RU1793352C - Способ определени начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала - Google Patents

Abstract

Использование: магнитные измерени  длн определени  начальной магнитной про- ни аемости магнитного материала, напри- меэ феррита, на образцах произвольной тельного образца, имеющего одинаковую с контролируемым форму, перемагничивае- мого магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца, измерени  начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца цгв и определени  начальной магнитной проницаемости материала вспомогательного образца из услови  /Л в 1 + 3(«2в - 1) , где б - погрешность измерени  начальной магнитной проницаемости. fe

Description

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и предназначено дл  определе- ни:1 начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала, напри- ме з феррита, на образцах произвольной фоэмы. Предлагаемый способ может использоватьс  дл  контрол  магнитной проницаемости феррита в процессе изготовлени  изделий из него, например, до термообработки.

Известен способ измерени  магнитной проницаемости ферромагнитных сердечников , заключающийс  в одновременном намагничивании полем эталонного и испытуемого сердечников, измерении сигнала с измерительной обмотки эталонного и испытуемого сердечников, сравнении фаз сигналов с измерительных обмоток. Способ

реализован в устройстве. Недостатком способа  вл етс  отсутствие возможности непосредственного измерени  начальной магнитной проницаемости материала образцов .

Известен другой способ измерени  ста- магнитных параметров посредством измерени  напр женности магнитного пол  вблизи поверхности образцов. Способ включает намагничивание образца в соленоиде , измерение тангенциальной составл ющей пол  в образце с помощью измерительных преобразователей Холла, усиление и преобразование сигналов соответствующими устройствами и регистрацию результатов измерений. Недостатками известного способа  вл ютс  необходимость значительных затрат времени на выполне sl

чэ со со ел ю

ние измерений в различных точках образца, наличие экстрапол ционной и методической погрешностей измерений, вызванных наличием дополнительного магнитного пол  от тока, питающего преобразователь Холла и т. д.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности  вл етс  способ, заключающийс  в перемагничивании контролируемого образца переменным магнитным полем, измерении начальной магнитной проницаемости контролируемого образца и вычислении искомой магнитной проницаемости по формуле. Недостатком этого способа  вл етс  вычисление коэффициентов размагничивани  по приближенным эмпирическим формулам, что снижает точность определени  начальной магнитной проницаемости материала, делает практически невозможным определение начальной магнитной проницаемости материала образцов сложной геометрической формы, поскольку приближенные эмпирические формулы дл  расчета коэффициентов размагничивани  получены только дл  тел, имеющих форму эллипсоидов вращени , цилиндров и пр моугольных стержней.

Целью изобретени   вл етс  обеспече- ние возможности определени  начальной магнитной проницаемости изотропного ма гнитного материала произвольной формы , - --..- : - .

Цель достигаетс  тем, что примен етс  вспомогательный образец, имеющий одинаковую с контролируемым форму, осуществл етс  перемагничивание вспомогательного образца магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца , производитс  измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца, причем начальна  магнитна  проницаемость материала вспомогательного образца выбираетс  из услови 

,2B+ ),

с целью упрощени  процесса определени  начальной магнитной проницаемости материала контролируемых образцов, имеющих одинаковые размеры, измер етс  индуктивность катушки намагничивающего устройства с контролируемым образцом LK и с вспомогательным образцом LB, а начальна  проницаемость материала контролируемого образца определ етс  по формуле

k Т

-1

0

5

0

5

где Lo-индуктивность катушки намагничивающего устройства без образца.

По сравнению с наиболее близким техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки.

Примен етс  вспомогательный образец , он имеет одинаковую с контролируемым форму. Перемагничивание вспомогательного образца осуществл етс  магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца. Производитс  измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца fize- Начальна  магнитна  проницаемость материала вспомогательного образца выбираетс  из услови 

).

Измер етс  индуктивность катушки на- п магничивающего устройства с контролируе- ® мым образцом. Измер етс  индуктивность катушки намагничивающего устройства, с вспомогательным образцом. Начальна  проницаемость материала контролируемого образца дл  контролируемого и вспомо5

0

5

0

5

гательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определ ютс  по формуле

ш - U/U-1 LB/U - 1

Следовательно, за вл емое техническое решение соответствует требованию новизна.

При реализации предлагаемого способа обеспечиваетс  возможность определени  начальной магнитной проницаемости материала на образцах произвольной формы, так как отсутствует операци  вычислени  коэффициентов размагничивани  образцов по эмпирическим формулам, а дл  большинства форм образцов такие формулы либо отсутствуют, либо дают очень приближенные результаты. По той же причине сокращаетс  врем  определени  начальной магнитной проницаемости материала. Кроме того, дл  контролируемого и вспомогательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала производитс  через измере- ни ; индуктивности катушки намагничиваю- ще го устройства с контролируемым об эазцом и индуктивности катушки намаг- ншивающего устройства с м образцом. За счет

жовидностей измерительных операций

вспомогатель- сокращени 

н ь ра

упрощаетс  процесс определени  начальной магнитной проницаемости. Одновременно за счет исключени  систематической по решности повышаетс  точность определени  магнитной проницаемости. Из перечисленного выше следует, что за вл емое техническое решение соответствует требованию Положительный эффект.

По каждому отличительному признаку приведен поиск известных технических ре- ше ний. Обнаружено, что все признаки обес- печивают новизну и достижение по южительного эффекта и поэтому  вл ютс 

существенными.

Ранее и далее в тексте прин ты следую- щуе обозначени  и сокращени :

/Лк - определ ема  магнитна  проницаемость магнитного материала контролируемого образца;

JU-2.K - начальна  магнитна  проницаемость контролируемого образца;

/Лв - начальна  магнитна  проницае- :ть материала вспомогательного образ ,«2в - начальна  магнитна  проницае- ;ть материала вспомогательного образмо ца

МО

ца

д- погрешность определени  начально магнитной проницаемости.

Сущность предлагаемого способа за- кл очаетс  в следующем.

( Известно, что образец, выполненный из магнитного материала, характеризуетс  магнитными проницаемост ми: проницаемостью материала (вещества) /л , проницаемостью образца (тела)цги пррницаеМостью формы .

Они св заны между собой выражением

№

Ж.

1 +N(«1 -1)

0)

которое с учетом того. что N -, запишетс 

(2)

в виде .

формы /из зависит только от формы тела и его относительных размеров.

В случае, если /л //з 1. то из выражени  (2) следует, что

(«3.

(3)

Погрешность, с которой выполн етс  это равенство с учетом выражени  (2),

№ + 1(} 01 3 № //з -ь/л -1 w

Если требуема  погрешность измере- ни  магнитной проницаемости равна д , то согласно критерию ничтожной погрешности можно записать

5 -, д /«з + 1 3&б1 з%1-1Отсюда вытекает, что при проницаемости материала образца

25 +

(S)

равенство (4) выполн етс  с погрешностью

5l g.

Поскольку проницаемость формы определ етс  только формой образца и его отно- сительными размерами, то ее можно определить, использу  вспомогательный

образец, имеющий такую же форму, как и контролируемый. Размеры вспомогательного образца при этом пропорциональны через один и тот же коэффициент пропорциональности соответствующим

размерам контролируемого образца. Контролируемый и вспомогательный образцы перемагничиваютс  в одинаковых услови х, т. е. при одинаковых параметрах перемагни- чивающего пол  и его ориентации относительно перемагничиваемого образца. Амплитуда перемагничивающего пол  выбираетс  такой, что образцы работают в области , соответствующей начальной проницаемости. При этом проницаемость материала вспомогательного образца должна удовлетвор ть условию, вытекающему из выражений.(3) и (5),

55 -№в +

(6)

Коэффициент размагничивани  N, а следовательно, и магнитна  проницаемость

В этом случае проницаемость вспомогательного образца //2в равна проницаемости формы вспомогательного образца , а

следовательно, и проницаемости формы контролируемого образца

3к

()

Далее, измерив начальную магнитную проницаемость контролируемого образца //2к. из формулы (2) находим проницаемость материала контролируемого образца

„, (И2в-1)2к 1К

(8)

Следовательно, дл  определени  начальной магнитной проницаемости материала контролируемого образца необходимо измерить магнитную проницаемость контролируемого и вспомогательного образцов.

Таким образом, предлагаемый способ определени  начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материа- ла за счет исключени  операции определени  коэффициентов размагничивани  позвол ет определ ть начальную магнитную проницаемость, изотропного магнитного материала на сердечниках произвольной формы.. . .

Если вспомогательный и контролируемый образцы имеют одинаковые размеры, то определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала производитс  в такой последовательности...

Оба образца поочередно одинаковым образом помещают в намагничивающее устройство , где они перемагничиваютс  одинаковым по величине и направлению (по отношению к образцу) полем. При этом поочередно измер ют индуктивности катушки намагничивающего устройства с вспомогательным LB и контролируемым LK образцами . Так как перемагничивание осуществл етс  в одинаковых услови х, то

LB KjW2e; U ,

(9)

где К - посто нный коэффициент пропорциональности , завис щий от числа витков катушки , геометрических размеров образца и т. д.

Значение К находитс  из уравнени 

LO -К/ воздуха ,

где LO - индуктивность намагничивающей

катушки без образца;

/«воздуха - магнитна  проницаемость

воздуха, равна  единице. Отсюда вытекает, что K L0.(Ю) Из уравнений (8), (9), (10) следует, что

LB/Lo-1 K-| B/U-1

(11)

Следовательно, зна  индуктивность кэтушки намагничивающего устройства U и изменив индуктивность Ц и LB по формуле (11), определ ют начальную магнитную проницаемость изотропного магнитного материала контролируемого образца.

Значени  начальной.проницаемости измер емых образцов могут определ тьс , например , с использованием данных, полученных при помощи установки на основе осциллографа CI-114/1, реализующей осциллографический метод измерений. Значени  индуктивностей измер ютс , например , при помощи стандартных приборов Е7-4, Е7-8, Е12-1Аидр.

В качестве примера ниже привод тс 

результаты определени  начальной магнитной проницаемости..Определение производитс  на двух спрессованных из ферритового порошка образцах типоразмера К31 -18 -6,5, не прошедших операцию

спекани , в результате чего они имеют низкую магнитную проницаемость вещества. Выбираетс  вспомогательный образец, имеющий с контролируемым одинаковую форму. При намагничивании магнитным полем , перпендикул рным к плоскости кольца (планарное намагничивание), измер етс  начальна  магнитна  проницаемость вспомогательного образца (тела) рг 1.62. Выбираетс  погрешность измерени  искомой

начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала д 0,01. Тогда требуема  начальна  магнитна  проницаемость материала вспомогательного

образца (формула (5)) .

- /г2в 1 - 1.62+3 ( оо21 1 186.4 .

В качестве вспомогательного образца выбираетс  кольцо К31 18 -6,5 из феррита 2000 НМ. Начальна  магнитна  проницаемость материала вспомогательного образца , определенна  по известной методике, составл ет 1780.

Определ етс  начальна  магнитна  про- ницаемость контролируемых образцов при пленарном намагничивании:/ 2к() 1,43, №к(М)-1,40.

Теперь по формуле (8) находитс  искомое значение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала контролируемых образцов: /Лк(М)4,66, /лк()3.95.

Определение искомой начальной маг- ни|ной проницаемости изотропного материала при одинаковых размерах контролируемого и вспомогательного об- ра|цов дало такие результаты: индуктив- но сть катушки намагничивающего устройства без образцов 17,92 мкГн, индуктивность той же катушки с вспомога- те/ ьным образцом LB 23.88 мкГн, индук- ти жость катушки с контролируемыми образцами 1к(М1) 22,22 мкГн, U(N2) 22,11 мк н, соответствующие искомые магнитные проницаемости, вычисленные по формуле (11), равны /Лк(М1) 4,48 , /Лк() 4,07.

За истинные значени  /л к принимались значени , полученные по известной методике . При этом получено ) 4,67, Н()4,03.

Таким образом, предлагаемый способ определени  начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материа- ла позвол ет определ ть начальную ма-нитную проницаемость изотропного ма-нитного материала на сердечниках люФормула изобретени 

Способ определени  начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала, включающий воздействие.на исследуемый образец магнитным полем и измерение начальной магнитной проницаемости исследуемого образца,, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени , на вспомогательный образец, одинаковый .по форме исследуемому образцу,. воздействуют магнитным полем , одинаковым по величине и направлению магнитному полю, воздейс т-- вующему на исследуемый образец, измер ют начальную магнитную проницаемость вспомогательного образца, а начальную магнитную проницаемость материала вспомогательного образца выбирают из услови 

бой формы, Кроме того, в насто щее врем  промышленность серийно не выпускает приборы, непосредственно измер ющие начальную магнитную проницаемость изотропных магнитных материалов. Существующие методы определени  начальной проницаемости базируютс  на вычислени х по формулам, включающим результаты нескольких непосредственных измерений. Предлагаемый способ определени  начальной магнитной проницаемости требует проведени только измерений соответствующих индуктивностей, что упрощает определение начальной магнитной проницаемости. При этом, так как измерение индуктивностей производитс  одним и тем же средством измерений, имеющим посто нную систематическую погрешность, то при вычислении искомой проницаемости

по формуле (11), где присутствуют отношени  индуктивностей, систематическа  погрешность измерени  не вли ет на результат вычислени . Это также способствует повышению точности определени  искомой проницаемости.

„ЛЪ,.

а начальную магнитную проницаемость материала исследуемого образца определ ют из соотношени 

/Лк

№в -1)

-,«2к

где /л в - начальна  магнитна  проницаемость материала вспомогательного образца:

начальна  магнитна  проницаемость вспомогательного образца;

д- заданна  погрешность измерени ;

/Л к - начальна  магнитна  проницаемость материала исследуемого.образца;

/Лк - начальна  магнитна  проницаемость исследуемого образца.