Способ измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы его варианты

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 192 0591(22) Заявлено 160780 (21) 2958283/18-21 51 М.Кл. з с присоединением заявки М С 01 Н 33/02 Государственный комйтет СССР по делам изобретений и открытий,44 (088. 8) Опубликовано 1504,82 Бюллетень Мо 14 Дата опубликования описания -150482 1А, П, Кузнецов ((72) Авторы искунов, С.Л,Овощников, В.М.Ефиме изобретения Омский политехнический инсти(71) Заявите ПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ МАГНИТНЫХ МОМЕНТОВФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБРАЗЦОВ РАЗОМКНУТОЙ ФОРМЫ(ЕГО ВАРИАНТЫ) 2 Изобретение относится к магнитоизмерительной. технике и может быть использовано для измерения остаточных магнитных моментов Ферромагнит" ных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью, в частности стержневых сердечников электромагнитных устройств.Известен импульсно-индукционный способ измерения магнитных моментов феррообразцов, основанный на изме-: рении приращения потокосцепления с измерительной обмоткой, расположенной по всей длине испытуемого образца ИОднако использование данного способа для измерения остаточных магнитных моментов образцов связано с рядом трудностей, так как измерениепотокосцепления, по величине которого определяется остаточный магнитныймомент, достигается только путем. сня.тия с образца измерительной обмотки,что значительно усложняет процессизмерения и затрудняет его автоматизацию.Наиболее близким к предлагаемомуявляется магнитометрический способ,.основанный на использовании функциональной зависимоети между магнитной индукцией поля, создаваемого образцом, и величиной его магнитного момента 2 . Согласно данному способу измеряют индукцию магнитного поля, создаваемого образцом, и определяют остаточный магнитный момент тапсе из соотнои;енияюоетп = )с Воетпгде )с - коэффициент, зависящий от координат местонахождения измерителя магнитной индукции относительно испытуемого образца, а также закона распределения намагниченности по объему образца, определяемого его Формой, геометрическими размерами и магнитными свойствами (последние, в свою очередь, зависят от условий изготовления образца, способа термообработки, случайных механических воздействий и др.) Воетп - магнитная индукция поля, создаваемого остаточным магнитным моментом образца в месте расположения измерителя магнитной индукции.Однако данный способ характеризуется недостаточной точностью. Это объясняется тем, что коэффициент )с, с использованием которого определяется остаточный магнитный момент образца по величине измеренной магнитной индукции поля, зависит от характера распределения намагниченностипо объему образца, который н общемслучае заранее известен. Это, в своюочередь, обуславливает значительнуюпогрешность определения коэффициен- эта ), 6 следовательно, и магнитногомомента при расстояниях между измерителем магнитной индукции и испытуемым образцом, соизмеримых с габаритными размерами последнего. При удаленин измерителя магнитной индукцииот образца влияние рассматриваемогофактора снижается, однако приэтомпроисходит значительное уменьшениевеличины магнитной индукции, чтоприводит к снижению чувствительности и помехоустойчивости магнитометрического способа измерения магнитныхмоментов.Целью изобретения является повыше"ние точности измерения остаточных магнитных моментов Ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокоймагнитной проницаемостью.Поставленная цель достигается тем,что согласно первому варианту способа измерения остаточных магнитныхмоментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы, основанного на из"мерении магнитной индукции поля, создаваемого остаточным магнитным момен-З 0том образца, пропускают через намагничивающую обмотку знакопеременныйток с убывающей до нуля амплитудой,затем пропускают через намагничиваю"щую обмотку постоянный ток, увеличи- З 5вая его значение от нуля до установления тех же показаний, что и приизмерении магнитной индукции, соответствующей остаточному магнитномумоменту образца, измеряют направление установленного тока и измеряютпри этом приращениепотокосцепленияс измерительной обмотки, равномернораспределенной по всей длине образца,а остаточный магнитный момент опреде ляют из соотношениядФ;0фгде д ф- приращение потокосцепленияс измерительной обмоткой;- длина образца;И - количество витков измерительной обмотки;Яо - магнитная постоянная,Согласно вторсму варианту способа измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой Формы, осйованного на измерении магнитной индукции поля, соэданаемого остаточным магнитным моментом образда, пропускают через намагиичивающую обмотку ток, соответствующий линейной части зависимости индукции магнитного поля от тока в намагничивающей обмотке измеряют магнитнуюиндукцию поля В, измеряют направление намагничивающего тока, измеряют при этом приращение потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, измеряют магнитную индукцию поля В, а остаточный магнитный момент образца определяют из соотношенияд Е В остл,У " длина образца;и - количество витков измерительной обмотки;о - магнитная постоянная;Во - магнитная индукция поля,создаваемого остаточным магнитным моментомобразца;В и В - магнитные индукции полей, создаваемых образцом при протекании тока в намагничивающей обмотке н прямом и обратном направлениях соответстненно.Оба варианта способа предназначены для измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью и основаны на измерении величин магнитной индукции полей, создаваемых остаточным магнитным моментом образца и магнитным моментом образца, помещенных н намаг ннчивающую обмотку с током, а такжеизмерении приращения потокосцепления с измерительной обмоткой, равномернораспределенной по всей длине испытуемого образца, при изменении направления тока н намагничивающей обмотке.Преимуществом первого способа измерения остаточных магнитных моментон является меньшее количество операций измерения индукции, магнитного поля, преимуществом второго способа является упрощение за счет-отсутствия операции размагничивания образца знакопеременным полем с убываю щей до нуля амплитудой.На чертеже изображена структурная. схема устройства для осуществления способа.Рассмотрим первый вариант способа измерения остаточных магнитных моментов Ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью по операциям. 1. Измеряют индукцию магнитного поля, создаваемого образцом с остаточной намагниченностью. Индукция магнитного поля Востр н зависимости от остаточного магнитного момента образца щоо определяется как1 й Оотои)В качестве измерителя магнитной индукции может быть использован., например, ферроэондовый магнитометр.Расположение измерителя магнитной индукции относительно испытуемого образца произвольно, но неизменно в течении всего процесса определения остаточного магнитного момента. Выбирается это расположение, исходя из требуемых чувствительности при измерении остаточных магнитных моментов 10 образцов (которая увеличивается .при приближении измерителя к испытуемому образцу) и чувствительности измерителя магнитной индукции.2. В намагничивающую обмотку, 15 внутри которой расположен испытуемый образец, подают знакопеременный ток с убывающей до нуля амплитудой, что приводит к уменьшению до нуля остаточного магнитного момента образца, 20 т.е. к его,размагничиванию. 3. В намагничивающую обмотку подают ток, величина которого устанавливается такой, чтобы показание иэ" мерителя магнитной индукции было равно показанию, полученному при выполнении операций (расположение измерителя индукции остается тем же, чтои при выполнении операции 1). В этомслучае создается опорный магнитный момент во, численно равный остаточ,номумагнитному моменту просто таккак коэффициент ) в выражении (1),связывающий магнитную индукцию и магнитный момент, остается неизмен.- ным при выполнении операций 1 и 3:, а в качестве источника магнитного,по ля служит один и тот же образец. Маг. нитная индукция поля Во, создаваемая опорным магнитным моментом г, рав наВО(2)Поскольку, согласно данному способу Во= Воок, а коэффициент остает ся неизменным, то сравнивая соотношения (1) и (2), получимК ЙосаЕц К Вц РВОТП+ ПОСт504, В намагничивающей обмотке изменяют направление тока, оставляя неизменной его величину, которую определяют при выполнении операции 3.555. При изменении направления тока в намагничивающей обмотке измеряют величину приращения потокосцеплеиия с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всеЯ длине образца. Измеренное значение потокосцепле. ния пропорционально опорному магнитному моменту образца.Так, приращение потокосцепления при перемагничивании образца в обратное направление (при измерении 65 направления тока в намагничивающейобмотке) определяется выражением:дЧ=276 =2 уды ВЙБ=-г ВЙЧу(йгде И в . количество витков в измерительной обмотке;1,Б,Ч - длина, сечение и объемобразца соответственно;В - магнитная индукция в об"разце.Учитывая, что для образцов с высокой магнитной проницаемостью(4)еИнтеграл в выражении (3) равенопорному магнитному моменту образца, поэтому выражение для приращения потокосцепления примет вид:2 Х.Фо(5)Из полученного выражения следует,что результат измерения опорного магнитного момента не зависит от характера распределения намагниченностипо объему образца.Таким образом, по результатам измерения потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, можно определить опорный магнитный момент ис.пытуемого образца и, следовательно,равный ему остаточный магнитный момент.По измеренному значению приращения потокосцепления Ь Чф, используявыражение (5), ойределяется остаточный магнитный момент щоо.р численноравный опорному магнитному моментутошосту=до= ф фоЕсли число витков измерительнойобмотки Ю выбрать таким чтобы произведение в в ;"- равнялось единице,.2/ЬоЫто показания веберметра численно равны остаточному магнитному моментуиспытуемого образца.Без выполнения операции 2, т.е.без размагничивания образца, невозможно создание опорного магнитногомомента, численно равного остаточному, так как при подаче в намагничивающую обмотку постоянного тока любойвеличины (кроме нулевой) создаетсяопорный магнитный момент больший илименьший остаточного магнитного момента.При высокой точности измерения остаточных магнитных моментов сохраняется высокая чувствительность и помехоустойчивость способа измерения,поскольку измеритель магнитной индукции может быть расположен в непосредПолученное соотношение использует ся при определении остаточного магнитного момента образца.Введение дополнительных операций: размагничивания образца (в первом варианте), подачи тока определенной величины в намагничивающую обмотку, изменения направления этого тока и измерения при этом потокосцепления с измерительыой обмоткой, равномерно распределенйой по всей длине образца, измерения индукцией магнитных нолей при прямом и обратном направлениях указанного тока (во втором ва" рианте) - позволяет повысить точность измерения остаточных магнитных моментов ФеррОмагнитных образцов с высокой магнитной проницаемостью. Повышение точности обусловлено, во-первых, тем, что устраняется составляющая погрешности из-за неточного определения коэффицйента )с, связывающего магнитный момент и магнитную индукцию создаваемого им поля, поскольку резуль" тат измерения остаточного магнитного момента не зависит от заданного коэффициента, Во-вторых, устраняется сос,тавляющая погрешности, обусловленная характером распределения намагниченности по объему образца, так как измеряется непосредственно опорный маг нитный момент, равный (в первом варианте) или пропорциональный (во втором варианте) остаточному магнитному моменту, с помощью измерительной обмотки равномерно распределенной по всей длине образца. В то же ственной близости от испытуемого образца, где магнитная индукция полямаксимальная.Рассмотрим второй вариант способаизмерения остаточных магнитных момен"тов ферромагнитных образцов разомкну. 5той формы с высокой магнитной проницаемостью по операциям.1. Измеряют индукцию магнитногополя, создаваемого образцом с остаточной намагниченностью. Индукция 10магнитного поля определяется. в данном случае выражением (1). Выбор мес-та расположения измерителя магнитнойиндукции производится так же, как ив первом варианте способа. 152. В намагничивающую обмотку подают ток в условно положительном направлении и измеряют при этом индукциюмагнитного поля В , создаваемого сум"мой остаточного и опорного магнитных 0моментов,В шод+ щ 2)сВеличину намагничивающего тока выбирают такой, чтобы она соответствовала линейной части зависимости индукции магнитного поля от тока внамагничивающей обмотке. Наличие линейной зависимости между указаннымивеличинами объясняется тем, что .маг- З 0нитная проницаемость разомкнутых образцов в малых полях определяетсякоэффициентом размагничивания, величина которого при высоких значенияхмагнитной проницаемости вещества образца остается постоянной, поэтому впределах линейно 9 зависимости индукции магиикого поля от тока в катушке значение коэффициента )с остаетсяпостоянным. При приближении образцак насыщению, магнитная проницаемость 40,его вещества уменьшается и значение.коэффициента размагничивания меняется Максимальное значение намагничивающего тока, при котором не происходит изменение коэффициента размагничивания,.и, следовательно, коэффициента )с, является верхней границейтока, создающего опорный магнитныймомент. Нижняя граница определяется,исходя из чувствительности измерителя магнитного потокосцепления, используемого в операции 4. В этих пределахи выбирается намагничивающий ток,У3. Изменяют направление тока в намагничивающей обмотке на противополож 55ное (условно отрицательное направле"ние тока).4. При изменении направления токав намагничивающей обмотке измеряютприращение потокосцепления ь Ч,с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине испытуемого образца. Согласно выражению (5)приращение а (фпропорционульно.опорному магнитному моменту щ . 5 Измеряют магнитную индукциюполя В 2 при отрицательном направлении тока в намагничивающей обмотке.Величина В 1 в этом случае пропорцио.нальна остаточному магнитному моменту за вычетом опорного магнитногомомента(7)2 )сНайдем разность между значениямииндукции В 1 и В, используя выражения (6) и (7),2 йас(8)из .вяражения .(8) следует, что разность индукций В 1- В пропорциональна опорному магнитному моменту, Используя (8), получим2)пос(- Вг,920591 9время дополнительная составляющая погрешности, возникающая при измерении приращения потокосцепления, может иметь незначительную величину.Кроме того, введение указаннЫх дополнительных Операций позволяет 5 упростить подготовительные операции, так как не требуется точной установ. ки (или определения) расстояния.меж/ду испытуемым образцом и магнитометром, необходимо лишь сохранить это 10 расстояние приизмерениях магнитной индукции.Устройство для реализации способа .измерения остаточных. магнитных моментов ферромагнитных образцов содержит 5 истбчник 1 постоянного тока, переключатель 2, ключ 3, переменный резистор4, амперметр 5, намагничивающую обмотку 6, испытуемый. образец 7, .измери-.тельную обмотку 8,. феррозондовый магнитометр 9, цифровой вольтметр 10 постоянного тока, ключ 11 и,веберметр 12.В феррозондовом магнитометре 9 используют дифференциальный ферроЗОНД СОСТОЯЩИЙ Из ДВУХ ФЕРРОЭЛЕ ментов, длиной 50 мм,. феррозондовый преобразователь собран по известной схеме, включающей в себя генератор синусоидального тока, избирательный усилитель, синхронный детектор. Вкачестве регистрирующего прибора применен цифровой вольтметр 10 постоянного тока. Феррозонд располагается во втором гауссовом положении, т.е. на оси, перпенущкулярной продольной оси образца и проходящей через его 35 середину. Измерения проводят при расстояниях феррозонда от образца равных 10, 15, 20, 25 см. В качестве образца используют пермалловый стержень длиной 500 мм, по всей. длине 40 которого расположейа измерительная обмотка 8.Измерения согласно первому варианту способа проводятся следующим образом. 45Ключ 3 замкнутключ 11 разомкнут. Устанавливают переключатель 2 в положение 13, в результате чего поступающий в намагничивающую обмотку 6 ток намагничивает образец 7. Затем переключатель 2 устанавливают в положение 14, и намагничивающая обмотка б обесточивается. При этом создается остаточный магнитный момент, .величину которого необходимо измерить. Образец находится в состоянии, соответствующем остаточному магнитному моменту. При помощи вольтметра 10 регистрируют значение напряжения с выхода феррозондового магнитометра 9, пропорциональное магнит..60ной индукции создаваемого при этом поля. Переключатель 2 перекидивают из положения 13 в положение 15 и обратно пятнадцать раз. При этом каж. дый раз уменьшают напряжение вплоть б 5 до нуля, поступающее от источника 1 тока.Ключ 3 и 11 разомкнуты, переключатель 2 находится в положении 13, Изменяя сопротивление резистора 4, устанавливают значение намагничиваю- щего тока, при котором показание вольтметра 10 соответствует показанию, укаэанному выше.Ключ 3 разомкнут, ключ 11 замкнут. Перекидывают переключатель 2 в положение 15 и веберметром 12 измеряют приращение потокосцепления Ь У с измерительной обмоткой 8. По по лученному значению АЧ определяют маг нитный момент, численно равный остаточному магнитному моменту .щ 0 стплФ 10 СЗЬИз проведенных экспериментов следует, что полученные при различных расстояниях значения остаточного магнитного момента отличаются друг От друга не более, чем на 0,5. Согласно, второму варианту предлага емого способа, измерения проводятся следующим образом.Выполняют первую и вторую операции, укаэанные выше.Ключи 3 и 11 разомкнуты, переключатель 2 находится в положении 13. По намагничивающей обмотке б течет малый ток., ограниченный резистором 4. При помощи вольтметра 10 регистри-руют напряжение с выхода магнитометра 9, пропорциональное индукции В 1.Ключ 3 разомкнут, ключ 11 замкнут. Перекидывают переключатель 2 в положение 15 и веберметром 12 измеряют приращение потокосцепления ь с измерительной обмоткой 8. При помощи вольтметра 10 регистри. руют напряжение с выхода магнитометра 9, пропорциональное индукции Вр, ПО полученным показаниям расчитыва" ют остаточный магнитный моментЧЕ В0 ф Р,11 (В, -В)Определение остаточного магнитного момента образца по второму варианту производят при подаче в намаг" ничивающую катушку тока в 50,100, 150 раз меньшего намагничивающего тока. Максимальное отклонение измерен ных значений остаточного магнитного момента не гревышает 0,3. Использование предлагаемого способа измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов с высокой магнитной проницаемостью обеспечивает по сравнению с известными способами повышение точности измерения при высоких чувствительности и помехоустойчивости, а также упрощение:подготовительных операций.920591 12 ЗО Составитель Г.СеменоРедактор М.Недолуженко Техред М.Тепер Корректор Г. Ога Подписное э 2331/49 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 илиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретения1. Способ измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы, основанный на измерении магнитной индукции поля, создаваемого остаточным магнитным моментом образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с.целью увеличения точности, пропускают через намагничивающую обмотку знакопеременный ток с убывающей до нуля амплиту- о дой, затем пропускают через намагничивающую обмотку постоянный ток, увеличения его значение от нуля до установления тех же показаний, что и при измерении магнитной индукции, соот" 15 ветствующей остаточному магнитному моменту образца, изменяют направление установленного тока и измеряют приращение потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распре деленной по всейдлине образца, а остаточный магнитный момент определяют из соотношенияещостп 2 тДОо25 где дУ - приращение потокосцепленияс измерительной обмоткой;1 - длина образца;И -.количество витков измерительной обмотки;Ув - магнитная постоянная.2. Способ измерения остаточных .магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы, основанный на измерении магнитной индукции поля, создаваемого остаточным магнитным моментом образца, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности, пропускают через намагничивающую обмотку ток,соответствующий линейной части зависимости индукции магнитного поля от тока в обмотке, измеряют магнитную индукцию поля В, изменяют направление намагничивающего тока, при этом измеряют приращение потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, измеряют магнитную индук цию поля В, а остаточный магнитный момент определяют из соотношенияьЧ Е Ватс=Р,И В- В,)где Во - магнитная индукция поля, создаваемая образцом с остаточной намаг.ниченностью;В и В - магнитные индукции полей, создаваемых образцом при протекании тока в намагничивающейобмотке в прямом и обратном направленияхсоответственно- длина образца;По - магнитная постоянная;И - количество витков измерительной обмотки;ЬЧ - приращение потокосцепления с измерительнойобмоткой. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Проблемы технической электродннамнки. Сборник Киев, 1973,с. 102.2. Студенцов Н.В., Хорев В.Н,Чечурина Е.Н., Целкин А.П. СредСтваизмерения параметров магнитного поля. Л., "Энергияф, 1979, с. 69, 2887,