CS239062B1

CS239062B1 - Magnetic materials susceptibility determination method and device for execution of this method

Info

Publication number: CS239062B1
Application number: CS84872A
Authority: CS
Inventors: Jiri Galas; Jaroslav Masa
Original assignee: Jiri Galas; Jaroslav Masa
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1985-12-16
Also published as: CS87284A1

Abstract

Způsob stanovení susceptibility u materiálů, které jsou slabě magnetické, zejména separační vlny, tvořené slabými magneticky vodivými drátky a zařízení k provádění tohoto způsobu. Podstatou způsobu stanoveni susceptibility je, že vzorek se umísti do dutiny jedné nebo postupně obou měřicích cívek, které jsou shodné, nastavitelného snímače, umístěného mezi póly pomocného magnetického obvodu. Při komutaci proudu se změří indikované napěťové množství v obou cívkách. Hodnota tohoto napětí je přímo úměrná susceptibilitě měřeného vzorku. V případě měření vzorku separační vlny se vzájemná poloha drátků zajistí nemagnetickou hmotou. Zařízení, umožňující tento způsob stanoveni susceptibility, má pomocný magnetický obvod s pevným a pohyblivým pólem, mezi nimiž je umístěn nastavitelný snímač s nemagnetickou kostrou a dvěma shodnými cívkami. Tyto cívky jsou zapojeny navzájem diferenciálně a mají stejnou dutinu pro uložení vzorku. Mezi začátky jejich vinutí je připojeno měřidlo indukovaného napětí. Pro ukončeni magnetické indukce je ve vzduchové mezeře snímače uložena Hallova sonda. Budicí vinutí pomocného obvodu je napájeno přes komutátor ze stejnosměrného zdroje proudu.Method of Determining Susceptibility in Materials which are weakly magnetic, especially separation waves, formed by weak magnets conductive wires and equipment to perform of this method. The essence of the way The determination of susceptibility is that the sample is placed in the cavity of one or both measuring coils that are identical, adjustable sensors located between poles auxiliary magnetic circuit. In commutation current is measured quantity in both coils. The value of this the voltage is directly proportional to the measured susceptibility sample. In case of sample measurement separation waves with mutual position of wires ensures non-magnetic mass. Equipment, allowing this method to determine susceptibility, has an auxiliary magnetic circuit with fixed and movable pole, among them adjustable non-magnetic sensor placed skeleton and two identical coils. These coils are differentially connected and have the same storage cavity sample. Between the beginnings of their winding is an induced voltage meter is connected. To terminate the magnetic induction is in sensor air gap is stored in Hall probe. The auxiliary circuit winding is powered by a commutator of DC power sources.

Description

Vynález se týká způsobu stanovení susceptibility u materiálů, které jsou slabé magnetické, zejména pak u separační vlny, která je tvořena slabými magneticky vodivými drátky, používá se např. v separátorech kaolinu, a zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a method for determining susceptibility of weak magnetic materials, in particular to a separating wave which is formed of weak magnetically conductive wires, for example used in kaolin separators, and to apparatus for carrying out the method.

Užívané magnetometrické metody pro měření slabě magnetických materiálů jsou nevhodné jednak pro obtížné stanovení demagnetizačních faktorů vzorků separační vlny, které jsou funkcí nejen rozměrů, ale i hodnoty susceptibility, a jednak pro náročnější realizaci větších hodnot magnetické indukce ve vzduchových cívkách. Užívané silové metody pro měření slabě magnetických materiálů jsou nevhodné, neboť předpokládají hodnotususceptibility nezávislou na hodnotě magnetické indukce.Magnetometric methods used for measurement of weakly magnetic materials are unsuitable both for difficult determination of demagnetization factors of separation wave samples, which are not only a function of dimensions but also for susceptibility value, and for more difficult realization of higher magnetic induction values in air coils. The force methods used to measure weakly magnetic materials are unsuitable as they assume acceptance values independent of the magnetic induction value.

Výpočet rozložení magnetické indukce v prostoru matrice separátoru, naplněné separační vlnou, vyžaduje znalost magnetických vlastností separační vlny. Separační vlna je tvořena magneticky a obvykle i elektricky vodivými drátky o průměru cca 0,05 mm, které jsou do matrice nalisovány s objemovou hustotou cca 5 %· Určitý objem separační vlny ukazuje susceptibilitu od zhruba desetin pro malé hodnoty magnetické indukce vnějšího magnetického pole. Doposud užívané způsoby stanovení magnetických parametrů, určené pro materiály s objemovým plněním cca 90 % až 100 %, selhávají v tomto případě pro nedostatečnou citlivost a tím pro malou přesnost. Určení susceptibility umístěním vzorků separační vlny ve vzduchové mezeře magnetického obvodu a změřením magnetické indukce v mezeře se vzorkem a bez vzorku naráží na problematiku stanovení vlivu změny reduktance magnetického obvodu a také na zajištění určité objemové hustoty drátků veCalculation of the magnetic induction distribution in the space of the separator matrix filled with the separation wave requires knowledge of the magnetic properties of the separation wave. The separation wave consists of magnetically and usually electrically conductive wires with a diameter of about 0.05 mm, which are pressed into the matrix with a bulk density of about 5%. A certain volume of the separation wave shows susceptibility from about tenths for small values of magnetic induction of external magnetic field. The methods used to determine the magnetic parameters used so far for materials with a volume filling of about 90% to 100% have failed in this case because of insufficient sensitivity and hence low accuracy. Determination of susceptibility by placing the separation wave samples in the air gap of the magnetic circuit and measuring the magnetic induction in the gap with and without the sample encounters the problem of determining the effect of changing the reductance of the magnetic circuit and also providing a certain bulk density of the wires

239 062239 062

- 2 vzorku. Obdobně bude měření zatíženo obtížně kontrolovatelnými chybami při umístění vzorku v širší vzduchové mezeře a měření magnetické indukce nad vzorkem a mimo vzorek, kdy je nutno odečítat řádově stej’né hodnoty a uplatní se zde také nehomogenita magnetického pole, resp. vliv demagnetizačního faktoru vzorku. Použití metod se střídavým magnetickým polem je nevhodné, neboí v separační vlně se uplatní vířivé proudy. Speciální zařízení pro tato měření neexistují.- 2 sample. Similarly, the measurement will be burdened by difficult to control errors when placing the sample in a wider air gap and measuring the magnetic induction above and outside the sample. influence of sample demagnetization factor. The use of alternating magnetic field methods is inappropriate as eddy currents are applied in the separation wave. There are no special devices for these measurements.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob stanovení susceptibility slabě magnetických materiálů, zejména separační vlny a zařízeni k prováděni tohoto způsobu podle vynálezu. Jeho podstatou je, že do dutiny jedné nebo postupně obou shodných cívek nastavitelného snímače, umístěného mezi pevným a nastavitelným pohyblivým pólem pomocného obvodu se umístí měřený vzorek. Při změně magnetického toku z kladné na zápornou hodnotu se změří indukované napěíové množství na obou cívkách zapojených elektricky proti sobě při vložení vzorku do jedné nebo druhé dutiny. Hodnota tohoto napěíového množství, resp. jeho průměrná hodnota je přímo úměrná susceptibilitě měřeného vzorku při daném počtu závitů cívky, průřezu vzorku a magnetické indukcí ve vzduchové mezeře mezi póly, mimo vzorek. Při stanovení susceptibility separační vlny se vzájemná poloha drátků vzorku separační vlny zajistí nemagnetickou hmotou.The aforementioned drawbacks are overcome by a method for determining the susceptibility of weakly magnetic materials, in particular separation waves and apparatus for carrying out the method according to the invention. Its essence is that a sample to be measured is placed in the cavity of one or successively both coils of an adjustable sensor positioned between the fixed and adjustable movable pole of the auxiliary circuit. When the magnetic flux changes from positive to negative, the induced voltage amount is measured on both coils connected electrically against each other when a sample is inserted into one or the other cavity. The value of this voltage amount, resp. its average value is proportional to the susceptibility of the measured sample at a given number of coil windings, sample cross-section and magnetic induction in the air gap between the poles, outside the sample. In determining the susceptibility of the separation wave, the relative position of the wires of the separation wave sample is secured by a non-magnetic mass.

Zařízení k provádění tohoto způsobu se skládá z pevného a pohyblivého pólu s budicími cívkami, kde mezi póly je umístěn nastavitelný snímač se dvěma cívkami. Podstatou tohoto zařízení je, že vinutí budicích cívek jsou připojena přes komutátor se stejnosměrným zdrojem proudu. Obě cívky snímače jsou určeny k měření, jsou shodné a mají stejné dutiny pro vložení měřeného vzorku. Tyto cívky jsou zapojeny elektricky proti sobě. Mezi začátky jejich vinutí je zapojeno měřidlo indukovaného napětového množství a ve vzduchové mezeře, mimo měřený vzorek, je umístěna Hallova sonda pro měření magnetické indukce.The device for carrying out this method consists of a fixed and movable pole with excitation coils, wherein an adjustable dual coil sensor is located between the poles. The essence of this device is that the windings of the excitation coils are connected via a commutator with a direct current source. Both sensor coils are intended for measurement, are identical and have the same cavities for inserting the measured sample. These coils are connected electrically against each other. An induced voltage meter is connected between the start of their winding and a Hall probe for measuring the magnetic induction is placed in the air gap, outside the measured sample.

Výhodou tohoto způsobu stanovení susceptibility slabě magnetických vzorků je zaručená vysoká přesnost měření, které seThe advantage of this method of determining the susceptibility of weakly magnetic samples is the guaranteed high accuracy of the measurements made

- 3 239 062 docílí magnetickým vyvážením obou cívek nastavitelným snímačem, nastavitelným pohyblivým pólem a možností měřit vzorek postupně v obou dutinách. Déle tento způsob umožňuje snadno porovnávat rozdílnost susceptibilit dvou vzorků, umístěním těchto vzorků do obou dutin.- 3,239,062 achieves magnetic balancing of both coils with an adjustable sensor, adjustable movable pole and the ability to measure the sample sequentially in both cavities. Further, this method makes it easy to compare the difference in susceptibility of two samples by placing these samples in both cavities.

Výhodou zařízení podle vynálezu je, že používá uzavřený magnetický obvod, který k docíleni požadovaných hodnot magnetické indukce vyžaduje výrazně menší příkon elektrické energie.An advantage of the device according to the invention is that it uses a closed magnetic circuit which requires considerably less power consumption to achieve the desired values of magnetic induction.

Tím, že v případě vzorku separační vlny je vzájemná poloha drátků zajištěna nemagnetickou hmotou, je zaručena realizace určitého množství drátků v objemové jednotce, reprodukovatelnost měření a stanovení skutečné nehomogenity uspořádání separační vlny ve větším objemu, který se po zalití nemagnetickou hmotou rozdělí na jednotlivé vzorky separační vlny.In the case of the separation wave sample, the mutual position of the wires is ensured by the non-magnetic mass, it ensures the realization of a certain number of wires in the volume unit, reproducibility of measurement and determination of real inhomogeneity of the separation wave arrangement in larger volume. waves.

Na přiloženém výkresu je uveden jeden příklad uspořádání zařízení na měření susceptibility slabě magnetických materiálů podle vynálezu. Zařízení se skládá z pomocného magnetického obvodu a ze snímače 1. Pomocný magnetický obvod mé pevný pól 2 a pohyblivý pól 6, nastavitelný mechanismem 8 upevněným na pevném pólu Vinutí budicích cívek 9 tohoto pomocného magnetického obvodu je připojeno přes komutátor 1> k stejnosměrnému zdroji proudu. Snímač 1 je tvořen nemagnetickou kostrou s levou cívkou 2, pravou cívkou £, které jsou navzájem v diferenciálním zapojení, tzn. elektricky proti sobě, a sondou 4. Cívky 2, 2 jsou shod né a mají stejné dutiny pro vložení měřeného vzorku 12. Snímač 1 je umístěn mezi póly 2, 6 a je zde držen táhlem 7, umožňujícím jeho nastavení. Táhlo 7 je upevněno k pevnému pólu 2· před vlastním měřením se postupně magneticky vyváží levá a pravá cívka 2, 2 ^bez vloženého vzorku tak, aby na integračním měřidle 11, zapojeném mezi začátky vinutí těchto cívek 2, 3,byla při změně magnetického toku z kladné na zápornou hodnotu, případ ně obráceně, minimální výchylka. Nastavení probíhá nejprve nahrubo mechanismem 8, umožňujícím natáčet pohyblivým pólem 6.The accompanying drawing shows one example of an arrangement of a device for measuring the susceptibility of weakly magnetic materials according to the invention. The device consists of an auxiliary magnetic circuit and a sensor 1. The auxiliary magnetic circuit has a fixed pole 2 and a movable pole 6, adjustable by a fixed-pole mechanism 8 The winding of the excitation coils 9 of this auxiliary magnetic circuit is connected via a commutator 1 to a direct current source. The sensor 1 is formed by a non-magnetic chassis with a left coil 2, a right coil 6, which are in differential connection with each other, i. The coils 2, 2 are identical and have the same cavities for inserting the sample 12 to be measured. The sensor 1 is located between the poles 2, 6 and is held here by a rod 7 allowing its adjustment. The rod 7 is fixed to the fixed pole 2, before the measurement, the left and right coils 2, 2 are gradually magnetically balanced ^{without an} inserted sample so that on the integration gauge 11 connected between the winding starts of these coils 2, 3 positive to negative value, or vice versa, minimum deflection. The adjustment is first coarse by the mechanism 8 enabling the movable pole 6 to be rotated.

- 4 239 062- 4,239,062

Potom následuje nastavení najemno pomocí táhla 7, umožňujícího pohyb snímače 1. Ze stejnosměrného zdroje proudu jsou přes komutátor 12, umožňující změnu polarity řídícího proudu, napájeny budicí cívky 9, čímž se mezi póly 2, 6 vybudí magnetický indukční tok. Hodnota magnetické indukce B, při které se susceptibilita vzorku měří, se určí Hallovou sondou 4 teslametru 10. Vhodnou volbou šířky vzduchové mezery k délce indukční čáry ve vzduchové mezeře lze považovat hodnotu magnetické indukce ve větší části této mezery za konstantní. Po vložení měřeného vzorku 12 do dutiny levé cívky 2 se změní polarita magnetického indukčního toku a integrační měřidlo 11 naměří hodnotu indukovaného napěťového množstvími· Při (pakování měření při vložení vzorku 12 do dutiny pravé cívky 3 naměří měřidlo 11 hodnotu indukovaného napěťového množství Έ 2* ^Pro stanovení susceptibility «C vzorku 12 se použije aritmetický průměr naměřených hodnot Ψ 1*3 a susceptibilita se stanoví na základě vztahuThis is followed by a fine adjustment by means of a rod 7 allowing the movement of the sensor 1. A DC coil 9 is supplied from a direct current source via a commutator 12 which permits a change in the polarity of the control current. The magnetic induction value B at which the susceptibility of the sample is measured is determined by the Hall probe 4 of the teslameter 10. By suitable selection of the air gap width to the length of the induction line in the air gap, the magnetic induction value over most of this gap can be considered constant. After insertion of the sample 12 into the cavity left coil 2 changes the polarity of magnetic flux and integrating meter 11 measures a value of the induced voltage quantities · When (packing measurement during insertion of the sample 12 into the cavity of the right coil 3 is measured at the gauge 11 the value of the induced voltage amount Έ 2 * ^To determination of susceptibility «C of sample 12 the arithmetic mean of the measured values Ψ 1 * 3 is used and the susceptibility is determined on the basis of

V 1 2 _t kdeIn 1 2 _t where

2NBS2NBS

N je počet závitů cívkyN is the number of coil turns

S je průřez vzorku.S is the cross-section of the sample.

Pokud se měří vzorek separační vlny, je nutné zaručit určitou objemovou hustotu drátků vzorku. Toho se docílí například slisováním této vlny do zvoleného objemu a zalitím např. epoxidovou pryskyřicí. Po vytvrzení a odstranění obalu lze soustružením, případně broušením, vytvořit potřebné vzorky o přesně definovaných rozměrech a hustotách. V případě, že vzorky se vybrousí ve tvaru kotouče s poměrem průměru k tloušťce cca 6,5» hodnoty susceptibility jsou zhruba desetiny a vzorek je umístěn mezi magneticky vodivými póly, je vliv demagnetizačního faktoru na měření zanedbatelný.If the separation wave sample is measured, a certain bulk density of the sample wires must be guaranteed. This is achieved, for example, by compressing the wool into a selected volume and embedding it with, for example, an epoxy resin. After hardening and removal of the packaging, it is possible by turning or grinding to produce the necessary samples of precisely defined dimensions and densities. If the samples are ground in the shape of a disc with a diameter to thickness ratio of approx. 6.5 »susceptibility values are about tenths and the sample is placed between magnetically conductive poles, the effect of the degaussing factor on the measurement is negligible.

Vliv rozdělení hodnot magnetické indukce řádově 10“^ až 10”4, které se uplatní při měření susceptibility uvedenou diferenciální metodou se vyloučí magnetickým vyvážením levé a pravé cívky 2, 2 měřením a celým postupem stanovení susceptibilityThe influence of the distribution of magnetic induction values of the order of 10 “^ to 10” 4, which are applied in the measurement of susceptibility by the said differential method is eliminated by magnetic balancing of the left and right coils 2, 2 by measurement and the whole susceptibility determination procedure.

- 5 239 062- 5 239 062

Určitý rozdíl rozložení magnetického pole v levé a pravé cívce se vyrovná opakováním měření při střídavém umístění vzorku v dutině levé a pravé cívky a použitím aritmetického průměru obou naměřených hodnot.A certain difference in the magnetic field distribution in the left and right coils is compensated by repeating the measurements by alternately placing the sample in the left and right coil cavities and using the arithmetic mean of the two measured values.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION 239 062

Method for determining the susceptibility of magnetic materials, in particular a separation wave, characterized in that the sample is placed in the cavity of one or successively both measuring coils of an adjustable sensor located between the fixed and moving poles of the auxiliary circuit and it measures the induced voltage amount at both electrically opposed measuring coils, the value of which is proportional to the susceptibility of the measured sample at a given number of coil turns, the sample cross-section and the magnetic induction in the air gap between the poles outside the sample.

2. A method for determining susceptibility according to claim 1, characterized in that in determining the susoeptibility of the separation wave, the relative position of the wires of the separation wave sample is secured by a non-magnetic mass.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, comprising a fixed and movable pole with excitation coils, wherein an adjustable dual-coil sensor is located between the poles, characterized in that the excitation coil windings (9) are connected via a commutator (13) to the DC power supply and the two coils (2, 3) of the sensor (1) to be measured are identical, have the same cavities for inserting the measured sample (12) and are connected differently, with a meter (11) induced between them and a Hall sensor (4) for measuring the magnetic induction is placed outside the sample (12).