Способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 1)5 6 01 й 27/7 ПИСАНИЕ ИЗС)БРЕТЕ ИДЕТЕЛ ЬСТВ ВТОРСКО формы. Сущность: положи достигается за счет приме тельного образца, имеюще контролируемым форму, и мого магнитным полем, нап ношению к образцу и пара такие же, как и при перема тролируемого образца, иэ ной магнитной и вспомогательного образца ния начальной магнитной материала вспомогэтельног ловия1 в 1где д - погремагнитной пр исследовательскийкий иашино ровиков, Ю.В. Казаени И АЛА ерения ой про- напри- ольной,йгв + ЗИгв 1 шность измере оницаемости. 1начал ьн реализован в Недостатком способа является возможности непосредствен ения начальной магнитной пр и материала образцов,Известен другой способ измерения статических магнитных параметров посредством измерения напряженности магнитного поля вблизи поверхности образцов, Способ включает намагничивание образца в соленоиде, измерение тангенциальной составляющей поля в образце с помощью измерительных преобразователей Холла, усиление и преобразование сигналов соответствующими устройствами и регистрацию результатов измерений, Недостатками известного способа являются необходимость значительных затрат времени на выполнеустроистве.отсутствие ного измер оницаемост ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССРСПАТЕНТ СССР)(21) 4428746/21 (2 ) 23.05.88 (4 ) 07.02,93. Бюл. М 5 (71) Всесоюзный научнопр ектно-конструкторс ск 1 й институт злектром (7 В.В, Крохин, В,К. Н ри 1 и В,Д. Сыров (56) Антонов В,Г. и др. Средства изме магнитных параметров материало Энергоатомрост, 1986, с, 75-86., (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТРО П Н О ГО МАГН ИТН О ГО МАТЕ Р И (57) Использование: магнитные изм дл определения начальной магнитн ни аемости магнитного материала, ме феррита. на образцах произв 1Изобретение относится к магнитным из ерениям и предназначено для определени начальной магнитной проницаемости иэ тропного магнитного материала, наприме феррита, на образцах произвольной фо мы, Предлагаемый способ может испо ьзоваться для контроля магнитной проницаемости феррита в процессе изготовления изделий из него, например, до термооб работки,Известен способ измерения магнитной пр)ницаемости ферромагнитных сердечнико, заключающийся в одновременном намагничивании полем эталонного и испытуемого сердечников, измерении сигнала с измерительной обмотки эталонного и испытуемого сердечников, сравнении фаз сигналов с измерительных обмоток. Способ тельныи эффект нения вспомогаго одинаковую с еремагничиваеравление по отметры которого гничивании конмерения начальроницаемости ргв и определепроницаемости о образца из ус 1793352ние измерений в различных точках образца, наличие экстраполяционной и методической погрешностей измерений, вызванных наличием дополнительного магнитного поля от тока, питающего преобразователь 5 Холла и т. д.Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является способ, заключающийся в перемагничивании контролируемого образца переменным магнитным полем, 10 измерении начальной магнитной проницаемости контролируемого образца и вычислении искомой магнитной проницаемости по формуле. Недостатком этого способа является вычисление коэффициентов размагни чивания по приближенным эмпирическим формулам, что снижает точность определения начальной магнитной проницаемости материала, делает практически невозможным определение начальной магнитной 20 проницаемости материала образцов сложной геометрической формы, поскольку приближенные эмпирические формулы для расчета коэффициентов размагничивания получены только для тел, имеющих форму 25 эллипсоидов вращения, цилиндров и прямоугольных стержней.Целью изобретения является обеспечение возможности определения начальной 30магнитной проницаемости иэотропногомагнитного материала произвольной формы,Цель достигается тем, что применяетсявспомогательный образец, имеющий одинаковую с контролируемым форму,осуществляется перемагничивание вспомогательного образца магнитным полем, направление по отношению к образцу ипараметры которого такие же, как и при 40перемагничивании контролируемого образца, производится измерение начальной магнитной и роницгаемасти вспомогательногообразца, причем начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного 45образца выбирается из условия3 и 2 в - 1,И 1 в1 - И 2 в +50 сцелью упрощения процесса определения начальной магнитной проницаемости материала контролируемь 1 х образцов, имеющих одинаковые размеры, измеряется индуктивность катушки намагничивающего устрой ства с контролируемым образцом Ь и с вспомогательным образцом Ь, а начальная проницаемость материала контролируемого образца определяется по формуле-в-- 1Ы 1 г --1-в-- 11 кгде Ео - индуктивность катушки намагничивающего устройства беэ образца,По сравнению с наиболее близким техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующиеотличительные признаки,Применяется вспомогательный образец, он имеет одинаковую с контролируемым форму. Перемагничиваниевспомогательного образца осуществляетсямагнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такиеже, как и при перемагничивании контролируемого образца, Производится измерениеначальной магнитной проницаемости вспомогательного образца,и 2 в, Начальная магнитная проницаемость материалавспомогательного образца выбирается изусловия3 2 в - 1ив1 2 в +Измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства с контролируемым образцом, Измеряется индуктивность катушки намагничива 1 ощего устройства с вспомогательным образцом. Начальная проницаемость материала контролируемого образцадля контролируемого и вспомогательного образцов, име 1 ощих одинаковые размеры, определяются по формулев/о - 1Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".При реализации предлагаемого способа обеспечивается возможность определения начальной магнитной проницаемости материала на образцах произвольной формы, так как отсутствует операция вычисления коэффициентов размагничивания образцов по эмпирическим формулам, а для большинства форм образцов такие формулы либо отсутствуют, либо дают очень приближенные результаты. По той же причине сокращается время определения начальной магнитной проницаемости материала. Кроме того, для контролируемого и вспомогательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитно1793352 нн об ни 6,иг =,из. нь ра уп но ме по ле чи те ва- 3 з Р 1 1 /З+(5) проницае го образ я началь иде 5(2) 2 в - 1 йз- ,Й 2 в + го материала производится через измереиндуктивности катушки намагничиваюго устройства с контролируемым азцом и индуктивности катушки намагивающего устройства с вспомогательм образцом. За счет сокращения новидностей измерительных операций ощается процесс определения начальмагнитной проницаемости, Одноврено эа счет исключения систематической решности повышается точность опредеия магнитной проницаемости. Иэ пере- ленного выше следует, что заявляемое ническое решение соответствует требоию "Положительный эффект",По каждому отличительному признаку пр веден поиск известных технических реш ний. Обнаружено, что все признаки обеспечивают новизну и достижение по окительного эффекта и поэтому являются,существенными,Ранее и далее в тексте приняты следующ е обозначения и сокращения;Р 1 к -ОПРЕДЕЛЯЕМаЯ МаГНИтНаЯ ПРОНИ- ца масть магнитного материала контролиру мого образца;,и 2, - начальная магнитная проницаемо ть контролируемого образца;Р 1 в - НацаЛЬНаЯ МаГНИтНаЯ ПРОНИЦаЕмоЬть материала вспомогательного образ,и 2 в - НацаЛЬНаЯ МаГНИтНаЯ мо ть материала вспомогательно цад - погрешность определени но магнитной проницаемости,Сущность предлагаемого способа заключается в следующем,Известно, что образец, выполненный измагнитного материала, характеризуется манитными проницаемостями: проницаемостью материала (вещества),и 1, проницае остью образца (тела) р 2 и пр ницаеМостью формы,из,Они связаны между собой выражением/С 2 (1)которое с учетом того,что М = - , запишетрз Коэффициент размагничивания М,лвдовательно, и магнитная проницаемостформы,из зависит только от формы тела иего относительных размеров,В случае, если и 1 ) ,из 1, то иэ выражения (2) следует, что5 Погрешность, с которой выполняется это равенство с учетом выражения (2),10 д, д - Я 2 - В:(4) РЗ УЭ + ф 1 - 1Если требуемая погрешность измерения магнитной проницаемости равна д, то согласно критерию ничтожной погрешности можно записать Отсюда вытекает, что при проницаемости материала образца равенство (4) юЗОА 3,дПоскольку проницаемость формы определяется только формой образца и его относительными размерами, то ее можноопределить, используя вспомогательныйобразец, имеющий такую же форму, как иконтролируемый. Размеры вспомогательного образца при этом пропорциональны через один и тот же коэффициентпропорциональности соответствующим40 размерам контролируемого образца, Контролируемый и вспомогательный образцыперемагничиваются в одинаковых условиях,т. е. при одинаковых параметрах перемагничивающего поля и его ориентации относи 45 тельно перемагничиваемого образца.Амплитуда перемагничивающего поля выбирается такой, что образцы работают в области, соответствующей начальнойпроницаемости, При этом проницаемостьматериала вспомогательного образца должна удовлетворять условию, вытекающему иэвыражений (3) и (5),выполняется с погрешность В этом случае проницаемость вспомогательного образца,и 2 в равна проницаемости формы вспомогательного образца рзв, а(9) 45 порциков каразца и ия ще емость 5(10 т, что следовательно. и проницаемости формыконтролируемого образца из; 5Далее, измерив начальную магнитнуюпроницаемость контролируемого образцаР 2, из фоРмУлы (2) нахоДим пРониЦаемостьматериала контролируемого образца Следовательно, для определения начальной магнитной проницаемости матери ала контролируемого образца необходимо измерить магнитную проницаемость контролируемого и вспомогательного образцов.Таким образом, предлагаемый способ определения начальной магнитной прони цаемости изотропного магнитного материала за счет исключения операции определения козффициентов размагничивания позволяет определять начальную магнитную проницаемость изотропного 25 магнитного материала на сердечниках произвольной формы.Если вспомогательный и контролируемый образцы имеют одинаковые размеры, то определение начальной магнитной про ницаемости изотропного магнитного материала производится в: такой последовательностиОба образца поочередно одинаковым образом помещают в намагничивающее ус тройство, где они перемагничиваются одинаковым по величине и направленИю (по отношению к образцу) полем. При этом поочередно измеряют индуктивности катушки намагничивающего устройства с вспомага тельным 1 в и контролируемым 1 образцами. Тэк как перемагничивание осуществляется в одинаковых условиях, то 1 в = К ги 2 в1-к = Кги 2где К - постоянный коэффициент прональности, зависящий от числа витушки, геометрических размеров обт, д.Значение К находится из уравн1 о =К,ивоздухагде 1 о - индуктивность намагничикатушки без образца;,ивоздуха - магнитная проницвоздуха, равная единице,Отсюда вытекает, чтоК = 1-оИз уравнений (8), (9), (10) следуе Следовательно, зная индуктивность катушки намагничивающего устройства 1 о и изменив индуктивность 1 и 1 в по формуле (11), определяют начальную магнитную проницаемость изотропного магнитного материала контролируемого образца.Значения начальной. проницаемости измеряемых образцов могут определяться, например, с использованием данных, полученных при помощи установки на основе осциллографа С 1-114/1, реализующей осциллографический метод измерений. Значения индуктивностей измеряются, например, при помощи стандартных приборов Е 7-4, Е 7-8, Е 12-1 А и др.В качестве примера ниже приводятся результаты определения начальной магнитной проницаемости, Определение производится на двух спрессованных из ферритового порошка образцах типоразмера К 31 18 6,5, не прошедших операцию спекания, в результате чего они имеют низкую магнитную проницаемость вещества. Выбирается вспомогательный образец, имеющий с контролируемым одинаковую форму, При намагничивании магнитным полем, перпендикулярным к плоскости кольца (планарное намагничивание), измеряется начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца (тела) и 2 в = 1,62 Выбирается погрешность измерения искомой начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала д = 0,01. Тогда требуемая начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца (формула (5 В качестве вспомогательного образца выбирается кольцо К 31 18 6,5 из феррита 2000 НМ. Начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца, определенная по известной методике, составляет 1780.Определяется начальная магнитная проницаемость контролируемых образцов при планарном намагничивании: р 2 кЩ=.1,43, ,и 2 КЯ) = 1,40.Теперь по формуле (8) находится искомое значение начальной магнитной проницаемости изотроп ного магнитного материала контролируемых образцов: ,ик(Я) = 4,66 и 1 к(КГ) = 3,95.10 1793352 Таким образом, предлагаемый способ еделения начальной магнитной прони- мости изотропного магнитного материапоэволяет определять начальную нитную проницаемость изотропного нитного материала на сердечниках люоп ца ла ма ма,и 1 в1,и 2 в +3 2 в - 1 а начальную магнитную проницаемость материала исследуемого образца определяютиэ соотношения,и 2 в /2 к где р 1 в - начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца;,и 2, - начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца;д - заданная погрешность измерения; ,и 1 к - начальная магнитная проницаемость материала исследуемого, образца;,и 1 к - начальная магнитная проницаемость исследуемого образца. Составитель В.КрохинТехред М.Моргентал Корректор Н.Ревскэя РедакторЗа аэ 501 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям йоткрытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Определение искомой начальной магни ной проницаемости изотропного материала при одинаковых размерах контролируемого и вспомогательного образцов дало такие результаты: индуктив ность катушки намагничивающего устройства беэ образцов Ь = 17,92 мкГн, ин уктивность той же катушки с вспомогате ьным образцомв = 23.88 мкГн, индукти ность катушки с контролируемыми 10 об азцами ) к(ю) =22,22 мкГн,к(ч 2) = 22,11 мк н, соответствующие искомые магнитные пр ницаемости, вычисленные по формуле (11 равны,и 1 к(Я) = 4,48 и 1 к(Я)= 4,07.За истинные значения р 1 к принимались 15 зн чения, полученные по известной методике. При этом получено и 1 к(ЯЯ)= 4,57, ,и И%= 4 оз Формула изобретенияСпособ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного атериала, включающий воздействие.на ис ледуемый образец магнитным полем и измерение начальной магнитной проницаемо ти исследуемого образна,. о т л и ч а ющ й с я тем, что, с целью расширения об асти применения, на вспомогательный об аэец, одинаковый по форме исследуемому образцу,. воздействуют магнитным полеи, одинаковым по величине и направлению магнитному полю, воздейству щему на исследуемый образец, измеряют начальную магнитную проницаемость вспомогательного образца, а начальную магнитную проницаемость материала вспомогательного образца выбирают из условия бой формы, Кроме того, в настоящее время промышленность серийно не выпускает приборы, непосредственно измеряющие начальную магнитную проницаемость изотропных магнитных материалов. Существующие методы определения начальной проницаемости базируются на вычислениях по формулам, включающим результаты не- скол ьк их не посредствен н ых измерений. Предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости требует проведения только измерений соответствующих индуктивностей, что упрощает определение начальной магнитной проницаемости, При этом, так как измерение индуктивностей производится одним и тем же средством измерений, имеющим постоянную систематическую погрешность, то при вычислении искомой проницаемости по формуле (11), где присутствуют отношения индуктивностей, систематическая погрешность измерения не влияет на результат вычисления, Это также способствует повышению точности определения искомой проницаемости.