FR2686980A1 - Sensor for a Ewing curve tracer - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un capteur pour hystérésismètre. The invention relates to a hysteresis sensor.
Les hystérésismètres ont été développés pour permettre la mesure, la comparaison et la caractérisation des propriétés magnétiques des matériaux. Hysterismisers have been developed to allow the measurement, comparison and characterization of the magnetic properties of materials.
Un hystérésismètre comporte un capteur, une alimentation et un ensemble d'acquisition et de traitement du signal. A hysteresis has a sensor, a power supply and a set of signal acquisition and processing.
Le capteur, destiné à recevoir l'échantillon, doit permettre l'application, à l'échantillon, d'un champ électromagnétique et comporter une bobine de lecture permettant de mesurer les variations d'aimantation ainsi créées dans l'échantillon. The sensor, intended to receive the sample, must allow the application, to the sample, of an electromagnetic field and include a reading coil making it possible to measure the variations in magnetization thus created in the sample.
Les hystérésismètres nécessitent la production de champs intenses (par exemple de l'ordre de quelques dizaines de koe), qui peuvent être obtenus avec des machines "lourdes" nécessitant des sources de courant particulièrement importantes et donc spécifiques. Hysteresismeters require the production of intense fields (for example of the order of a few tens of kb), which can be obtained with "heavy" machines requiring particularly large and therefore specific current sources.
Pour des raisons de coût et d'encombrement, l'utilisation de ces machines "lourdes" ne peut pas être très répandue. For reasons of cost and space, the use of these "heavy" machines cannot be very widespread.
Au contraire, on connaît des hystérésismètres qui peuvent être alimentés par le courant de secteur, c'est-àdire à une fréquence de 50 ou 60 Hz sous une tension de l'ordre de 220 volts. On the contrary, hysteresis meters are known which can be supplied by the mains current, that is to say at a frequency of 50 or 60 Hz under a voltage of the order of 220 volts.
Le capteur de l'invention est destiné à ce dernier type d'hystérésismètre. The sensor of the invention is intended for the latter type of hysteresis.
Différents capteurs sont déjà connus qui permettent la mise en oeuvre d'un tel hystérésismètre. Various sensors are already known which allow the implementation of such a hysteresis.
Ces capteurs connus permettent de soumettre des échantillons à des champs pouvant aller jusqu'à 20 koe. These known sensors make it possible to submit samples to fields of up to 20 kb.
Il s'avère que 11 étude de matériaux magnétiques récemment développés, tels que les alliages métalliques (samarium-cobalt, néodyme-fer-bore...), nécessite la mise en oeuvre de champs appliqués supérieurs à 25 koe, à cause de la valeur élevée des champs coercitifs à mesurer qui ne sont pas accessibles avec les capteurs connus. It turns out that the study of recently developed magnetic materials, such as metal alloys (samarium-cobalt, neodymium-iron-boron ...), requires the application of applied fields greater than 25 kb, because of the high value of the coercive fields to be measured which are not accessible with known sensors.
Par ailleurs, les mesures de cycles d'hystérésis, essentiellement mises en oeuvre jusqu'à présent au laboratoire, sur des échantillons spécialement prévus à cet effet, apparaissement maintenant utiles pour contrôler des fabrications. Il est donc nécessaire de pouvoir effectuer des mesures sur des pièces dont les formes et les dimensions sont imposées. In addition, the hysteresis cycle measurements, mainly implemented up to now in the laboratory, on samples specially provided for this purpose, appear now useful to control manufacturing. It is therefore necessary to be able to carry out measurements on parts whose shapes and dimensions are imposed.
L'objectif de la présente invention est donc de proposer un capteur qui évite les inconvénients des capteurs connus. The objective of the present invention is therefore to propose a sensor which avoids the drawbacks of known sensors.
C'est un autre objectif de l'invention de proposer un capteur qui, pour des conditions d'alimentation électrique données, permet l'obtention d'un champ appliqué élevé. It is another objective of the invention to propose a sensor which, for given electrical supply conditions, makes it possible to obtain a high applied field.
C'est un autre objectif de l'invention de proposer un capteur pour hystérésismètre permettant la réalisation de mesures sur des pièces massives. It is another objective of the invention to propose a sensor for a hysteresis meter enabling measurements to be made on massive parts.
A cet effet, l'invention concerne un capteur pour hystérésismètre, destiné à être alimenté par le courant du secteur, comportant des moyens d'excitation, des moyens de lecture, une bobine de compensation, et définissant un espace de mesure destiné à recevoir une pièce à mesurer. To this end, the invention relates to a sensor for hysteresis, intended to be supplied by the mains current, comprising excitation means, reading means, a compensation coil, and defining a measurement space intended to receive a piece to be measured.
Selon l'invention, les moyens d'excitation comportent un nombre pair de bobines d'excitation, géométriquement disjointes, de même axe, ayant un diamètre intérieur, et placées en nombre égal de part et d'autre de l'espace de mesure. According to the invention, the excitation means comprise an even number of geometrically disjoint excitation coils, of the same axis, having an internal diameter, and placed in equal number on either side of the measurement space.
Dans un premier mode de réalisation préféré, les moyens d'excitation et de lecture sont symétriques par rapport à un plan. In a first preferred embodiment, the excitation and reading means are symmetrical with respect to a plane.
Les bobines d'excitation sont avantageusement collées sur des flasques reliés entre eux, la bobine de lecture étant placée dans un insert coincé entre les bobines d'excitation. The excitation coils are advantageously bonded to flanges connected together, the read coil being placed in an insert wedged between the excitation coils.
La bobine de lecture a un diamètre au moins égal au diamètre intérieur des bobines d'excitation. The read coil has a diameter at least equal to the inside diameter of the excitation coils.
Dans un deuxième mode de réalisation, les bobines d'excitation sont placées de part et d'autre de l'espace de mesure. In a second embodiment, the excitation coils are placed on either side of the measurement space.
Les bobines de lecture sont alors avantageusement placées chacune à l'intérieur de l'une des bobines d'excitation. The read coils are then advantageously placed each inside one of the excitation coils.
L'une au moins des bobines d'excitation peut avoir une face conique tournée vers l'espace de mesure permettant de placer un échantillon de forme cylindrique à section en arc de cercle dans l'espace de mesure, sans nécessiter un éloignement relatif important des bobines d'excitation. At least one of the excitation coils may have a conical face turned towards the measurement space, making it possible to place a cylindrical sample with an arcuate section in the measurement space, without requiring a significant relative distance from the excitation coils.
Différents modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après en détail, en référence aux dessins annexés, sans que ces descriptions ne soient limitatives. Different embodiments of the invention will be described below in detail, with reference to the accompanying drawings, without these descriptions being limiting.
La Figure 1 est une représentation d'un hystérésismètre connu muni de son capteur. Figure 1 is a representation of a known hysterismeter equipped with its sensor.
La Figure 2 est une représentation schématique du capteur selon l'invention dans un premier mode de réalisation. Figure 2 is a schematic representation of the sensor according to the invention in a first embodiment.
La Figure 3 est une représentation de l'insert faisant partie du capteur de l'invention dans son premier mode de réalisation. Figure 3 is a representation of the insert forming part of the sensor of the invention in its first embodiment.
La Figure 4 est une représentation du capteur selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation. Figure 4 is a representation of the sensor according to the invention in a second embodiment.
L'hystérésismètre, représenté sur la Figure 1, comporte une alimentation 1, un capteur 2, et des moyens de contrôle et de traitement du signal 3. The hysteresis meter, shown in Figure 1, includes a power supply 1, a sensor 2, and means for monitoring and processing the signal 3.
L'alimentation 1 est destinée à être reliée au secteur 4, qui délivre traditionnellement un courant à 50 ou 60 Hz sous 220 volts. Power supply 1 is intended to be connected to sector 4, which traditionally delivers a current at 50 or 60 Hz at 220 volts.
L'alimentation 1 comporte un transformateur réglable 5 de type "VARIAC" qui permet d'obtenir une tension de 380 volts efficaces, soit 537 volts-crête, et un courant de 76 ampères pour une bobine de 7 ohms. L'alimentation 1 comporte également un tranformateur d'isolement (non représenté) et un organe de commutation 6. The power supply 1 includes an adjustable transformer 5 of the "VARIAC" type which makes it possible to obtain a voltage of 380 effective volts, or 537 volts-peak, and a current of 76 amps for a coil of 7 ohms. The power supply 1 also includes an isolation transformer (not shown) and a switching member 6.
Les conditions de fonctionnement, indiquées plus haut, (380 volts efficaces, courant maximum de l'ordre de 80 à 90 ampères) sont imposées, d'une part, par les caractéristiques du secteur disponible, et d'autre part, par les conditions que l'organe de commutation et le câblage sont susceptibles de supporter. The operating conditions, indicated above, (380 volts rms, maximum current of the order of 80 to 90 amps) are imposed, on the one hand, by the characteristics of the available sector, and on the other hand, by the conditions that the switching device and the wiring are capable of withstanding.
L'organe de commutation 6 est un relais statique ou mécanique. The switching member 6 is a static or mechanical relay.
Le capteur 2 comporte des moyens d'excitation 7, une bobine de lecture 8 et une bobine de compensation 9. The sensor 2 comprises excitation means 7, a read coil 8 and a compensation coil 9.
Les moyens d'acquisition et de traitement du signal 3 comportent un ordinateur ou micro-ordinateur 10 relié à ses périphériques : un lecteur de disquette 11, une imprimante 12, une table traçante 13 et un oscilloscope 14. The signal acquisition and processing means 3 comprise a computer or microcomputer 10 connected to its peripherals: a floppy drive 11, a printer 12, a plotter 13 and an oscilloscope 14.
L'ordinateur 10 commande et contrôle l'alimentation 1, en particulier le relais 6, et reçoit le signal fourni par le capteur 2. The computer 10 controls and controls the power supply 1, in particular the relay 6, and receives the signal supplied by the sensor 2.
Après traitement, il fournit le cycle d'hystérésis 15, dont la visualisation peut être faite sur l'oscilloscope 14 ou sur la table traçante 13, et dont l'exploitation permet d'atteindre tous les paramètres voulus pour représenter les propriétés magnétiques de l'échantillon 16. Pendant la mesure, cet échantillon 16 est placé dans le capteur 2. After treatment, it provides the hysteresis cycle 15, the visualization of which can be made on the oscilloscope 14 or on the plotter 13, and the operation of which makes it possible to reach all the parameters desired for representing the magnetic properties of the 'sample 16. During the measurement, this sample 16 is placed in the sensor 2.
L'alimentation des moyens d'excitation 7 est faite par rafales, c'est-à-dire que la mesure est réalisée par une rafale de quelques périodes de secteur (le plus souvent trois). The excitation means 7 are supplied in bursts, that is to say that the measurement is carried out by a burst of a few periods of sector (most often three).
A cet effet, un circuit de synchronisation commande le relais 6, et un compteur détermine le nombre de cycles (à 50 ou 60 Hz) effectivement appliqué à la bobine. For this purpose, a synchronization circuit controls the relay 6, and a counter determines the number of cycles (at 50 or 60 Hz) actually applied to the coil.
La bobine de compensation 9 permet d'éviter les perturbations de la mesure dues au fait que la bobine de mesure est, comme l'échantillon, plongée dans le champ à 50 Hz produit par les moyens d'excitation. The compensation coil 9 makes it possible to avoid disturbances in the measurement due to the fact that the measurement coil is, like the sample, immersed in the field at 50 Hz produced by the excitation means.
Le capteur, représenté sur la Figure 2, a un axe de révolution 20. Il peut être fixé par tout moyen voulu sur un support facilitant son utilisation et sa manipulation. The sensor, shown in Figure 2, has an axis of revolution 20. It can be fixed by any desired means on a support facilitating its use and handling.
A l'exception des éléments constituant les moyens d'excitation, de lecture, et la bobine de compensation, ainsi que leur connexion avec l'extérieur, toutes les pièces constitutives de ce capteur sont réalisées dans un matériau amagnétique, de façon à éviter qu'elles ne perturbent les mesures. With the exception of the elements constituting the excitation and reading means and the compensation coil, as well as their connection with the outside, all the component parts of this sensor are made of a non-magnetic material, so as to avoid that 'they do not disturb the measurements.
Les moyens d'excitation 7 sont constitués de deux bobines 71, 72, respectivement fixées sur un flasque 21, 22. The excitation means 7 consist of two coils 71, 72, respectively fixed on a flange 21, 22.
Chacun des flasques 21, 22 comporte une ouverture centrale 23, 24 circulaire, ayant approximativement le même diamètre que l'ouverture centrale des bobines 71, 72.Each of the flanges 21, 22 has a circular central opening 23, 24, having approximately the same diameter as the central opening of the coils 71, 72.
Les bobines 71, 72 sont fixées concentriquement aux flasques 21, 22. The coils 71, 72 are fixed concentrically to the flanges 21, 22.
Le flasque 21 est, de préférence, muni d'une tige 25 de dimensions complémentaires à celles de l'ouverture 23, pénétrant partiellement la bobine 71. Cette tige 25 contribue au centrage de la bobine 71 sur le flasque 21. The flange 21 is preferably provided with a rod 25 of dimensions complementary to those of the opening 23, partially penetrating the coil 71. This rod 25 contributes to the centering of the coil 71 on the flange 21.
Un insert 26, placé entre les bobines d'excitation 71 et 72, porte la bobine de lecture 8. An insert 26, placed between the excitation coils 71 and 72, carries the reading coil 8.
Les bobines d'excitation 71 et 72 sont avantageusement fixées par collage sur leurs flasques respectifs 21, 22. Des systèmes vis-écrou 27, 28 fixent ensemble les flasques 21, 22, et assurent le maintien par coincement de l'insert 26 entre les bobines d'excitation 71 et 72. La bobine de compensation 9 est fixée sur les ensembles vis-écrou 27, 28. The excitation coils 71 and 72 are advantageously fixed by gluing to their respective flanges 21, 22. Screw-nut systems 27, 28 fix the flanges 21, 22 together, and maintain the insert 26 between the excitation coils 71 and 72. The compensation coil 9 is fixed to the screw-nut assemblies 27, 28.
La bobine de lecture 8 est concentrique des bobines 71 et 72. The read coil 8 is concentric with the coils 71 and 72.
Ainsi, est ménagé un espace 29 de mesure, destiné à recevoir l'échantillon 16. Thus, a measurement space 29 is provided, intended to receive the sample 16.
La bobine de compensation 9 est fixée et centrée par les vis-écrous 27, 28. De préférence, les vis-écrous 27, 28 reliant les flasques sont au nombre de trois, régulièrement répartis sur la périphérie des flasques 21, 22. The compensation coil 9 is fixed and centered by the screw-nuts 27, 28. Preferably, the screw-nuts 27, 28 connecting the flanges are three in number, regularly distributed over the periphery of the flanges 21, 22.
L'insert 26 est réalisé dans une matière plastique susceptible de résister à une température de l'ordre de 2000. Il est usiné de manière à former les logements de la bobine de lecture 8. The insert 26 is made of a plastic material capable of withstanding a temperature of the order of 2000. It is machined so as to form the housings of the read coil 8.
Les bobines d'excitation 71 et 72 sont de même type. The excitation coils 71 and 72 are of the same type.
Elles sont reliées électriquement, de telle sorte que les effets qu'elles produisent, s'additionnent.They are electrically connected so that the effects they produce add up.
Ces bobines sont réalisées avec un fil thermodurcissable permettant un bobinage sans mandrin. These coils are made with a thermosetting wire allowing coiling without a mandrel.
A titre indicatif, on a réalisé un capteur de ce type, destiné à réaliser des mesures sur des échantillons ayant un diamètre de 3 mm et une longueur de 8 mm. As an indication, a sensor of this type has been produced, intended to carry out measurements on samples having a diameter of 3 mm and a length of 8 mm.
Le diamètre de l'espace de mesure est de l'ordre de 4,5 mm, l'insert a une épaisseur de 1,5 mm, la bobine de lecture a un nombre de spires compris entre 5 et 20, de préférence égal à 8. The diameter of the measurement space is around 4.5 mm, the insert has a thickness of 1.5 mm, the reading coil has a number of turns between 5 and 20, preferably equal to 8.
L'insert 26, représenté sur la Figure 3, porte deux sondes de température 30, 31, en plus de la bobine de lecture 8. La bobine de lecture 8 est reliée aux moyens de contrôle et de traitement du signal 3 par la connexion 33. The insert 26, shown in FIG. 3, carries two temperature probes 30, 31, in addition to the read coil 8. The read coil 8 is connected to the signal control and processing means 3 by the connection 33 .
Les sondes de température 30, 31 sont connectées à ces mêmes moyens 3 par les liaisons 34, 35.The temperature probes 30, 31 are connected to these same means 3 by the connections 34, 35.
Dans cette disposition, le capteur permet d'obtenir un champ électromagnétique particulièrement homogène sur toute la longueur de l'échantillon 16, en raison du décalage longitudinal des bobines d'excitation 71 et 72. In this arrangement, the sensor makes it possible to obtain a particularly homogeneous electromagnetic field over the entire length of the sample 16, due to the longitudinal offset of the excitation coils 71 and 72.
L'absence de noyau et la position de la bobine de lecture 8 permettent de rendre disponible, en tant qu'espace de mesure 29, tout le volume de l'ouverture centrale des bobines 71 et 72. The absence of a core and the position of the read coil 8 make it possible, as measurement space 29, to provide the entire volume of the central opening of the coils 71 and 72.
Différents moyens peuvent être utilisés pour introduire et positionner l'échantillon 16 dans l'espace de mesure 29. Different means can be used to introduce and position the sample 16 in the measurement space 29.
Celui-ci peut avantageusement être fixé sur une tige d'introduction, non représentée ici, et qui permet de l'introduire en butée contre la tige 25. La tige 25 est bien entendu dimensionnée, de telle sorte que l'échantillon, dont les dimensions sont connues, se positionne symétriquement par rapport au plan de symétrie 32 de l'ensemble formé par les moyens d'excitation 7 et la bobine de lecture 8.The latter can advantageously be fixed to an introduction rod, not shown here, and which makes it possible to introduce it in abutment against the rod 25. The rod 25 is of course dimensioned, so that the sample, the dimensions are known, is positioned symmetrically with respect to the plane of symmetry 32 of the assembly formed by the excitation means 7 and the read coil 8.
Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la Figure 4. Another embodiment of the invention is shown in Figure 4.
Ce capteur présente également une symétrie de révolution par rapport à l'axe 20. Il comporte deux bobines d'excitation 71 et 72, respectivement fixées sur les flasques 21 et 22, qui sont solidarisés par les systèmes vis-écrou 27, 28. Les vis-écrous 27, 28 sont de préférence au nombre de quatre, régulièrement répartis sur la périphérie des flasques 21, 22. This sensor also has a symmetry of revolution with respect to the axis 20. It comprises two excitation coils 71 and 72, respectively fixed on the flanges 21 and 22, which are secured by the screw-nut systems 27, 28. The screw-nuts 27, 28 are preferably four in number, regularly distributed over the periphery of the flanges 21, 22.
Les bobines 71 et 72 sont espacées l'une de l'autre, de manière à ménager un espace de mesure 29. Elles sont reliées électriquement, de telle sorte que les champs électromagnétiques qu'elles produisent, s'additionnent. The coils 71 and 72 are spaced from each other, so as to provide a measurement space 29. They are electrically connected, so that the electromagnetic fields which they produce, add up.
Les moyens de lecture sont ici composés de deux bobines 81 et 82, respectivement placées à l'intérieur de chacune des bobines 71 et 72. Ces bobines de lecture 81, 82 sont bobinées sur des mandrins 86, 87 qui peuvent coulisser et être positionnés de façon fixe, de préférence affleurant leurs surfaces 73, 74 délimitant l'espace de mesure. Il est ainsi procédé à un réglage initial du capteur. The reading means are here composed of two coils 81 and 82, respectively placed inside each of the coils 71 and 72. These reading coils 81, 82 are wound on mandrels 86, 87 which can slide and be positioned fixed manner, preferably flush with their surfaces 73, 74 delimiting the measurement space. An initial adjustment of the sensor is thus carried out.
Ces bobines de lecture 81 et 82 sont connectées électriquement, en sorte que les signaux électriques qu'elles produisent, s'additionnent. These read coils 81 and 82 are electrically connected, so that the electrical signals they produce add up.
La bobine 71 a une forme conique, c'est-à-dire qu'elle comporte un nombre de spires diminuant régulièrement en fonction de la position longitudinale des spires, depuis la zone d'enroulement maximum touchant le flasque 21 jusqu'à la partie faisant face à l'espace de mesure 29, c'est-à-dire jusqu'à la bobine 81. The coil 71 has a conical shape, that is to say that it has a number of turns decreasing regularly as a function of the longitudinal position of the turns, from the maximum winding zone touching the flange 21 to the part facing the measurement space 29, that is to say up to the coil 81.
Ainsi, l'espace de mesure 29, délimité par les bobines 71 et 72, peut contenir un échantillon massif 16, cylindrique, ayant une section en arc de cercle, tel que celui représenté sur la Figure 4. Thus, the measurement space 29, delimited by the coils 71 and 72, can contain a massive sample 16, cylindrical, having a section in an arc of a circle, such as that shown in FIG. 4.
L'échantillon 16 est porté par un tiroir coulissant comportant une partie fixe 85 et une partie mobile non représentée. Leur déplacement relatif permet la mise en place et l'extraction de l'échantillon 16. The sample 16 is carried by a sliding drawer comprising a fixed part 85 and a mobile part, not shown. Their relative displacement allows the establishment and extraction of the sample 16.
Dans l'un et l'autre des deux modes de réalisation décrits, la mise en oeuvre de deux bobines d'excitation, et plus généralement d'un nombre pair de bobines d'excitation disjointes, de même axe, permet d'obtenir, pour des conditions d'alimentation données, un champ électromagnétique d'excitation intense dans un volume donne. In either of the two embodiments described, the use of two excitation coils, and more generally of an even number of disjoint excitation coils, of the same axis, makes it possible to obtain, for given supply conditions, an electromagnetic field of intense excitation in a given volume.
Le premier mode de réalisation, comportant une seule bobine de lecture placée entre les bobines d'excitation 71 et 72, permet d'obtenir un champ très intense dans un espace de mesure accessible par une introduction axiale de l'échantillon. The first embodiment, comprising a single read coil placed between the excitation coils 71 and 72, makes it possible to obtain a very intense field in a measurement space accessible by an axial introduction of the sample.
Le deuxième mode de réalisation, dans lequel les moyens de lecture comportent deux bobines placées au centre des bobines d'excitation et où l'une des bobines a une forme conique, permet de définir un espace de mesure très important permettant des mesures sur des pièces massives, par exemple lors d'un contrôle de fabrication. The second embodiment, in which the reading means comprise two coils placed in the center of the excitation coils and where one of the coils has a conical shape, makes it possible to define a very large measurement space allowing measurements on parts massive, for example during a production control.
L'introduction de l'échantillon est alors latérale.The introduction of the sample is then lateral.
Quel que soit le capteur utilisé, il est connu que la production de champ intense engendre une élévation de température susceptible de modifier les propriétés de l'échantillon. Pour s'affranchir de ces variations, les mesures sont réalisées à température constante, les thermistances 30 et 31 sont utilisées à cet effet, et les capteurs sont avantageusement munis d'un dispositif de refroidissement par air. Whichever sensor is used, it is known that the production of intense field generates a rise in temperature capable of modifying the properties of the sample. To overcome these variations, the measurements are carried out at constant temperature, the thermistors 30 and 31 are used for this purpose, and the sensors are advantageously provided with an air cooling device.
Claims (8)
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| US7173416B2 (en) | 2002-03-04 | 2007-02-06 | Sicpa Holding S.A. | Measurement probe and authentication device comprising the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2686980B1 (en) | 1994-05-06 |
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Legal Events
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