Преобразователь для измерения магнитной индукции в движущихся изделиях

)5 6 01 В 33/12 РЕТ ТОРСКОМУ С ЕЛЬС БССР МЕРЕ- ВИЖУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт прикладной физики А(56) Авторское свидетельство СССМ 1302180, кл. 6 01 Я 27/72, 1983(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ВЩИХСЯ ИЗДЕЛИЯХ(57) Сущность изобретения: преобразтель содержит измерительные обмоткиустановленные на желобе 2. Благодарполнению обмоток 1(3) в виде двухразных полуобмоток ГДЕЖ(ГБАВ БАЗ(ВДЕ 3) и соответствующих прямнейных участков ВГ и ЗЖ преобрэзовапозволяет контролировать изделия, наниченные как вдоль, так и поперек напраления движения. 1 з.п, ф-лы, 6 ил,ова,3. я вы- П-об- Ж) и олитель маг10 20 30 40 45 50 55 Изобретение относится к определению магнитных свойств иэделий из твердых материалов, в частности к области измерения остаточной магнитной индукции в движущихся малогабаритных ферромагнитных изделиях(например, постоянных магнитах).Известно применение магниточувствительных преобразователей (датчики Холла, феррозонды) для измерения величины магнитной индукции движущихся намагниченных изделий из ферромагнитных материалов. 0 величине остаточной индукции в изделиях судят по сигналам, возникающим в преобразователях при движении мимо них намагниченных изделий,Недостаток известных преобразователей - низкая точность измерения остаточной магнитной индукции в движущемся изделии, обусловленная сильным влиянием на сигналы магниточувствительных преобразователей вибрационных смещений измеряемых изделий, неизбежно возникающих в процессе движения,Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь для измерения магнитной индукции в движущихся изделиях, состоящий из измерительной обмотки, сквозь которую движутся намагниченные изделия. Плоткость расположения обмотки перпендикулярна направлению движения изделий. В качестве информационного параметра сигнала обмотки используют интеграл от однополярной полуволны ЭДС, индуцирован ной в обмотке движущимся изделием. По сравнению с магниточувствительнымипреобразователями индукционная обмотка, сквозь которую движутся изделия, характеризуется меньшей чувствительностью к вибрационным смещениям измеряемых изделий, а интегрирование ее сигнала обеспечивает отстройку и от изменений скорости движения иэделий.Недостаток известного преобразователя - в его ограниченных. функциональных возможностях, проявляющихся в том, что он не позволяет измерять величину магнитной индукции в изделиях, намагниченйых поперек своей продольной оси(например, в плоских постоянных магнитах), При движении таких иэделий вдоль направляющей (когда продольные оси изделия и направляющей совпадают) ЭДС в обмотке известного преобразователя не возникает. Измерение величины магнитйой индукции в таких изделиях при их движении вдоль направления намагничивания осуществить при массовом поточном измерении и контроле изделий практически невозможно вследствие низкой точности измерений, обусловленной тем; что ориентация изделий относительно направляющей и, следовательно, Относительно обмотки преобразователя будет меняться произвольным образом.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем измерения и продольно, и поперечно намагниченных изделий.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе для измерения магнитной индукции в движущихся иэделиях, содержащем измерительную обмотку, сквозь которую движутся намагниченные изделия, обмотка выполнейа в виде двух П-образных полуобмоток, расположенных в параллельных плоскостях по разные стороны от соот. ветствующих прямолинейных участков, соединяющих основания П-образных полу- обмоток. С целью повышения чувствительности и селективности измерения преобразователь снабжен второй измерительной обмоткой, идентичной первой обмотке, участки которой расположены симметрично участкам первой обмотки относительно оси движения изделий; и переключателем, содержащим два синхронных коммутатора двух входов на один выход. Первый выход коммутатора является одним из выходов преобразователя, вторым выходом которогО является один иэ выводов первой обмотки, второй вывод которой присоединен к второму выходу переключателя, к первому и четвертому входам которого присоединен один из выводов второй обмотки, второй вывод которой присоединен к второму и третьему входам переключателя,Конструктивные особенности предлагаемого преобразователя, определяющие конфигурацию его обмотки, обеспечивают измерение магнитной индукции как в продольно, так и в поперечно намагниченных изделиях при их движении сквозь преобразователь вдоль своей продольной оси, За счет этого и достигается расширение функциональных возможностей преобразователя. Конструктивные особенности второй обмотки в совокупности с использованием переключателя обеспечивают селективное измерение (в зависимости от положения переключателя) продольной или поперечнойсоставляющей магнитной индукции в изделии, повышение чувствительности преобразователя,По сравнению с магниточувствительными преобразователями, использование которых возможно для измерения магнитной индукции как продольно, так и поперечнонамагниченных изделиях в процессе их дви- .жения, предлагаемый преобразователь1748102 11 обозначен первый выход переключателя 8, на который могут поочередно коммутиро.- ваться его первый и второй входы 9 и 10.Третий и четвертый входы переключателя 8 5 обозначены позициями 12 и 13, а позицией14 обозначен второй выход переключателя 8, на который могут поочередно коммутироваться его третийили четвертый входы 12 и 13. Переключатель 8, может осуществлять 10 коммутацию своих первого ивторогб выхОдов 11 и 14 или соответСтвенНО на первый вход 9 итретий вход 12, или соответственно на второй вход 10 и четвертый вход 13 (фиг.5). Позициями 15 и 16 обозйачены выходы 15 преобразователя, а точками на фиг. 5 условно показаны начала обмоток 1 и 3.Преобразователь работает следующимобразом.Измеряемое намагниченное изделие, 20 изображенное на фиг, 1, движется вдольнаправляющего желоба 2 и в процессе своего движения проходит сквозь обмотку 1 преобразователя (фиг. 2), вызывая появление на его выходе индуцированной ЭДС 25 я(1). По закону электромагнитной индукциия(1) =- МЯ, (11где М - количество витков в обмотке 1,ф = фгдежг + Фжгвзж + Фдввзд, (2)Фгдежг, Фжгвзж и Фдввзд- магнитные потокосцепления измеряемого изделия с соответствующим контуром.При измерении продольно намагниченного изделия (фиг. 1 а) в процессе всего 35 движения изделия сквозь преобразовательФжгвзж= О.Тогда из (1) и (2) следует, что при измерении продольно намагниченных изделий ЭДС преобразователя будет равна40я= - М (3) обеспечивает повышение точности измерения величины магнитной индукции в изделиях эа счет снижение влияния на результаты измерения неизбежно возникающих при движении поперечных смещений намагниченных изделий, позволяет использовать более простые технические средства для формирования и обработки информационного сигнала, получить более стабильные эксплуатационные (временные и температурные) характеристики.На фиг. 1 изображены измеряемые иэделия, намагниченные в продольном (а) и поперечном (б) направлениях (большой стрелкой показано направление движения изделий в процессе измерения); на фиг, 2 - схема пространственного расположения обмотки преобразователя, обозначенной позицией 1 и расположенной вдоль контура АБВГДЕЖЗА (позицией 2 обозначен направляющий желоб, вдоль которого движутся изделия в процессе измерения); на фиг, 3 - схема пространственного расположейия второй обмотки преобразователя, обозначенной позицией 3 и расположенной вдоль контура АЖЗЕДВГБА; на фиг. 4 - обмотки преобразователя, изображенные совместно; на фиг. 5 - электрическая схема преобразователя; на фиг, 6 - временные диаграммы сигналов преобразователя при измерении продольно (а) и поперечно (б) намагниченных изделий,Обмотка 1 охватывает направляющий желоб 2, вдоль которого движутся изделия в процессе измерения. Полувитки обмотки 1 (П-образные полуобмотки) преобразователя расположены вдоль контуров ЗАБВ и ГДЕЖ в двух разных параллельных плоскостях, перпендикулярных направлению движения изделия. Указанные полувитки соединяются между собой участками обмотки, параллельными направлениЮ движения изделий и расположенньмивдольотрезков ЗЖи ГВ,Вторая обмотка 3 также охватывает на правпяющий желоб 2 и ее попувитки расположены вдоль контуров ЖА Б Г и ЗЕ Д В симметрично полувиткам обмотки 1 относительно оси движения изделий; Полувитки обмотки 3 соединяются между собой участ ками обмотки, параллельными направлению движения изделий и расположенными вдоль отрезков ЗЖ - ГВ, Выводы первой обмотки 1 обозначены позицйями 4 и 5, а выводы второй обмотки 3 обозначены пози циями 6 и 7. Позицией 8 обозначен переключатель, содержащий два синхронных коммутатора двух входов на один выход. Первый и второй входы переключателя 8 обозначены позициями 9 и 10. а позицией Вид этой ЭДС изображен на фиг. ба (он соответствует виду ЭДС преобразовэтеляпрототипа при измерении продольно намагниченных изделий). Момент времени 11(фиг. б а) соответствует началу взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем. В это момечт времени их магнитное пото- косцепление практически равйо нулю, Момент времени т 2 соответствует симметричному положению изделия а обмотке преобразователя. В этот момент суммарное потокосцепление Фгдежг + ФдБвзд максимально (если расстояние ЖЗ = ГВ меньше длины измеряемого иэделия, Момент времени тз соответствует окончанию взаимодействия измеряемого иэделия с преобразователем, когда их магнитное потокосцепление становится равным нулю,Информацию о величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь 31 однополярного импульса индуцированной ЭДС, соответствующая интервалу времени 11, 121(или(12, сз, величина которой пропорциональна макс (Фгдежг+ ФдБвзф т.е, величине магнитной индукции в изделии при прохождении его сквозь . преобразователь.Измерение площади Я 1 однополярного импульса ЭДС е(1) осуществляется известными средствами(например, как в прототипе).Преобразователь может быть расположен как в зоне воздействия продольного магнитного поля, так и в зоне, где магнитное поле скомпенсировано или отсутствует, В соответствии с этим будет осуществляться измерение индукции в изделии под воздействием магнитного поля заданной , величины, или остаточной магнитной индукции.При.измерении паперечно намагниченного изделия (фиг. 1 б) в процессе всего движения изделия сквозь преобразователь ФгдЕЖГ = фдБвзд О, Тогда из (1) и (2) следует, что при измерении поперечно намагниченных изделий ЭДС преобразователя будет равнад д ФжгВзжотВид этой ЭДС изображен на фиг. 6 б.Момент времени ц соответствует началу взаимодействия поля рассеяния измеряемого изделия с преобразователем, момент времени 15 - моменту пересечения торцом изделия плоскости ГДЕЖ. Момент времени тб соответствует симметричному положению изделия в преобразователе. В этот момент времени магнитное потокосцепление Фжгвзж изделия и преобразователя максимально. Момент времени р соответствует моменту пересечения задним торцом изделия плоскости АБВЗ, а момент времени тв соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с,преобразователем, Информацию о величине магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь 32 однополярного импульса индуцированной ЭДС, соответствующая интервалу времени (а, м 1 (или Ъ т 7), величина которой пропорционально макс Фкгазж, т.е. величина магнитной индукции в изделии при прохождении его сквозь преобразователь.Измерение площади Я 2 однополярного импульса ЭДС я (1) осуществляется, как и при измерении продольно намагниченных иэделий, известными средствами. Преобразователь может быть расположен как в зоне воздействия поперечного магнитного поля,так и в зоне, где магнитное поле скомпенсировано или отсутствует, В соответствии сэтим будет осуществляться измерение индукции в иэделии под воздействием магнит 5 ного поля заданной величины, илиостаточной магнитной индукции,Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет измерять магнитную индукцию как в продольно, так и в поперечно10 намагниченных изделиях в процессе их движения, за счет чего и достигается расширение его функциональных возможностей посравнению с прототипом, ЭДС, индуцированные в предлагаемом преобразователе15 продольно и поперечно намагниченнымиизделиями, имеют существенно различныйвид (фиг, 6). Это позволяет определить нетолько величину, но и направление магнитной индукции в изделии по форме ЭДС пре 20 образователя,Для обеспечения селективности измерения заданной (продальной или поперечной) составляющей:магнитной индукции визделии и повышения чувствительности25 преобразователя к измеряемым значенияминдукции целесообразна использовать преобразователь по и. 2 формулы изобретения.Преобразователь работает следующимобразом.30 При измерении продольно намагниченных изделий переключатель 8 устанавлива. ется в положение (изабраженнае на фиг. 5),в котором его первый и второй выходы 11 и14 подключены соответственно к второму и35 четвертому входам 10 и 13. При этом электрическое соединение преобразователя осуществляется по следующей схеме: первыйвыход 15 преобразователя - первый выход11 переключателя 8 - второй вход 10 пере 40 ключателя 8- второй вывод 7 второй обмотки 3 - первый вывод 6 второй обмотки 3 -четвертый вход 13 переключателя 8 - второйвыход 14 переключателя 8 - второй вывод 5первой обмотки 1 - первый вывод 4 первой45 обмотки 1 - второй выход 16 преобразователя. Измеряемое изделие, изображенноена фиг. 1 а, движется вдоль направляющегожелоба 2 и в процессе своего движения проходит сквозь обмотки 1 и 3 преобразовате 50 ля,. вызывая появление на его выходахиндуцированной ЭДС. Включение обмоток1 и 3 преобразователя при помощи переключателя 8 осуществлено таким образом,что ЭДС, индуцируемая движущимся про 55 дольно намагниченным изделием в полувитке ЖАБ Г второй обмотки 3 и полувиткеГДЕ Б первой обмотки 1, складываются другс другом так же, как и ЭДС, индуцируемыепродольно намагниченным изделием в полувитках ВДЕ 3 и ЗАБВ второй и первой10 15 20 25 30 35 40 обмоток 3 и 1. Суммарный вклад прямолинейных участков ЖЗ и ГВ первой и второй обмоток 1 и 3 в результирующий сигнал преобразователя равен нулю. Поэтому результирующий сигнал преобразователя в каждый момент времени определяется изменением магнитного потокосцепления изделия с контурами АБДЕА и АБДЕА, в которых расположены полувитки обмоток 1 и 3 преобразователя, Амплитудно-временная зависимость этого сигнала при движении продольно намагниченного иэделия сквозь преобразователь изображена на фиг, 6 а, (Движение поперечно намагниченного изделия сквозь преобразователь при рассматриваемом его включении не вызывает появления ЭДС на его выходах).Момент времени 11 (фиг. 6 а) соответствует началу взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем; В этот момент времени их магнитное потокосцепление практически равно нулю. Момент времени 12 соответствует симметричному положению изделия в обмотках преобразователя. В этот момент времени их магнитное потокосцепление максимально, Момент времени тз соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем, когда их магнитное потокосцепление становится равным нулю,Информацию о величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь Я 1 однополярного импульса индуцированной ЭДС. соответствующая интервалу времени (т 1. с 2) (или т 2, 1 з), величина которой пропорциональна максимальному магнитному потокосцеплению измеряемого изделия с обмотками преобразователя, т.е. величине остаточной индукции в иэделии. Измерение полощади 51 однополярного импульса ЭДС я (т) осуществляется известными средствами (например, как в прототипе).Таким образом, предлагаемый преобразователь осуществляет селективное измерение магнитной индукции в продольно намагниченных изделиях, При этом чувствительность к величине индукции (площадь однополярного импульса 31) вдвое выше,. чем при использовании лишь одной первой обмотки 1.Для измерения остаточной магнитной индукции в поперечно намагниченных изделиях (фиг. 1 б) необходимо переключатель 8 установить в положение, в котором его первьгй и второй выходы 11 и 14 подключены соответственно к первому и третьему входам 9 и 12. При этом электрическое соединение преобразователя осуществляется по следующей схеме: первый выход 15 преобразователя - певый выход 11 переключателя 8 - первый вход 9 переключателя 8 - первый вывод 6 второй обмотки 3 - второй вывод 7 второй обмотки 3 - третий вход 12 переключателя 8 - второй выход 14 переключателя 8 - второй вывод 5 первой обмотки 1 - первый вывод 4 первой обмотки 1 - второй выход 16 преобразователя.Измеряемое иэделие, изображенное на фиг, 1 б, движется вдоль направляющего желоба 2 и в процессе своего движения проходит сквозь"обмотки 1 и 3 преобразователя, вызывая появленйе-на его выходах индуцированной ЭДС, Включение обмоток 1 и 3 преобразователя при помощи переключателя 8 осуществлено таким образом, что ЭДС, индуцируемое движущимся поперечно намагниченным изделием в полувитке ЖЕДГ первой обмотки 1 и полувитка ЖА.БТ второй обмотки 3, складываются друг с другом так же, как и ЭДС, индуцируемые движущимся поперечно намагниченным изделием в полувитках ЗАБВ и ЗЕДВ первой и второй обмоток 1 и 3 (хотя соответствующие полувитки обмоток 1 и 3 и включены встречно, но и ЭДС в этих полувитках индуцируется поперечно намагнйчейным изделием противоположной полярности). Суммарный вклад прямолинейных участков ЖЗ и ГВ первой и второй обмоток 1 и 3 в результирующую ЭДС при движении измеряемых изделий сквозь преобразователь и в этом случае равен нулю,Результирующий сигнал преобразователя в каждый момент времени определяется практически изменением магнитного потокосцепления изделия с контуром ЗЖГВЗ. Амплитудно-временная зависимость этого сигнала при движении поперечно намагниченного изделия сквозь преобразователь изображена на фиг. 6 б (движение продольно намагниченного изделия сквозь преобразователь при рассматриваемом его включении йе вызывает появления ЭДС на его выходах), Момент времени ц (фиг. бб) соответствует началу взаимодействия поля расСеяния измеряемого иэделия с преобразователем, момент времени Ь - моменту пересечения передним торцом изделия плоскоСти АБ ДЕ, Момент времени 6 соответствует симметричному положению изделия в преобразователе. В этот момент времени магнитное потокосцепление изделия и преобразователя максимально. Момент времени т 7 соответствует моменту пересечения задним торцом изделия плоскости АБД Е, а момент времени в соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем. Информациюо величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь Яг однополярного импульса индуцированной ЭДС, соответствующая интервалу времени тб, с 63(или 16, 113, величина которой пропор циональна максимальному магнитному потокосцеплению измеряемого изделия с обмотками преобразователя, т,е. величине остаточной индукции в изделии. Величина Яг вдвое больше, чем в случае использова ния одной лишь первой обмотки 1. Измерение площади 52 однополярного импульса ЭДС е (т) осуществляется, как и при измерении продольно намагниченных иэделий, известными средствами. 15Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет селективно измерять магнитную индукцию как в продольно, так и в поперечно намагйиченных изделиях в процессе их движения. 20Формула изобретения1. Преобразователь для измерения маг нитной индукции в движущихся изделиях, содержащий измерительную обмотку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 25 расширения функциональных возможностей преобразователей за счет контроля как продольно, так и поперечно намагниченных изделий, измерительная обмотка выполне 1 п на в виде двух П-образных полуобмоток и двух прямолинейных участков, при этом П- образные полуобмотки расположены в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси преобразователя, по разные стороны от прямолинейных участков, размещенных параллельно оси преобразователя и соединяющих концы П-образных полуобмоток,2, Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен сдвоенным переключателем и второй измерительной обмоткой, идентичной первой измерительной обмотке, при этом П-образные полувитки второй измерительной обмотки расположены симметрично П-образным полувиткам первой измерительной обмотки относительно оси преобразователя, причем первый выход сдвоенного переключателя соединен с первым выходом преобразователя, второй выход которого соединей с первым выводом первой измерительной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым выходом сдвоенного переключателя, первый и четвертый входы которого подключены к первому выводу второй измерительной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым и третьим входами сдвоенного переключателя.1748102 Составитель С, Сандомирский Техред М.Морге нтал Ко актор С. Лиси ктор Т. Пал роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 2503 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5