента, блоков разности,- и умножения 14, квадратурного генератора 12, усилителей 15 и 16 мощности образует систему стабилизации скорости вращения образца 1 в поле вывешивающих электромагнитов 2 и 3 и обеспечивает новое качество устройства, а именно позволяет повысить точность измерения величин магнитной анизотропии образца 1 и действующих на него моментов вращательного гистерезиса.Регистратор 17 служит для измерения и записи амплитуд опорного и управляющего напряжений на обмотках статора датчика 10 момента и регистрации скорости вращения образца 1,Магнитный подвес и система управления магнитным подвесом могут быть выполнены по известной схеме см., например, Ю. Д, Вышков, В, И. Иванов. Магнитные опоры в автоматике. М.: Энергия, 1978, с. 38-40, С. О. Мс, НагаЭ апб отп. пргоес 3 Мацпе 0 с Япрепбюп Бузуев, 851, к 22, М 11, 1958. р, 1029).Статор датчика 10 момента выполнен аналогично статору асинхронного двигателя. Момент, действующий на ротор со стороны датчика момента М 9, пропорционален2005311 Квадратурный генератор 12 может бытьсобран по известной схеме (см,. например,рис, 5.12 в кн. А, Г, Алексеенко и др. Применение прецизионных аналоговых ИС. М,:5 Радио и связь, 1981),В качестве задатчика 13 скорости вращения цилиндра 9 может быть использованрегулируемый источник постоянного напряжения,10 Блок 14 умножения, усилители 15 и 16мощности могут быть выполнены на базесовременных ИС, например, типа 525 ПС 1 иК 174 УН 7.Регистрирующее устройство 17 может15 быть составлено, например, из трех промышленных приборов; вольтметра для измерения напряжения на первой обмоткестатора датчика 10, самописца для записинапряжения на второй обмотке статора дат 20 чика 10 за время полного оборота цилиндра9 и частотомера для регистрации частотыследования импульсов с датчика 11 скорости вращения цилиндра 9.(56) Авторское свидетельство СССР25 %748306, кл. 6 01 В 33/12,1978,Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ И МОМЕНТА 30 ВРАЩАТЕЛЬНОГО ГИСТЕРЕЗИСА СФЕРИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ, содержащее два соосно расположенные электромагнита, датчик зазора, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с усилителем мощности; выходы которого подключены соответственно к обмоткам электромагнитов, отличающееся тем, что, с целью повы щения чувствительности, в него введены проводящий цилиндр со штоком, статор датчика момента, расположенный коаксиаиьно с цилиндром, датчик скорости вращения цилиндра, задатчик скорости 45 вращения цилиндра, блок разности, квадратурный генератор, блок перемножения, два усилителя мощности и регистратор,Составитель А, ВоробьевТехред М.Моргентал КоРРектоР М, Максимишинец Редактор Т. Лошкарева Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3432 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 произведению амплитуд опорного Чо и управляющего Чу напряжений - Мв = Кд-Оо-Оу, где Кв - масштабный коэффициент, определяемый при градуировке, которая может быть осуществлена путем вывешивания цилиндра 9 на торсионе с известной крутильной жесткостью и измерения угла закручивания торсиона при подаче напряжений на обмотки статора.Датчик 11 скорости вращения цилиндра 9 конструктивно может быть выполнен (и выполнялся на практике) в виде устройства, содержащего светофотодиоды и регистрирующего прохождение узких щелей на поверхности цилиндра 9. Преобразование информации с датчика о частоте импульсов, характеризующей скорость вращения цилиндра 9, в пропорциональное ей напряжение может быть осуществлено частотным дискриминатором, выполненным, например, на диодном детекторе с зарядовой ем, костью или ждущем мультивибраторе.Блок разностий может быть собран на резисторах или с использованием интегральных схем (ИС). причем первый выход квадратурного генератора соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого подключен к первой обмотке статора датчика момента, второй выход квадратурного генератора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока разности, два входа которого соединены соответственно с выходами датчика и задатчика скорости вращения цилиндра, а выход блока умножения соединен с входом третьего усилителя мощности, выход которого соединен с второй обмоткой статора датчика момента, первый вход регистратора соединен с выходом второго усилителя мощности, второй вход регистратора соединен с выходом третьего усилителя мощности, а третий - с выходом датчика скорости вращения цилиндра.