Устройство для измерения параметров ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи

Совз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 140480 (21) 2910432/18-21 (51)М фт С 01 й 33/12 Государствепиый комкает СССР по дедам нзобретеннй н открытий(54) УСТРОЙСТВО ЦЛН ИВМЕРЕНИН ПАРМЕТРОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В РАЗОМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения статических магнитных характеристик Ферромагнитных материалов на стержневых образцах.Известно устройство для определения характеристик Ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, которое содержит источник намагничивающего тока, подключенный к нему соленоид, измерительную катушку индукции, устанавливаемую в центральной части стержневого образца, интегратор, вход которого подключен к измерительной катушке, регистратор и датчик Холла. Характеристики материалов в известном устройстве определяются на основной кривой намагничивания без промежуточного определения коэффициента размагничивания путем 2 О измерения с помощью датчика Холла напряженности магнитного поля на поверхности образца и измерения магнитной индукции в центральном сечении образца с помощью катушки индукции 13.Однако, напряженность магнитного поля в объеме образца непосредственно измерить невозможно и ее находят по значению тангенциальной составляющей на поверхности образца методом ЗО экстреполяции на основании измерения напряженности на разных расстоя-, ниях от поверхности одним датчиком. Это приводит к большим методическим и инструментальным погрешностям.Цель изобретения - повышение точности измерений.Эта цель достигается тем, что устройство для измерения параметров Ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, содержащее источник намагничивающего тока, подключенный к нему соленоид, последовательно соединенные измерительную катушку индукции и интегратор,и регистратор, снабжено приводом измерительной катушки, блоком отсчета координаты катушки, подключенным к выходу интегратора, аналого-цифровым преобразователем, блоком интегрирования по координате, сумматором, двумя ключами, блоком вычитания и масштабным делителем, при этом измерительная катушка выполнена подвижной, выход аналого-цифрового преобразователя связан с сигнальными входами ключей и с одним иэ входов блока интегрирования по координате, второй вход которого подключен к одному из выходов блока отсчета координаты, авыход - к одному иэ входов сумматора, второй вход которого связан свыходом одного из ключей, а выходс одним иэ входом блока вычитания,второй вход которого подключен ковторому выходу источника намагничивающего тока, а выход - к одному из5входов регистратора, второй вход которого соединен с выходом второгоключа, управляющие входы обоих ключейсвязаны со вторым и третьим выходамиблока отсчета координаты, а третий 10вход блока интегрирования по координате и третий вход сумматора - смасштабным делителем,На чертеже представлена блоксхема устройства. 5Устройство содержит источник 1намагничивающего тока, подключенныйк нему соленоид 2, внутри которогоустановлена подвижная катушка 3,охватывающая испытываемый образец 4. 2 ОИзмерительная катушка 3 механическисвязана с приводом 5 и блоком б отсчета координаты положения катушки3 относительно образца 4. Катушка 3подключена ко входу интегратора 7,выход которого подключен ко входуаналого-циФрового преобразователя 8.Выход аналого-цифрового преобразователя 8 связан с одним из входовблока 9 интегрирования по координате, а также с сигнальными входами 30ключей 10 и 11. Второй вход блока 9интегрирования по координате подключен к одному иэ выходов блока б отсчета координаты катушки, а.выходк одному из входов сумматора 12. 35Второй вход сумматора 12 связан свыходом ключа 10, третий вход сумматора 12 и третий вход блока 9 интегрирования по координате соединены смасштабным делителем .13. Выход сум Оматора 12 подключен к одному из входов блока 14 вычитания второй входкоторого подключен ко второму выходу источника 1 намагничивающеготока, а выход - к одному иэ входоврегистратора 15. Второй вход регистратора 15 соединен с выходом ключа11. Управляющие входы ключей 10 и 11связаны со вторым и третьим выходами блока б отсчета координаты катуш.Известно, что коэффициент размагничивания, а значит и раэмагничивающее поле, в центральном сечениистержневого образца однозначно опре-,деляется распределением намагниченности Чо по длине стержня и его гео 55метрическими размерами, т,е. еслиизмерить распределение намагниченности по длине образца можно точноопределить коэффициент размагничивания в его центральном сечении, а Означит и напряженность Нр".размагничивающего поля из известного соотношения Н =Ну где М - коэффициентР оразмагничивания, 3 - намагниченностьв центре стержня. 65 Зная напряженность Н внешнего намагничивающего поля, которое однозначно определяется по значению токав соленоиде, можно внести поправкуна размагничивающее поле образца иопределить напряженность поля, намагничивающего материал образца в егоцентральном сеченииН=НТаким образом, измеряя индукцию вцентральной части образца, соответствующую определенной напряженностиН можно определить характеристикиматериала образца при заданном изменении напряженности внешнего поля Нз.Устройство работает следующим образом.При пропускании тока через соленоид от источнйка 1 намагничивающего тока, в объеме соленоида 2 создается магнитное поле, которое намагничивает помещенный в соленоид 2образец 4. Напряженность намагничивающего поля однозначно определяетсязначением тока. Измерительная катушка 3 перемещается приводом 5 по всейдлине намагниченного образца 4, охватывая его, причем движение катушки3 начинается из точки в соленоиде2, относящей от края образца 4 нарасстояние в 1,5-2 его длины, гдепрактически отсутствует сцеплениемагнитного поля образца 4 с витками катушки 3. При перемещении катушки 3 в ней индуктируется ЭДСравная скорости изменения магнитного потока ФКч6 Ф Вйс 3.К сгде КИК - постоянная измерительнойкатушкирВ - магнитная индукция в образце.Эта ЭДС поступает на интегратор 7.Напряжение на выходе интегратора7 в каждый момент времени пропорционально индукции В в сечении образца 4, которое проходит катушка. 3в данный моментЕд=К, К,Ь,=КЬ,где К - постоянная интегратора,йК - коэффициент пропорциональности.Это напряжение поступает в аналог о-цифровой преобразователь 8, гдепреобразуется в цифровой код и в ц фир овом виде поступает на блок 9 интегрирования по координате. В блоке9 интегрирования по координате происходит вычитание сигнала, соответст вующего значению индукции в те- сокущем сечении образца 4, сигнал,ответствующий значению индукции в сечении, отстоящем от текущего на расстояние, равное выбранному шагу кван,тованияРезультирующий сигнал соответствует изменению индукции заодин шаг квантования и при достаточно малом шаге квантования пропорционален производной индукции покоординате. Этот сигнал умножаетсяна коэффицент, зависящий от значения текущей координаты х и относительных размеровобразца 4, и сум 5мируется с результатом суммированияна предыдущем шаге квантования. Навыходе блока 9 интегрирования по координате, после прохождения катушкой3 всей длины образца 4, сигнал соответствуетр=Б ДМ . К,Л,Х),где и - число шагов квантования дляданного образца; 15дЧ; - сигнал, соответствующий изменению индукции за один шагквантованияК(Х,х) - коэффициент, зависящий от относительных размеров образца 2 Ои текущей координаты х,Сигнал с выхода блока 9 интегрирования по координате поступает на входсумматора 12, где суммируется с сигналом, соответствующим значению индукции в краевом сечении образца 4,поступающим с выхода ключа 10, который управляется блоком 6 отсчета координаты и открывается только в момент прохождения катушкой 3 краевого сечения. Сигнал с выхода сумматора12, пропорциональный значению размагничивающего поля, поступает на блок14 вычитания, где вычитается иэ сигнала, соответствующего значению намагничивающего поля, поступающегона блок 14 от источника 1 намагничивающего тока. С выхода блока 14 сигнал, пропорциональный значению напряженности поля, намагничивающего образец 4 в его центральном сечении, 4 Опоступает на регистратор 15, худаодновременно поступает сигнал, пропорциональный индукции в центральномсечении образца, с выхода ключа 11,который управляется от блока б отсчета координаты и открывается в момент прохождения катушкой 3 центрального сечения образца 4.При заданном законе изменения намагничивающего тока в источнике 1,в регистраторе 15 зафиксируется зависимость магнитной индукции в центральном сечении образца 4 от напряженности поля, намагничивающего образец 4 в этом же сечении. Эта зависимость и является характеристикойматериала образца, она может бытьпредставлена как в ниде основной кривой намагничивания, так и в виде петель гистерезиса,Предлагаемое устройство позволяет определить напряженность поля,намагничивающего образец, по эначению намагничивающего тока в соленоиде с автоматическим внесением поправки,учитывающей размагничивающее поле испытуемого образца. При этом напряженность раэмагничивающего поля находится через однозначно определяющее ее распределение намагниченности вдоль образца, беэ измерения абсолютных значений намагниченности, что позволяет повысить точность определения характеристик материалов по сравнению с известным устройством не менее чем в 3 разаи автоматизировать определение характеристик.Формула изобретенияустройство для измерения параметров ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, содержа щее источник намагннчивающего тока, подключенный к нему соленоид, последовательно соединенные измерительную катушку индукции и интегратор, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено приводом измерительной катушки, блоком отсчета координаты катушки, подключенным к выходу интегратора, аналого-цифровым преобразователем, блоком интегрирования по координате, сумматором, двумя ключами, блоком вычитания и масштабным делителем, при этом измерительная катушка выполнена подвижной, выход аналого-цифрового преобразователя связан с сигнальными входами ключей и с одним из входов блока интегрирования по координате, второй вход которого подключен к одному из выходов блока отсчета координаты, а выход - к одному из входов сумматора, второй вход которого связан с выходом одного из ключей, а выход - с одним из входов блока вычитания, второй вход которого подключен ко второму выходу источника намагничивающего тока, а выход - к одному из входов регистратора, второй вход которого соединен с выходоф второго ключа, управляющие входы ,обоих ключей связаны со вторым и третьим выходами блока отсчета коор" динаты, а третий вход блока интегрирования по координате и третий вход сумматора - с масштабным делителем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Труды метрологических институ-тов СССР., Исследования в области магнитных измерений, Вып.152(212),1974,с.120-129.892389 Е.данилина телевич К оставител ехред Ж. К едактор И.Юркове тор Г.Назаров Заказ 1 о филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная О/69 Тираж 735 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Рауш