Устройство для измерения магнитной восприимчивости образцов малых размеров

СОЮЗ СОВЕТО.1 ИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Б 0 4 0 01 В 33/16 11 ЛЬСТ ОСУДАРСТВЕННЦИ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ К АВТОРСКОМУ СЕИД(56) Антипин В.А., Ергин 10.В. Автоматические весы для измерений магнитной восприимчивости. - ЖФХ, 1978 т.52, с.229-231.Тйогре А., ЯепХ 11 е Р. АЬзо 1 ц 1 е Ме 1 йой оЮ Меазцгпя Ма 8 пе 1 хс Бцзсерт, ЫЦСУ. - ТЬе Вег 1 еч оГ Бсхеп 1 йс Хпз 1 гцшепСз, 1959, ч.30, У 11, р. 1006-1008. 54) УСТРОИСТВО Д 1 И ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТОЙ ВОСПРИИИЧИВОСТИ ОБРАЗЦОВ МАЛЫХАЗМЕРОВ(57) Изобретение относится к испытаниям слабомагнитных материалов.устройство для измерения магнитной восприимчивости образцов малых размеровсостоит из весов 1, содержащих коромысло 2, преобразователь 3 отклонения, усилитель 4 сигнала отклонения,индикатор 5 и компенсатор 6, изолирующего механизма , привода 9 перемещения электромагнита 8, измерителя 10 перемещения, тесламетра 11,градиентометра 12, умножителей 13,16, блока 14 запоминания, сумматора15, компаратора 17 напряжения, регулируемого источника 18 напряжения,блока 19 управления и иервичных преобразователей 20 и 21 тесламетра 11.Устройство имеет высокую точностьизмерения. 3 ил.1376050 Изобретение относится к областииспытания слабомагнитных материалови может быть использовано для измерения магнитной восприимчивости образцов веществ и материалов, деталейи изделий геометрически правильнойи неправильной формы небольших размеров (например, шариков, кубиков,винтов, шайб, шестеренок, рамок и т.п.), Оа также для поверки и аттестациистандартных образцов магнитной восприимчивости,Цель изобретения - повышение точности измерения, 5На фиг1 представлена блок-схемаустройства; на фиг.2 - кривая зависимости силы, действующей на образец,от перемещения электромагнита; нафиг. 3 - графики зависимости проиэведения магнитной индукции на градиентмагнитной индукции и силы, действующей на образец, от перемещения электромагнита.Устройство для измерения магнитной восприимчивости образцов малыхразмеров содержит весы 1, состоящиеиз весочувствительного элемента -коромысла 2 и системы автоматичес"кого уравновешивания груза, включающей в себя последовательно соединенные преобразователь 3 откпонения,подвижный элемент которого подвешенк одному из плеч коромысла 2, усилитель 4 сигнала отклонения, индикатор5 и компенсатор 6, подвижный элементкоторого подвешен к другому плечукоромысла 2. Бесы 1 содержат изолирую -щий механизм 7, механически соединенный с коромыслом 2. В состав устройства входят также электромагнит 8постоянного тока, размещенный на подвижной . части электромеханическогопривода 9 для перемещения электромагнита 8, измеритель 1 О перемещения, 45тесламетр 11, градиентометр 12,первыйумножитель 13, блок 14 запоминания,сумматор 15, второй умножитель 16,компаратор 17 напряжения, регулируемый источник 18 напряжения и блок 9управления. Выходы тесламетра 11 иградиентометра 12 подключены к входам первого умножителя 13, выход которого соединен с первыми входами блока 14 запоминания и сумматора 15,выход блока 14 запоминания подключенк второму входу сумматора 15, выхоизмерителя 10 перемещения подключенк первому входу второго умножителя 16, к второму входу которого подключен выход сумматора 15. Выход второго умножителя 16 соединен с первымвходом компаратора 17 напряжения, авыход регулируемого источника 18 напряжения соединен с вторым входом компаратора 17 напряжения,выход которого подключен к блоку 19 управления. Первый выход блока управления соединен с входом блокировкивесов 1, который соединен с входомизолирующего механизма 7, входом при-вода для перемещения электромагнита,а второй выход - с входом измерителя 10 перемещения и вторым входом блока 14 запоминания,Первичные преобразователи 20 и 21тесламетра 11 и градиентометра 21 неподвижно закреплены на щупе 22 в непосредственной близости от исследуемого образца 23, подвешенного к одному из плеч коромысла 2. Весы 1 размещены над электромагнитом 8, а образец 23 подвешен вдоль оси вертикальной симметрии полюсов электромагнита 8. Первичные преобразователи 20 и21 расположены в плоскости, проходящей через геометрический центр образ-ца 23 (фиг.1, в виде шара) перпендикулярно вектору намагничивающего поля электромагнита 8 постоянного тока.Устройство работает следующим образомом.С помощью привода 9 поднимаютили опускают электромагнит 8 до техпор, пока образец 23 не окажется вцентре зазора между полюсами электромагнита 8 в области однородногомагнитного поля, которое не оказывает на него силового воздействия,Этоположение является исходным для проведения измерений. С помощью изолирующего механизма 7 включают весы 1н измеряют массу образца 23, На выходе регулируемого источника 18 напряжения устанавливают напряжение,рав"ное в относительных единицахБ ьгде Б площадь под кривойизависимости произведения магнитнойиндукции поля на градиент магнитнойиндукции в месте расположения образца 23 от перемещения электромагнитаЩ8 В --- = ц(х) (фиг 3) при за- рх данном значении индукции в зазоремежду полюсами электромагнита 8 ивыбранном расстоянии между ними, пчисло измерений силй У (число шагов перемещений ), обычно равное 10- 15. (Значения Я для различных знаичений индукций в зазоре между полюсами и расстояний между ними определяются при исследовании электромагнита и поэтому считаются известными до начала измерений ). После установки требуемого напряжения на выходе 10 регулируемого источника 18 напряжения включают блок 19 управления, который автоматически в определенной последовательности включает и выключает блоки устройства, синхронизи руя их работу,Сигнал с первого выхода блока 19 управления включает изолирующий механизм 7 (блокирует весы .1) и привод для перемещения электромагнита, 20 Электромагнит 8 начинает двигаться из исходного положения вертикально вниз (вверх), перемещаясь относительно образца 23, подвешенного к коромыслу 2 весов 1. Сигналы с выхо дов тесламетра 11 и градиентометра 12, пропорциональные значениям магнитной индукции и градиенту магнитной индукции в месте расположения образца 23, поступают на первый умно житель 13С выхода последнего сигнал, равный в относительных единицах текущему значению произведения инйБ дукции В на градиент индукции -- - 35в зависимости от перемещения . хбВэлектромагнита 8 В - в - = Ч (х)дх(фиг.3), поступает в блок 14 заломи нания и сумматор 5. В сумматоре происходит сложение сигнала, поступающего с выхода первого умножителя 13 ссигналом, хранящимся в блоке 14 за.оминания. В последнем хранится сигнал, 45равный значению произведенияДВ;.,В . . ---- в конце предшествующегойхцикла измерения (в конце предшествующего шага перемещения электромагнита 8),Во время первого цикла измерений (первого шага перемещения) с блока 14 запоминания в сумматор 15 поступает нулевой сигнал. С выхода суммато-,55 ра 15 сигнал, равный сумме текущегоЙВзначения произведения В в в - = у(х)Йх и значения произведения В .В;,ахв конце предшествующего .цикла (для второго и последующих щагов), поступает на вход второго умнолителя 16. На другой вход последнего поступает сигнал с выхода измерителя 10 перемещения, равный (в относительных единицах) длине х перемещения движущегося вертикально из исходного положения электромагнита 8. Второй умножитель 16 перемножает поступающие на его входы сигналы с коэффициентом 0,5. С выхода второго умножителя 16 сигнал, пропорциональный на первом шаге перемещения произведению 0,5 Ц 1(х) . х (площади треугольника) или произведению 0,5 В . в в : - +1 В 1-11-1 С 1 Х+ (хЦ (х - х;, ) на -м шаге (пло щади трапеции), поступает на компаратор 17 напряжения. На первом шаге сигнал с выхода второго умножителя 16 равен площади прямоугольного треугольника ОАС (фиг.3), у которого длина катета ОС равна текущему зна-, чению перемещения х, а длина катета СА равна ординате кривой В х. дВх в в - = 1(х). На втором и послеЙхдующих шагах сигнал с выхода второго умножителя 16 равен площади трапеции, например, на втором шаге площади трапеции х,1 ЭЫ (фиг. 3), у которой длина основания х,1 равна значе 11 Внию произведения В --- в конце первого шага перемещения, длина второго основания ЕД равна ординате криЙВвой В в - - = у(х) при текущемЙх,значении перемещения х, равном ОЕ, а высота - длине перемещения на втором шаге (К - х,).Сигнал с выхода второго .умножителя 16 поступает на компаратор 17, в котором сравнивается с сигналом регу" лируемого источника 18 напряжения. По мере перемещения электромагнита 8 напряжение .на выходе второго умно- жителя возрастает. Как только оно достигает значения, установленного на выходе регулируемого источника 18 напряжения, срабатывает компаратор 17 напряжения и на его выходе возникает сигнал, поступающий в блок 19 управления. управляющие сигналы споследнего поступают на привод 9 для перемещения электромагнита 8, изолирующий механизм 7, блок 14 запоминания и измеритель 10 перемещения.Электромагнит 8 останавливается, весы 1 включаются, в блоке запоминания стирается хранившееся значение напряжения (для второго и последующих шагов) и записывается значение 10ЙВпроизведения В . --- в конце текуЙхщего шага, измеритель 10 перемещения подготавливается для измерения длины следующего шага перемещения (обнуляется). С помощью весов 1 из меряется значение силы Р, (фиг.З), действующей на исследуемый образец 23 со стороны намагничивающего поля:20=ш 6 где ш- измеренное значение массыобразца.в намагничивающемполе;ш, - масса образца; 25д - ускорение свободного падения,О значении силы, действующей на образец, судят по показаниям индикатрра 5 весов 1.30После измерения силы (приблизительно через 10-20 с в зависимости от заданного в блоке 19 управления времени) управляющий сигнал с блока управления поступает на весы 1 и привод 9 для перемещения электромагнита 8. Весы 1 переводятся в положение "Изолирующий механизм включен" (вык- лючаются), а привод 9 включается, Начинается второй цикл измерения. 40Работа предлагаемого устройства на втором и последующих циклах измерения аналогична работе на первом цикле. В результате длина второго и последующих шагов перемещения элект ромагнита 8 автоматически получается такой, что площади Б , Б и такЙВдалее под кривой В -- = (х)ЙХна втором и последующих шагах равны50 площади Б на первом. шаге (фиг. 3), т,е, площади, равной в относительных единицах значению напряжения, заданному на выходе регулируемого источника 18 напряжения. Площадь под криЙВвой В --= (х) на последнем шаге может не достигнуть заданного значения, поэтому длина последнегошага перемещения электромагнита 8 ограчивается с помощью концевого выключателя привода 9. В конце каждогошага электромагнит 8 останавливается.и с помощью весов 1 измеряется значение силы Р, при этом площади ББ , под участками ломаной, построенной по результатам измерения силы Р, также оказываются равными,Этовытекает из того, что Р1 ЙВ ЙВу ЧВили Р = КВРЙхогде 1 = - -- ХЧ - постоянная велиочина для каждого образца, т.е. кривая Х = Г(х) может быть полученаЙВумножением кривой Вв в - = р(х)Йхна постоянный дпя данного образцакоэффициент К. Поэтому площади подотрезками кривых на каждом шаге пропорциональны, а их отношениеравно 1 с,Площади под отрезками кривойЙВ(х) вычисляются вЙхпредлагаемом устройстве с относительно большой погрешностью, определяемой погрешностью измерения градиента поля, которая у наиболее точных современных градиентометров на базе в несколько миллиметров имеет значение порядка 5-10 . Однако для целей управления процессом измерения такая точность вполне приемлема. ПлощадьЙВпод кривой В . -- - = ц(х) исполь-:Йхзуемая для определения магнитной восприимчивости исследуемого образцаа, вычисляется методом трапеций. по результатам измерения с помощью весов 1 силы Р в конце каждого шага перемещения,На фиг.2 и 3 иллюстрируются про-, цессы измерения площади под кривой Р = Г(х) при равной длине шагов перемещений и привыборе длины шагов, исходя из условий равенства площадей под отрезками кривых на каждом шаге. ( Число измерений для упрощения иллю страции принято равным шести). На фиг. 2 изображена кривая зависимости силы Р, действующей на исследуеий образец от перемещения электромагнита Р = Г(х), и ломаная Р,РР , построенная по результатам измерения силы в конце каждого шага перемещения, Длины шагов перемещений равны, На фиг. 3 изображена кривая зависимости произведения В хЙБ ЙВ х вот перемещения х ВЙх в,1(р(х), кривая Р = 1(х) и ломаная О Р, Р Р, построенная по результатам измерения силы в конце каждого шага перемещения, при выборе длины шагов такой, что площади нод отрезками кривой Р = Г(х) равны на каждом 15 шаге,При равной длине каждого шага перемещения площади, заключенные под отрезками ломаной, существенно отличаются друг от друга, Площади под 20 отрезками, ограниченными точками со значениями силы, близкими к максимальному (Б и Б , фиг.2), значительно больше площадей на первом и заключительных шагах (Б Б , Б ). 255 В то же время отличие ппощадей йод отрезками ломаной от площадей под соответствующими отрезками кривой наиболее велико при больших значениях . силы. Таким образом, погрешность оп ределения площади (отличие ппощади под кривой Р = Г(х от площади под ломаной) не одинакова на каждом шаге, Она имеет наибольшее значение при значениях силы, близких к макси 35 мапьному, т.е. на тех шагах, на которых площади под отрезками ломаной наиболее велики и составляют значительную долю всей (суммарной) площади Б. Если же выбрать длину шагов 40 перемещения такой, что ппощади под отрезками кривой на каждом шаге равны площади под отрезком кривой на первом шаге (фиг,З), то погрешность определения площади д существенно меньше. При такой организации процесса измерения значительно уменьшается погрешность определения площади на шагах со значениями силы близкими к максимальному и значительно уменьшается доля этих участков во всей площади. Следовательно, при одном и том же числе измерений силы (числе шагов) погрешность определения площади и магнитной восприимчивости исследуемого образца с помощью предлагаемого устройства существенно (в 3-5 раз) меньше, чем с помощью известного. В случае сохранения точности измерения, которой обладает известное устройство, предлагаемое устройство позволит за счет сокращения числа измерений (числа шагов) в 1,5-2 раза сократить время измере - ний.формула изобретенияУстройство для измерения магнитнойвосприимчивости образцов малых размеров, содержащее весы, электромагнит,первичный преобразователь тесламетра,тесламетр, привод перемещения электромагнита с измерителем перемещения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения,в него введены первичный преобразователь градиентометра, градиентометр,два умножителя, блок запоминания,сумматор, компаратор напряжений регулируемый источник напряжения и блок управления, причем первичные преобразователи тесламетра и градиентометраустановлены в электромагните околопозиции размещения контролируемогообразца на расстоянии, не превышающеммаксимального размера контролируемого образца, перпендикулярно векторунамагничивающего ноля, выходы тесламетра и градиентометра соединены свходами первого умножителя, выходкоторого соединен с первыми входамиблока запоминания и сумматора, выходблока запоминания. соединен с вторымвходом сумматора, выход измерителяперемещения соединен с первым входомвторого умножителя, к второму входукоторого подключен выход сумматора,выход второго умножителя соединен спервым входом компаратора напряжения,а регудируемяй источник напряжениясоединен с вторым входом компараторанапряжения, выход которого подключенк блоку управления, первый выход которого соединен с входом блокировкивесов, с входом привода перемещенияэлектромагнита, а второй - с входомизмерителя перемещения и вторым входом блока запоминания,1376050 ставитедь Е.Аносовхред М.Ходанич Корректор Н.Ко едактор Н.Бобков Тираж 772 11 одпи сное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по далам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.