Способ определения статических магнитных характеристик материала и устройство для его осуществления

О П И С А Н И Е 920598ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоеетсникСоциалистическиеРеспубликае делен вевбрвтвкий и втврыткйДата опубликования описания 15, 04 .82.И.Гордон и В. Г.Антон Заявител 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ б осится к магнит- может быть исполь ения статических истик ферромагни тение о ениям и я опред характ иалов. ным и эовано дл магнитны мате Важной задачей контроля свойств ферромагнитных материалов является создание высокоточных средств опре" деления их статических магнитных ха"10 рактеристик. Это необходимо длл повышения качества и надежности изделий, использующих магнитные материалы. Статические магнитные характеристики определяют при приемо-сдаточных испы 1 таниях материалов, при технологическом контроле в процессе производства материала, при получении справочных данных для инженерных расчетов магнитных элементов различных устройств Определение статических магнитных характеристик сводится к получению кривых намагничивания и петли гисте" резиса. известен способ определения статических магнитных характеристик материалов, заключающийся в том, что испытуемый образец намагничивают ступенчато-изменяющимся магнитным полем и измеряют приращения магнитной индукции образца 112.Известный способ реализуется уст" ройством, содержащим источник ступен" чато-изменяющегося тока, намагничи" ваааую и измерительную обмотки, интегратор и регистратор, 121,.В известном техническом решении время намагничивания образца на каж" дой ступени и амплитуду напряженности поля ступеней выбирают заранее, до проведения испытанийВремл намагничивания образца определяют путем расчета времени перехода образца в новое магнитное состояние при изменении напряженности намагничиваюцего поля (времени промагничивания), при" чем это время зависит не только от материала образца и его геометричес92059 ких раэмерое, но и от того, на каком участке петли гистерезиса или кривой намагничивания производится измерение, так что рассчитать необходимое время намагничивания до проведения испытаний практически невозможно. Это приводит к погрешности определения характеристик. Необходимость расчетов для каждого нового образца приводит к увеличению време О ни определения характеристик.,Отсутствие однозначного критерия для установки амплитуды ступеней намагничиваю- щего поля также приводит к погрешности е определении характеристик, В свя-З зи с тем, что кривые намагничивания и петли гистереэиса как функции магнитной индукции в образце от напря" женности намагничивающего поля:В=Е(11), имеют участки с резко различными наклонами к оси Н, то выбор относительно небольшой амплитуды ступеней приводит к погрешности на участках с небольшим наклоном иэ-за малой амплитуды ЭДС в измерительной обмотке образца, сравнимой с уровнем шу- мов. При выборе относительно большой амплитуды возрастает погрешность на "крутых" участках, так как число измеренных точек на этих участках мало и даже может отсутствовать, Опре деление требуемых для каждого участка кривой намагничивания или петли гистереэиса значений амплитуды сту"пеней намагничивающего поля для образца с неизвестными характеристика 35 ми невозможно, а именно такие образцы и подвергаются испытаниям. Таким образом, недостатками этого технического решения являются низкая точность,40 и малая производительность определения характеристик материалов,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения статических магнитных характеристик материалов, заключающийся в том, что испы 43 туемый образец намагничивают ступен-. чато-изменяющимся магнитным полем и измеряют приращения магнитного потока образца, причем амплитуду ступе" ней намагничивающего поля устанавливают так, чтобы приращения магнитного потока образца, соответствующие каждой ступени, были равны между собой. ИУстройство для осуществленияспособа содержит последовательно соединенные источник тока, переключатель 8 4тока и намагничивающую обмотку и по" следовательно соединенные измерительную обмотку, интегратор, выполненный в виде преобразователя напряжения в частоту и счетчика импульсов, и регистратор 3.Визвестном техническом решении длительность ступеней намагничиваю- щего поля устанавливают в соответствии с временем, необходимым для измерения приращения намагничивающего поля (амплитуды ступени), Приращения магнитного потока образца измеряют в процессе изменения.напряженности намагничивающего поля между ступенями, причем скорость изменения напряженности регулируют так, чтобы скорость изменения магнитного потока образца не превышала установленного заранее эначенйя, т.е. обеспечивают режим перемагничивания сйВ/сЫ:опята. Следовательно, перемагничиеание образца происходит по квазиостатической петле гистерезиса. При этом имеет место методическая погрешность отли" чия кваэистатической петли гистере- . зиса от статической из-за влияния вихревых токов. Эта погрешность зависит от скорости изменения магнитнойиндукции е образце, а также от материала образца и его геометрических размеров, Для того, чтобы погрешность не превышала определенного значения, необходимо перед испытанием каждого нового образца рассчитать или определить экспериментально максимально допустимую скорость изменения магнитной индукции в.образце, однако точно рассчитать ее невозможно, так как обычно испытывают образцы с неизвестными характеристиками. Кроме того, необходимость расчетов или экспериментального определения максимально допустимой скорости (ЙВ/Щ увеличивает время, необходимое,для определения характеристик материала, Таким образом, к недостаткам данного технического решения относятся низкая точность и малая производительность определения характеристик материалов.Целью изобретения является повышение точности измерения статических магнитных характеристик материала,Указанная цель достигается тем, что в способе определения статических магнитных характеристик материала путем намагничивания образца ступенчато"изменяющимся магнитным полем9205985и измерения приращения магнитного потока образца, намагничивание образца на каждой ступени осуществляют в течение времени изменения магнитного по- ц тока образца, а амплитуду напряженноси ти поля каждой последующей ступени устанавливают в обратно пропорциональ- н ной зависимости от длительности намаг- и ничивания образца на предыдущей сту- ч пени. 10 тУстройство для определения стати-. н ческих магнитных характеристик мате- м риала, содержащее последовательно в соединенные источник тока, переключа- в тель и намагничивающую обмотку и 15 н последовательно соединенные измери- в тел ьную обмот ку, инте гр а тор и регистратор, снабжено последовательно сое- н диненными с измерительной обмоткой и усилитеЛем, блоком сравнения и пре и образователем интервала времени в код, и выход которогб подключен к одному р из управляющих входов переключателя, н второй управляющий вход которого сое динЕн с выходом блока сравнения, а 25 и второй вход регистратора - с вторым в выходом источника тока. вЭто техническое решение позволяет в исключить влияние вихревых токов на н результаты измерения при определении З 0 г статических магнитных характеристик в материалов и обеспечить оптимальное в (минимально возможное) время испыта- и ния образцов различных материалов и различных геометрических размеров. З 5 с Исключается также необходимость в м предварительном определении каких"ли- д бо дополнительных данных для прове" н дения испытаний. 40 На чертеже представлена блок схема устройства.Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 тока, переключатель 2, намагничивающую обмотку .45 3 испытуемого образца 4, последова" тельно соединенные измерительную обмотку 5. испытуемого образца 1, интегратор 6 и регистратор 7, а также последовательно соединенные усилитель 8, блок 9 сравнения и преобразователь 10 интервала времени в код, Регистратор 7 вторым входом подключен ко, второму выходу источника 1 тока Яход усилителя 8 соединен с измерительной обмоткой 5. Выход преобразователя 10 интервала времени в код подключен к одному из управляющих входов перекяю. чателя 2, второй управляющий вход ко" бторого соединен с выходом блока 9сравнения.Известно, что время перехода обдаз"а в новое магнитное состояние (времяромагничивания) определяется в основ"ном поверхностным эффектом. Ири измеении напряженности намагничивающегооля в образце возникают макроскопи"еские и микроскопические вихревыеоки, создающие свой магнитный поток,аправленный противоположно магнитноу потоку, связанному с. намагничиающим полем. Это экранирующее дейст"ие вихревых токов задерживает проикновение намагничивающего полянутрь образца.Бсли образец, имеющий .измерительую обмотку, намагничивать ступенчато"зменяющимся магнитным полем, тори каждом изменении напряженностиоля в измерительной обмотке индуктиуется ЭДС е, равная скорости измене"ия магнитного потока ф в образце,ВфЭДС е индуктируется толькори изменении магнитного потока Фобразце, Это изменение происходиттечение времени перехода образцановое магнитное состояние при даном изменении напряженности магнитно"о поля. Следовательно, можносделатьывод, что длительность импульса ЭДСизмерительной обмотке равна времениромагничивания образца.Вольт-секундная плащадь Я импульа ЭДС, пропорциональна приращениюагнитной индукции ЬИ) соответствуетанному изменению напряженности намагичивающегр поля:5 = еда= Ьф=1 сьВ,0где с - длительность импульса ЭДС;Е - коэффициент пропорциональностиТаким образом, установлено, чтоесли каждое следующее изменение напряженности намагничивающего поля производить после окончания импульса ЭДС,индуктированного в измерительной обмотке при,предыдущем изменении напряженности, и измерять вольт-секундныеплощади импульсов ЭДС, то влияниевихревых токов на результаты опре"деления характеристик исключается,поскольку изменение напряженностипроизводится после установления вобразце статического магнитного сос"тояния и измеряются приращения,индукции в образце, соответствующие пере"ходу от одного статического состояния в другое. При этом время испыта, ния данного образца получается мини. мальным по сравнению с другими мето"дами со ступенчато-изменяющимся намагничивающим полем,Время промагничивания образца зависит от его толщины и прямо пропорционально магнитной проницаемости иэлектропроводности материала:йа =1 сц 1 а,0где Са - время промагничивания образца;1 с - коэффициент пропорциональности,ц, - магнитная проницаемость мате-Ириала образца;6 - удельная электропроводностьматериала,а - толщина образца,Для данного образца время промаг- щничивания определяется магнитной проницаемостью, которая характеризуетнаклон зависимости .магнитной индукцииобразца от напряженности намагничивающего поля В = ХД) к оси Н. 2%1Следовательно, если устанавливат ьамплитуду ступеней намагничиваощегополя в обратно пропорциональной зависимости от вре .ни йромагничивэния,которое равно длительности импульсовЭДС, то можно получить достаточно боль"шое число измеренных точек зависимости В = 1(Н) на "крутых" участках придостаточно больших приращениях магнитной индукции на "пологих" участках,ффи, тем самым, повысить точность опре"деления характеристик.Способ осуществляется следующим образом.При пропускании тока по намагничи фвающей обмотке 3 от источника 1 токачерез переключатель 2 в намагничивающей обмотке 3 создается магнитноеполе, которое намагничивает испытуе-.мый образец 4. Напряженность этого 4 фпрля однозначно определяется значениемтока в намагничивающей обмотке 3, Вмомент поступления сигнала переключения с выхода блока 9 сравнения в переключателе 2 происходит скачкообразное Юизменение тока, вызывающее изменениенапряженности намагничивающего поля,Величина .изменения тока устанавливает-;ся в переключателе 2 в пределах от(1/3 - 1/Б) 2, до (1/15 - 1/20) Л, Яв зависимости от кода на выходе преоб.раэователя 10 интервала времени в код,3, - значение тока, соответствующее. максимальной напряженности намагничи вающего поля, которая необходима для испытания данного класса материалов. При изменении напряженности намагничивающего поля испытуемый образец 4 перемагничивается, его магнитный поток ф изменяется, и в измерительной обмотке 5 индуктируется импульс ЭДС, длительность которого равна времени изменения магнитного потока ф ,сВЕ = С -1(ИО я угде 1 с " постоянная измерительнойобмотки 5;В - индукция в образце 4,Этот импульс усиливается усилителем 8 и поступает на блок 9 сравнения,в котором вырабатывается сигнал переключения в момент, когда напряжение на выходе усилителя 8 становится равным нулевому уровню, Сигнал переключения, поступая на управляющий вход переключателя 2, определяет момент следующего изменения тока в переключателе 2. Этот сигнал поступает также на преобразователь 10 интервала вре" мени в код, в котором формируется код, соответствующий интервалу между двумя соседними сигналами переключателя. Всоответствии с этим кодом в переключателе 2 устанавливается величина приращения для следующего изменения токатак, что меньшим интервалом временисоответствуют большие приращения тока и наоборот, т,е. в обратно пропорциональной зависимости от интервала времени,Ори поступлении сигнала переключения с выхода блока 9 сравнения в переключателе 2 происходит следующее изменение, тока. Таким образом, формируется ступенчато-изменяющееся намагничиваюцее поле при,намагничивании испытуемого образца 4 на каждой ступенив течение времени изменения магнитногопотока образца, с амплитудой напряженности поля каждой следующей ступени, находящейся в обратно пропорциональной зависимости от длительности намагничивания образца нафпредыдущей ступени.Импульсы ЗДС с измерительной обмотки 5 интегрируются интегратором 6.Напряжение на выходе интегратора 6 после интегрирования каждого импульса ЭДС увеличивается пропорционально приращению магнитной индукции д В в испытуемом образце 4, вызванного соотФормула изобретения М9 9205ветствующим изменением напряженностинамагничивающего поля,фдиь+1 ией 1 = 1 с(В д В) ,огде И,13 - напряжение на выходе интегратора 6 после интегрирования п-го и (и+1)-гоимпульсов ЭДС соответственно;як - постоянная интегратора 6;1 рВ- длительность (и+1)-.гоимпульса, ЭДС еВ- индукция в образце М;,Напряжение с выхода интегратора 6поступает на регистратор 7, куда .одно 1временно поступает напряжение от источ.ника 1 тока, пропорциональное напряженности намагничивающего поля, 8 регистраторе 7. зафиксируется зависимость магнитной индукции в испытуемом 2 вобразце 1 от напряженности намагничивающего поля. Эта зависимость и является статической характеристикой материала образца ч,Использование предлагаемого техни-ческого решения для определения статических магнитных характеристик материалов обеспечивает по сравнению сизвестными повышение точности определения характеристик за счет исклю- зВчения влияния вихревых токов на результаты измерения, а также повышениепроизводительности определения харак"теристик за счет сокращения времеНииспытаний. 8 частности, по сравнениюс образцом лучшей техники, обеспечивается повышение точности не менее,чем в 2 раза, и производительностине менее, чем в 5 раэ. 1. Способ определения статическихмагнитных характеристик материалапутем намагничивания образца ступен- Фзчато-изменяющимся магнитным полем,и; измерения приращений магнитного по 98 10токаобразца, от ли чающийс я тем, что, с целью повышения точ"ности измерений, намагничиваниеобразца на каждой ступени осуществлл.ют в течение времени изменения магнитного потока образца, а амплитудунапряженности поля каждой последующей ступени устанавливают в обратнопропорциональной зависимости от длительности намагничивания образца напредыдущей ступени.2. Устройство для определения статических магнитных характеристик ма"териала, содержащее последовательносоединенные источник тока, переключатель и намагничивающую обмотку ипоследовательно соединенные измери"тельную обмотку, интегратор и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности изме"рений, оно снабжено последовательносоединенными с измерительной обмоткойусилителем.,блоком сравнения и преобразователем интервала времени в код,выход которого подключен к одномуиз управляющих входов переключателя,второй управляющий вход которогосоединен с выходом блока сравнения,а второй вход регистратора - с вторым выходом источникаа тока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе-.,1. Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. И., "Энергия",1969, с. 138-139, 163-16 й.2. Зорин Д.И., Новопашенный Г.Н.,Шрамков Е.Г. Пути автоматизации измерительных устройств для определениямагнитных характеристик ферромагнит=ных материалов. - Труды метролопческих институтов СССР, 1967, вып.95 (155), с., 163-171.3; СаррйиИег Новый. ЧоИацСоваЫсЬез 14 адпеЬюег 1 сз 1 оН-ргОфета 1вд.1 Лпайод - И.р.Са 1 - ИапйЬии920598 Редактор Н,Н женко кма з 2332 ПодписнСССР Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч ВНИИПИ по де 3035, М