Устройство для определения статическихмагнитных характеристик ферромагнит-ных материалов

Союз Советских Социвлистичесмих РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 230379 (21) 2740556/18-21 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -6 01 В 33/14 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения С.А.Зубко, Н.К.Трусов и Л.Г.Дмитрович Отдел физики неразрушающего контроля АН БелорусскЪЬ 4 СР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОИзобретение относится к магните метрии, в частности, к испытаниям ферромагнитных материалов и измерению их статических магнитных хаэрактеристик на стержневых образцах, намагничиваемых в разомкнутой магнитной цепи, и может быть использовано для записи петли. магнитного гистерезиса на двухкоординатном Графопостроителе.Известно устройство для испытания ферромагнитных материалов при на" магничивании в разомкнутой магнитной цепи, представляющее из себя вибрационный магнитометр, позволяющий измерять намагниченность (магнитный момент) шарообразных ферромагнитных образцов. Напряженность намагничивающего поля электромагнита измеряется измерительным генератором (1).Недостатком устройства является то, что получение статических магнитных характеристик вещества из измеренных характеристик образца связано с ручной операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Релея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависящим от величины намагниченности. Использование такой методикьи применение для измерения шарообразных образцов при удовлетворительной точности ограничивает измерениятолько магнитожесткими материалами.Известно устройство для получения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов.Устройство предназначено для измерения статических магнитных характеристик (петли магнитного гистерезиса, начальной кривой намагничивания) ферромагнитных материалов на 5 эллипсоидальных образцах одного типоразмера при намагничивании в соленоиде; В ием операция пересчета напряженности внешнего намагничивающего поля на напряженность внутрен него намагничивающего поля (сдвигРелея) автоматизирована,что поэзо"ляет на регистрирующем приборе сразу получать петлю магнитного гисте,резиса ферромагнитного материала,а 25 не образца. Устройство содержит намагничивающую катушку-соленоид,внутри которой заключен исследуемыйобразец в виде эллипсоида, охватыва-ющую образец, измерительную катушку, 30 приводимую в возвратно-поступатель 800920ное движение механизмом возвратно- поступательных колебаний и два усилителя-преобразователя, на вход одногоиз которых подается ЭДС измерительной катушки, а на вход второго - падение напряжения на резисторе, включенном в цепь намагничивающего тока. В устройстве с целью создания автоматизации сдвига Релея применен сдвоенный механический выпрямитель,включенный в цепи двух независимых обмоток выходного трансформатора усилителя, выпрямленные напряжения с одной иэ которых служат для подачи нагоризонтальные пластины, а с другойна его вертикальные пластины, последовательно и навстречу падениюнапряжения, создаваемого намагничивающлм током. Как вИдно, в устройстве автоматический сдвиг Релеяполучается за счет подачи на входусилителя горизонтальной разверткиосциллографа разности двух напряжений, пропорциональных соответственно напряженности намагничивающегополя соленоида и намагниченности вопределенном масштабе. Масштаб понамагниченности зависит от коэффициента размагничивания, который определяется отношением длины эллипсоидального образца к его диаметру121. В устройстве автоматически выполняется операция сдвига Релея,т.е. выполняется условиеН;=НЕ -Ы 1,где Н - напряженность внутреннегонамагничивающего поля;Н - напряженность магнитногополя соленоида;1 - намагниченность образца;И - коэффициент размагничивания испытуемого ферромагнитного образца, которыйопределяется рассчетнымпутем.Недостатком этого устройства является низкая точность-измеренийстатических магнитных характеристикна не эллипсоидальных стержневыхобразцах. Это обусловлено тем,чтокоэффициент размагничивания для таких образцов не является постояннойвеличиной, а, как известно, имеетмагнитный гистерезис и в значительной степени зависит от намагниченности и относительной магнитной восприимчивости."Цель изобретения - повышение точности измерений,Указанная цель достигается тем,что устройство, содержащее последовательно соединенные регулируемыйисточник постоянного тока, намагничивающую обмотку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего напряжения, измерительную обмотку, регистрирующий прибор и два операционных уси гулируемый источник 1 питания, намагничивающую обмотку 2, эталонныйрезистор 3, механизм 4 возвратнопоступательных колебаний, измерительную обмотку 5 с внешней обмоткой 5-1 и внутренней обмоткой 5-2,операционные усилители 6-.8, синхронные детекторы 9 и 10, генератор 11управляющего напряжения, переклю-чатель 12 и двухкоординатный графопостроитель 13. Намагничивающая обЯ 5 мотка 2 и эталонный резистор 3 вклю-чены последовательно с выходом регулируембго источника 1 питания, Квыходу генератора 11 управляющегонапряжения подсоединены вход меха- рО низма 4 возвратно-поступательныхколебаний и управляющие входы синхронных детекторов 9 и 10. На толкателе механизма возвратно-поступательных колебаний закреплен стержневой испытуемый образец 14, расположенный соосно с измерительной иНамагничивающей обмотками, Внешняяобмотка 5-1 измерительной обмотки5 через переменный резистор подсоединена ко входу операционного уси лителя б, а внутренняя обмотка 5-2параллельно ко входам операционныхусилителей б и 7. Выход операционного усилителя б подсоединен черезпеременнйй резистор ко входу опера ционного усилителя 7, а также через 35 20 25 ЗО лителя, один из которых подключен к. эталонному резистору, а другой - к измерительной обмотке, дополнительно снабжено двумя синхронными детек"торами, третьим операционным усилителем, вход которого подключен квыходу первого операционного усилителя и к входу первого синхронного детектора, и к измерительнойобмотке а выход - ко входу второгосинхронного детектора, управляющиевходы которых подсоединены к выходу генератора управляющего напряжения, а выходы - к соответствующим входам регистрирующего прибора,при этом выход первого синхронного детектора подключен ко входу третьего операционного усилителя и через переключатель - к его выходу, а размеры измерительной обмотки выбраны из соотношенияо(1) где Х - соотношение длины измериктельной обмотки к диаметру поперечного сечения;%д в . то же, для испытуемогостержневого образца. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 взаимное расположение измерительной обмотки испытуемого стержневого образца и намагничивающей катушкиУстройство для записи на двухкоординатном графопостроителе статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов содержит ре800920 мого образца. Переменное напряжение, пропорциональное намагниченности, синхронно детектируется дегектором 10 и поступает на координатуу двухкоординатного графопостроителя 13, На входе операционного усилителя 8 происходит вычитаниенапряжений с эталонного резистораОк=юНе, где в " постоянный коэффициент, определяемый конструкциейнамагничивающей обмотки 2 и величи 10 ной эталонного резистора 3, и напряжения с синхронного детектора 9,пропорционального выходному напряжению усилителя б 0 о,На выходе операционного усилителя Ю присутствует по 15 стоянное напряжение я , равноео в (Не - Но ) = аН; (42и пропорциональное напряженностивнутреннего намагничивающего поля.Посредством переключателя 12 можно - щ на координату фх двухкоординатного графопостроителя 13 подаватьнапряжение 08 или Уб .Изобретение позволяет значительно повысить точность измерений,таккак в нем, в отличие от прототипа,напряженность размагничивающего поля измеряется, а не рассчитывается,Следовательно, зависимость коэффициента размагничивания от намагниченности, его магнитный гистерезис фО не приводит к погрешности измерений.Измерение в установке напряженности размагничивающего поля (а не егорасчет) позволяет применять для измерения стержневые образцы неэллипсоидальной Форьы, и измерять не только зависимость намагниченности отнапряженнооти внутреннего намагничивающего поля, но и зависимостькоэффициента Размагничивания от 40 намагниченности. Формула изобретения си нхр онный дет ект ор9 ко входу операционного усилителя 8, ко входу которого подключен и эталонный резистор 3. Выход операционного усилителя "7 через синхронный детектор 10 подсоединен к координате у цвухкоординатного графопостроителя 13. Выход синхронного детектора 9 и выход операционного усилителя 8 подсоединены к переключателю 12, посредством которого могут поочередно подключаться к двухкоординатному графопостроителю 13Устройство работает следующим образом.Испытуемый стержневой образец 14, закрепленный на толкателе ме-, ханизма 4 возвратно-поступательных колебаний, находится в однородном магйитном поле намагничивающей обмотки 2 и совершает линейные возврат но-поступательные движения с небольшой амплитудой и частотой относительно измерительной катушки 5. Одни конец измерительной катушки расположен над центральным сечением образца 14, а второй на рас- стояйии в соответствии с Формулой (1) . Благодаря указанному соотношению (1) размеров измерительнойобмотки 5 в ней индуктируется ЭДСОН пропорциональная потоку(Р магнитной индукции через ее поперечное сечение, которое находится над центральной частью образца 14, Поскольку образец 14 совершает колебания относительно неподвижной измерительной обмотки 5, то в последней на" водится ЭДС е, пропорциональнаяе 1 2д (Яо (о) (Бк Бо 2 НоЗе =Аа ю(яо(1-Но) - (З) -Б ) Н), (3) где е - ЭДС во вйутренйей измерительной обмотке 5;е - ЭДС во внешней измерительной обмотке 5)А,Г амплитуда и частота вибрации;ю - плотность намотки проводом измерительной обмоткиобразца;Яа,Б - площадь поперечного сечения соответственно образца, внутренней и внешнейизмерительной обмоток 5)1 - намагниченность образцауНо - напряженность размагничивающего поля.На входе операционного усилителя б осуществляется вычитание е и2 которое пропорционально напряженйости размагничивающего поля в централь" ном сечении образца. На входе опера- . ционного усилителя 7 происходит сум.мирование сигналов, пропорциональных е и О . В этом случае переменное напряжение на выходе усилителя 7 пропорционально" только намагниченности центрального сечения испыгуе 45 Устройство для определения статических магнитных характеристикферромагнитных материалов, содержащее последовательно соединенныерегулируемый источник постоянного Я тока, намагиичивающую обмотку и эталонный резистор, механизм возвратно-поступательных колебаний, связанный с генератором управляющего на-.пряжения, измерительную обмотку реу гистрирующий прибор и два операционных усилителя, один из которыхподключен к эталонному резистору,а другой - к измерительной обмоткео т л и ч а ю щ е е с я тем, что,сцелью повышения точности измерений, 40 оно снабжено двумя синхронными детек.торами и третьим операционным усилителем, вход крторого подключен квыходу первого операциОнного усилигеля и к входу первого синхронного б 5 детектора, и к измерительной обмот800920 Составитель Е.ДанилинаРедактор С.Шевченко Техред М. Голинка Корректор М,Коста 2 тираж 743 НИИНИ Государственногопо делам и за бр ет ени 9 35, москва, Ж, Рауш Эаказ 10414 Подписнокомитета СССРи открытийкая наб., д.4/5 113 иал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ке, а выход - ко входу второго синхронного детектора, управляющие входы которых подсоединены к выходу генератора. управляющего напряжения, а выходы - к соответствующим входам регистрирующего прибора, при этом выход первого синхрон.ного детектора подключен ко входу третьего операционного усилителя и через переключатель - к его выходу, а размеры измерительной обмотки выбраны из соотйошения, о+ 16 где % - отношение длины измерительной обмотки к диаметру поперечного сечения;то же, дЛя испытуемого стержневого образца.Источники Информации,принятые во внимание при экспертизе1. Измерительная техника,196 7, 9 10, с.53-57.2, Рау Ночлег Мадпе 1 с йузегез 1 з1 оор Сгасег ия 1 п 9 орега 11 опа 1 алр 10 11 Иегв Кеч. Бс 1. 1 пзгцш, 1972,43, 99, 1274 - 1279.