RU2451945C1 - Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials - Google Patents

Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2451945C1
RU2451945C1 RU2011103824/28A RU2011103824A RU2451945C1 RU 2451945 C1 RU2451945 C1 RU 2451945C1 RU 2011103824/28 A RU2011103824/28 A RU 2011103824/28A RU 2011103824 A RU2011103824 A RU 2011103824A RU 2451945 C1 RU2451945 C1 RU 2451945C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
electromagnet
magnetic gap
frequency
ferromagnet
Prior art date
Application number
RU2011103824/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Фёдорович Меньших (RU)
Олег Фёдорович Меньших
Original Assignee
Олег Фёдорович Меньших
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Фёдорович Меньших filed Critical Олег Фёдорович Меньших
Priority to RU2011103824/28A priority Critical patent/RU2451945C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451945C1 publication Critical patent/RU2451945C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: part of a ferromagnetic material, which is in form of a ring, is placed in the magnetic gap of an electromagnet. The ring is turned relative the magnetic gap. Over a time interval, magnetic susceptibility of ferromagnetic material inside the magnetic gap of the electromagnet is measured using an electromagnetic sensor, whose winding is part of the oscillating circuit of a high-frequency generator. The electromagnetic sensor is moved along the arc of a circle which is coaxial with the ferromagnetic ring inside the magnetic gap of the electromagnet. Magnetic susceptibility is measured in a calculating and indicating unit based on measurement of frequency in the high-frequency generator.
EFFECT: high accuracy of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials.
6 dwg

Description

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля. Эти характеристики являются важными для построения энергетических устройств.The invention relates to the physics of magnetism and can be used to study the magnetic properties of ferromagnets - their magnetic viscosity and the dependence of magnetic susceptibility on the intensity of an external magnetic field. These characteristics are important for building energy devices.

Одним из интересных свойств ферромагнитных материалов является их так называемая магнитная вязкость, магнитное последействие - отставание по времени намагниченности ферромагнетика от изменения напряженности магнитного поля. В наиболее простых случаях изменение намагниченности ДМ в зависимости от времени t описывается формулойOne of the interesting properties of ferromagnetic materials is their so-called magnetic viscosity, the magnetic aftereffect is the time lag of the magnetization of a ferromagnet from a change in the magnetic field strength. In the simplest cases, the change in the magnetization of the DM depending on the time t is described by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где М0 и M∞ - соответственно значения намагниченности непосредственно после изменения напряженности Н магнитного поля в момент t=0 и после установления нового равновесного состояния, τ - константа, характеризующая скорость процесса и называемая постоянной времени релаксации. Значение τ зависит от природы магнитной вязкости и в различных материалах может изменяться от 10-9 секунды до нескольких десятков часов в зависимости от технологии изготовления ферроматериалов и их структуры [1-3].where M 0 and M ∞ are, respectively, the magnetization values immediately after the magnetic field strength H changes at the moment t = 0 and after the establishment of a new equilibrium state, τ is a constant characterizing the process speed and is called the relaxation time constant. The value of τ depends on the nature of the magnetic viscosity and in various materials can vary from 10 -9 seconds to several tens of hours, depending on the manufacturing technology of ferromaterials and their structure [1-3].

Особенное значение имеет оценка величины магнитной вязкости - постоянной τ - при разработке энергетических устройств, предложенных автором [4-5], в которых эта величина определяет динамику работы этих устройств и возможности оптимизации их работы по критерию удельной выходной мощности с единицы объема используемого ферроматериала.Of particular importance is the estimation of the magnetic viscosity — the constant τ — in the development of energy devices proposed by the author [4-5], in which this value determines the dynamics of these devices and the possibility of optimizing their work according to the criterion of specific output power per unit volume of the ferromaterial used.

Известны различные измерители магнитной вязкости ферроматериалов [6, 8].Various meters of magnetic viscosity of ferromaterials are known [6, 8].

Ближайшим техническим решением (прототипом) для заявляемого способа является «Способ измерения магнитной вязкости ферроматериалов», известный из патента РФ №2357240, опубликованного в бюллетене №15 от 27.05.2009 года [7], состоящий в том, что на основе ферритового кольца образуют колебательный контур высокочастотного генератора, часть ферритового кольца, например его половину, помещают в непрерывно действующее постоянное магнитное поле - поле подмагничивания с напряженностью, соответствующей максимальному значению относительной магнитной проницаемости этой части ферритового кольца, а также воздействуют на указанную часть ферритового кольца дополнительным импульсным магнитным полем, приводящим к глубокому насыщению этой части ферроматериала ферритового кольца, при котором относительная магнитная проницаемость последнего уменьшается более чем на порядок, относительно ее максимального значения, измеряют интервал времени между последовательным возникновением двух фиксированных частот на выходе высокочастотного генератора, на которые предварительно настраивают два высокочастотных компаратора, связанные с высокочастотным генератором, определяют с помощью датчика Холла постоянную времени установления импульсного магнитного поля, действующего на указанную часть ферритового кольца, после чего рассчитывают искомую постоянную магнитной вязкости ферроматериала.The closest technical solution (prototype) for the proposed method is the “Method for measuring the magnetic viscosity of ferromaterials”, known from RF patent No. 2357240, published in bulletin No. 15 dated 05/27/2009 [7], consisting in the fact that on the basis of a ferrite ring they form an oscillatory the circuit of a high-frequency generator, part of a ferrite ring, for example, half of it, is placed in a continuously acting constant magnetic field — a bias field with an intensity corresponding to the maximum value of the relative magnetic field the tightness of this part of the ferrite ring, and also act on the indicated part of the ferrite ring with an additional pulsed magnetic field, which leads to deep saturation of this part of the ferrite material of the ferrite ring, in which the relative magnetic permeability of the latter decreases by more than an order of magnitude relative to its maximum value, the time interval between the sequential occurrence of two fixed frequencies at the output of the high-frequency generator, which are pre-configured two high The near-frequency comparator associated with the high-frequency generator is determined using the Hall sensor and the time constant for establishing a pulsed magnetic field acting on the indicated part of the ferrite ring, after which the desired constant of the magnetic viscosity of the ferromaterial is calculated.

Недостатком известного способа является временная задержка импульсного перемагничивания ферромагнитного сердечника электромагнита в связи с действующими в его обмотке постоянным и импульсным токами.The disadvantage of this method is the time delay of the pulsed magnetization reversal of the ferromagnetic core of the electromagnet in connection with the direct and pulse currents acting in its winding.

Указанный недостаток устранен в заявляемом способе.The specified disadvantage is eliminated in the claimed method.

Целью изобретения является повышение точности измерения магнитной вязкости ферромагнетиков, выполненных в форме вращающегося кольца, часть которого помещена в локализованное насыщающее магнитное поле. Другой целью изобретения является возможность регистрации распределения магнитной восприимчивости внутри магнитного зазора с насыщающим магнитным полем.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the magnetic viscosity of ferromagnets made in the form of a rotating ring, part of which is placed in a localized saturating magnetic field. Another objective of the invention is the ability to register the distribution of magnetic susceptibility within a magnetic gap with a saturating magnetic field.

Указанная цель достигается в заявляемом способе измерения магнитной вязкости ферромагнетиков, выполненных в виде кольца, часть которого помещена в магнитный зазор электромагнита, связанного с регулируемым источником постоянного тока, а также содержащем блок вычисления и индикации, отличающимся тем, что ферромагнитное кольцо с радиусом R вращают относительно магнитного зазора электромагнита длиной L с угловой скоростью Ω, и в течение интервала времени Δt=L/Ω R измеряют значения величины магнитной восприимчивости ферромагнетика χ(x) внутри магнитного зазора электромагнита на отрезке 0≤x≤L с помощью электромагнитного датчика, обмотка которого входит в состав колебательного контура высокочастотного генератора, для чего электромагнитный датчик перемещают вдоль дуги окружности, соосной с ферромагнитным кольцом внутри магнитного зазора электромагнита, а измерение величины магнитной восприимчивости χ(x) производят в блоке вычисления и индикации по изменению частоты в высокочастотном генераторе, при этом значение постоянной релаксации τ магнитной вязкости ферромагнитного кольца определяют по виду экспоненциально спадающего распределения магнитной вязкости χ(x) на участке X*≤x(x)≤L, где X* - координата, соответствующая максимуму величины магнитной восприимчивости исследуемого ферромагнетика χMAX, по формуле τ=(L-X*)/Ω R ln(χMAX/χMIN), где χMIN - минимальное значение магнитной восприимчивости ферромагнетика в конце магнитного зазора электромагнита при х=L, причем магнитное поле в магнитном зазоре электромагнита выбирают однородным и насыщающим.This goal is achieved in the inventive method for measuring the magnetic viscosity of ferromagnets made in the form of a ring, part of which is placed in the magnetic gap of an electromagnet connected to an adjustable constant current source, and also containing a calculation and indication unit, characterized in that the ferromagnetic ring with a radius R is rotated relative to the magnetic gap of an electromagnet of length L with an angular velocity Ω, and during the time interval Δt = L / Ω R, the values of the magnetic susceptibility of the ferromagnet χ (x) int and the magnetic gap of the electromagnet in the interval 0≤x≤L using an electromagnetic sensor, the winding of which is part of the oscillating circuit of a high-frequency generator, for which the electromagnetic sensor is moved along an arc of a circle coaxial with the ferromagnetic ring inside the magnetic gap of the electromagnet, and the measurement of the magnetic susceptibility χ (x) produce in the unit of calculation and indication of the change in frequency in the high-frequency generator, while the value of the constant relaxation τ of the magnetic viscosity of the ferromagnetic ring is determined by referring to an exponentially decaying distribution of magnetic viscosity χ (x) in the area X * ≤x (x) ≤L, wherein X * - coordinate corresponding to the maximum value of the magnetic susceptibility of the test ferromagnet χ MAX, according to the formula τ = (LX *) / Ω R ln (χ MAX / χ MIN ), where χ MIN is the minimum value of the magnetic susceptibility of the ferromagnet at the end of the magnetic gap of the electromagnet at x = L, and the magnetic field in the magnetic gap of the electromagnet is chosen homogeneous and saturating.

Достижение цели изобретения объясняется изменением частоты колебательного контура высокочастотного генератора магнитной связью магнитного датчика с краем ферромагнитного кольца с изменяющейся магнитной восприимчивостью последнего на участке 0≤x≤L за счет изменения индуктивности катушки магнитного датчика в его различных положениях внутри магнитного зазора электромагнита, а экспоненциальное изменение величины магнитной восприимчивости в однородном насыщающем магнитном поле объясняется свойством запаздывания намагниченности ферромагнетика от скачкообразно изменяющейся напряженности магнитного поля при x≤0 и при x≥L, когда в промежутке 0≤x≤L напряженность магнитного поля является насыщающей и однородной HHAC=const (x). Картина распределения магнитной восприимчивости χ(x) является статической при заданном вращении ферромагнитного кольца с угловой скоростью Ω.The achievement of the objective of the invention is explained by a change in the frequency of the oscillatory circuit of the high-frequency generator by magnetic coupling of the magnetic sensor with the edge of the ferromagnetic ring with a changing magnetic susceptibility of the latter in the region 0≤x≤L due to changes in the inductance of the coil of the magnetic sensor in its various positions inside the magnetic gap of the electromagnet, and the exponential change magnetic susceptibility in a uniform saturating magnetic field is explained by the property of the delay of the magnetization an erromagnet from an abruptly changing magnetic field strength at x≤0 and at x≥L, when in the interval 0≤x≤L the magnetic field strength is saturating and uniform H HAC = const (x). The pattern of the magnetic susceptibility distribution χ (x) is static for a given rotation of the ferromagnetic ring with an angular velocity Ω.

Действие заявляемого способа поясняется реализующим его устройством, представленным на рис.1 и включающим следующие элементы и блоки:The action of the proposed method is illustrated by its implementing device, shown in Fig. 1 and including the following elements and blocks:

1 - ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика,1 - ferromagnetic ring from the studied ferromagnet,

2 - ось вращения ферромагнитного кольца 1,2 - axis of rotation of the ferromagnetic ring 1,

3 - синхронный электродвигатель с осью вращения 2,3 - synchronous motor with an axis of rotation 2,

4 - трехфазный генератор с регулируемой частотой Ω,4 - three-phase generator with adjustable frequency Ω,

5 - электромагнит с магнитным зазором,5 - electromagnet with a magnetic gap,

6 - обмотка электромагнита 5,6 - winding of an electromagnet 5,

7 - регулируемый источник постоянного тока,7 - adjustable direct current source,

8 - магнитный датчик,8 - magnetic sensor,

9 - обмотка магнитного датчика 8 - индуктивность колебательного контура,9 - winding of the magnetic sensor 8 - inductance of the oscillatory circuit,

10 - перестраиваемый конденсатор колебательного контура,10 - tunable capacitor of the oscillatory circuit,

11 - высокочастотный генератор частоты ω1,11 - high-frequency frequency generator ω 1 ,

12 - перестраиваемый по частоте опорный высокочастотный генератор частоты ω2,12 - tunable in frequency reference high-frequency frequency generator ω 2 ,

13 - смеситель, выделяющий разностную частоту Δω=ω2-ω1,13 - mixer, allocating the difference frequency Δω = ω 2 -ω 1 ,

14 - блок вычисления и индикации.14 - block calculation and indication.

На рис.2 представлена часть устройства, указанного на рис.1, в линейном представлении, на котором указаны геометрические параметры магнитного зазора электромагнита 5, внутри которого расположена часть ферромагнитного кольца 1, и магнитный датчик с его обмоткой (8+9). Скорость протяжки ферроматериала в магнитном зазоре электромагнита равна V=Ω R. Указано положение магнитного датчика на координате x и длина магнитного зазора L.Fig. 2 shows a part of the device shown in Fig. 1, in a linear representation, which shows the geometric parameters of the magnetic gap of electromagnet 5, inside which a part of the ferromagnetic ring 1 is located, and a magnetic sensor with its winding (8 + 9). The broaching speed of the ferromaterial in the magnetic gap of the electromagnet is V = Ω R. The position of the magnetic sensor at the x coordinate and the length of the magnetic gap L.

На рис.3 изображена эпюра распределения величины магнитной восприимчивости χ(x) в различных положениях магнитного датчика 8 внутри магнитного зазора электромагнита 5: начальная χНАЧ при x=0, максимальная χMAX при x=X* и минимальная χMIN при x=L с учетом вращения ферромагнитного кольца с угловой скоростью Ω.Fig. 3 shows a plot of the distribution of the magnetic susceptibility χ (x) at different positions of the magnetic sensor 8 inside the magnetic gap of the electromagnet 5: initial χ ELF at x = 0, maximum χ MAX at x = X * and minimum χ MIN at x = L taking into account the rotation of the ferromagnetic ring with an angular velocity Ω.

На рис.4 представлена модифицированная схема устройства, дополненная следующими узлами:Figure 4 shows a modified device diagram, supplemented by the following nodes:

15 - шаговый привод перемещения магнитного датчика 8,15 is a step drive for moving the magnetic sensor 8,

16 - датчик угла.16 - angle sensor.

На рис.5 показан диапазон перемещения магнитного датчика 8 относительно боковой грани ферромагнитного кольца 1 - от начального углового положения φНАЧ, соответствующего значению x=0, и конечного φКОН, соответствующего значению x=L.Fig. 5 shows the range of movement of the magnetic sensor 8 relative to the lateral face of the ferromagnetic ring 1 - from the initial angular position φ HFL corresponding to the value x = 0, and the final φ KOH corresponding to the value x = L.

На рис.6а-6г даны распределения магнитной восприимчивости при различных значениях Н и Ω.Figures 6a – 6d show the magnetic susceptibility distributions for various values of H and Ω.

Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа на примере работы реализующего его устройства.Consider the operational nature of the proposed method on the example of the device that implements it.

В соответствии с кривой Столетова магнитная восприимчивость ферромагнетика в отсутствие магнитного поля равна начальному значению χНАЧ. По мере роста напряженности внешнего магнитного поля Н магнитная восприимчивость сначала также возрастает и доходит до максимального значения χMAX, а затем начинает уменьшаться. Магнитная индукция В (Н) или, что то же, намагниченность ферромагнетика при росте напряженности магнитного поля доходит до насыщения и при парапроцессе остаются практически постоянной В (HНАС)≈const (Н). Поскольку индукция определяется формулой B=µo (χ+1) Н, где µo=1,256.10-6 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, то при Н>>HНАС ясно, что с ростом HНАС магнитная восприимчивость соответственно уменьшается, так что всегда соблюдается приблизительное равенство χHНАС≈const (Н). Таким образом, распределение магнитной восприимчивости ферромагнетика при вращении ферромагнитного кольца (рис.1 и рис.2) с круговой частотой Ω, то есть при линейной скорости протяжки V=Ω R, имеет вид, указанный на рис.3.In accordance with the Stoletov curve, the magnetic susceptibility of a ferromagnet in the absence of a magnetic field is equal to the initial value χ NL . As the intensity of the external magnetic field H increases, the magnetic susceptibility also first increases and reaches the maximum value χ MAX , and then begins to decrease. The magnetic induction B (H) or, what is the same, the magnetization of a ferromagnet with growth of the magnetic field reaches the saturation and paraprocess remain practically constant B (H US) ≈const (H). Since the induction is determined by the formula B = µ o (χ + 1) Н, where µ o = 1,256.10 -6 GN / m is the absolute magnetic permeability of the vacuum, then for H >> HAC it is clear that with increasing HAC the magnetic susceptibility decreases, so that the approximate equality χH NAS ≈const (Н) is always observed. Thus, the distribution of the magnetic susceptibility of a ferromagnet during the rotation of the ferromagnetic ring (Fig. 1 and Fig. 2) with a circular frequency Ω, i.e., at a linear drawing speed V = Ω R, has the form shown in Fig. 3.

На промежутке X*≤x≤L магнитная восприимчивость экспоненциально уменьшается от значения χМАХ до значения χMIN с учетом (1) согласно выражению:On the interval X * ≤x≤L, the magnetic susceptibility decreases exponentially from χ MAX to χ MIN taking into account (1) according to the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δt*=(L-X*)/Ω R, а τ - постоянная релаксации магнитной вязкости - искомая величина. Измеряя значения χМАХ и χMIN и зная величины радиуса R ферромагнитного кольца 1 и угловой скорости его вращения Ω, легко найти искомую величину τ согласно (2) в виде выражения:where Δt * = (LX *) / Ω R, and τ is the relaxation constant of magnetic viscosity - the desired value. Measuring the values of χ MAX and χ MIN and knowing the values of the radius R of the ferromagnetic ring 1 and the angular velocity of its rotation Ω, it is easy to find the desired value τ according to (2) in the form of the expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

Если так подобрать угловую скорость Ω вращения ферромагнитного кольца 1, что отношение χMAX/χMIN=e=2,71 - основание натурального логарифма, то из (3) получим простое соотношение:If we choose the angular velocity Ω of rotation of the ferromagnetic ring 1 so that the ratio χ MAX / χ MIN = e = 2.71 is the basis of the natural logarithm, then from (3) we obtain a simple relation:

Figure 00000004
Figure 00000004

Например, при (L-X*)/2 π R=0,1 при Ω=2 π F, где F - частота вращения ферромагнитного кольца, для значения τ* согласно (4) получим τ*=1/10 F. Следовательно, при частоте вращения или, что то же, частоте колебаний, вырабатываемых в трехфазном генераторе 4 с регулируемой частотой, равной F=Ω/2π=50 Гц, постоянная релаксации τ*=0,002 с=2 мс. При этом отношение χMAX/χMIN =2,71 означает, что при χMAX=1000 при x=X* минимальное значение магнитной восприимчивости χMIN=369 при x=L. Если магнитопровод магнитного датчика 8 имеет относительную магнитную проницаемость µ>>χMAX, а зазор d между полюсами магнитного датчика 8 и боковой гранью ферромагнитного кольца 1 минимально возможный, то индуктивность обмотки 9 в различных положениях магнитного датчика будет линейно зависеть от величины магнитной восприимчивости χ(x) испытуемого ферромагнетика.For example, for (LX *) / 2 π R = 0.1 for Ω = 2 π F, where F is the frequency of rotation of the ferromagnetic ring, for the value of τ * according to (4) we obtain τ * = 1/10 F. Therefore, for rotational speed or, equivalently, the frequency of oscillations generated in a three-phase generator 4 with an adjustable frequency equal to F = Ω / 2π = 50 Hz, relaxation constant τ * = 0.002 s = 2 ms. Moreover, the ratio χ MAX / χ MIN = 2.71 means that for χ MAX = 1000 for x = X * the minimum value of the magnetic susceptibility is χ MIN = 369 for x = L. If the magnetic core of the magnetic sensor 8 has a relative magnetic permeability μ >> χ MAX , and the gap d between the poles of the magnetic sensor 8 and the side face of the ferromagnetic ring 1 is the smallest possible, then the inductance of the winding 9 at different positions of the magnetic sensor will linearly depend on the magnitude of the magnetic susceptibility χ ( x) the test ferromagnet.

Известно, что собственная частота колебательного контура ω1=1/(LC)1/2, где индуктивность L выражается соотношением L(x)=k χ(x), где k - размерный коэффициент пропорциональности [Гн], следовательно, круговая частота колебаний в высокочастотном генераторе 11, в первом приближении, обратно пропорциональна корню квадратному из магнитной проницаемости ферромагнетика χ(x).It is known that the natural frequency of the oscillatory circuit ω 1 = 1 / (LC) 1/2 , where the inductance L is expressed by the relation L (x) = k χ (x), where k is the dimensional coefficient of proportionality [H], therefore, the circular oscillation frequency in the high-frequency generator 11, to a first approximation, it is inversely proportional to the square root of the magnetic permeability of the ferromagnet χ (x).

С целью увеличения крутизны характеристики измерителя χ(x) в устройстве использованы перестраиваемый по частоте опорный высокочастотный генератор 12 частоты ω2 и смеситель 13, выделяющий разностную частоту Δω=ω2-ω1. При этом магнитный датчик 8 устанавливают в положение х=0, то есть в начале магнитного зазора электромагнита 5, при котором χ(0)= χНАЧ, и в высокочастотном генераторе 11 возбуждаются колебания ω1(0), на частоту которых настраивают опорный высокочастотный генератор 12, так что имеем ω2=ω1(0). Поэтому при x>0 частота ω1(x) сначала уменьшается в диапазоне 0≤x≤X*, а затем возрастает в диапазоне X*≤x≤L. При этом на выходе смесителя 13 разностная частота Δω=|ω2-ω1|=|ω1(0)-ω1(x)|. Знак абсолютной величины используется в этом выражении из-за возможности событий, когда ω2<ω1 или ω2>ω1. По полученному значению разностной частоты Δω в блоке вычисления и индикации 14 находят и само распределение χ(x) во всем диапазоне 0≤x≤L по заданной программе.In order to increase the steepness of the characteristics of the meter χ (x), the device uses a frequency-tunable reference high-frequency generator 12 of frequency ω 2 and a mixer 13, which distinguishes the difference frequency Δω = ω 2 -ω 1 . In this case, the magnetic sensor 8 is set to the position x = 0, that is, at the beginning of the magnetic gap of the electromagnet 5, at which χ (0) = χ NACH , and in the high-frequency generator 11, oscillations ω 1 (0) are excited, the frequency of which is tuned to the high-frequency generator 12, so that we have ω 2 = ω 1 (0). Therefore, for x> 0, the frequency ω 1 (x) first decreases in the range 0≤x≤X *, and then increases in the range X * ≤x≤L. Moreover, at the output of the mixer 13, the difference frequency Δω = | ω 2 -ω 1 | = | ω 1 (0) -ω 1 (x) |. The sign of the absolute value is used in this expression because of the possibility of events when ω 2 <ω 1 or ω 2 > ω 1 . Using the obtained value of the difference frequency Δω in the calculation and display unit 14, the distribution χ (x) is also found in the entire range 0≤x≤L according to the given program.

С помощью регулируемого источника 7 постоянного тока J образуют в магнитном зазоре электромагнита 5 насыщающее магнитное поле с напряженностью HНАС, при увеличении которого уменьшается расстояние X* и одновременно возрастает в динамике вращения ферромагнитного кольца намагниченность той части ферромагнитного кольца, которая имеет координату x=X*, что связано с тем, что магнитная восприимчивость этой части ферромагнитного кольца (его дифференциальное сечение dx) максимальна, и тогда B*=µo(χMAX+1) HНАС*, где HНАС* - напряженность насыщающего магнитного поля, существенно превышающая напряженность HНАС, при которой достигается насыщение ферромагнетика (в начале парапроцесса). Однако с помощью магнитного датчика такая динамическая «сверхнамагниченность» не определяется, хотя ее появление важно для объяснения действия устройств магнитной энергетики [4].Using an adjustable source of direct current 7, J form a saturating magnetic field in the magnetic gap of electromagnet 5 with intensity H NAS , with an increase in which the distance X * decreases and the magnetization of that part of the ferromagnetic ring that has the coordinate x = X * increases in the dynamics of rotation of the ferromagnetic ring due to the fact that the magnetic susceptibility of this part of the ferromagnetic ring (its differential cross section dx) is maximum, and then B * = µ o (χ MAX +1) H NAS *, where H NAS * is the saturation voltage m magnetic field, significantly exceeding the intensity H NAS , at which saturation of the ferromagnet is achieved (at the beginning of the para process). However, with the help of a magnetic sensor, such a dynamic “super magnetization” is not determined, although its appearance is important for explaining the action of magnetic energy devices [4].

Регулируя частоту Ω в трехфазном генераторе 4 распределение χ(x) соответственно трансформируется, что позволяет провести статистическое усреднение искомой величины постоянной релаксации τ магнитной вязкости ферромагнетика, из которого изготовлено ферромагнитное кольцо 1.By adjusting the frequency Ω in the three-phase generator 4, the distribution χ (x) is accordingly transformed, which allows statistical averaging of the desired constant of relaxation τ of the magnetic viscosity of the ferromagnet from which the ferromagnetic ring 1 is made.

Значения частот Ω и Δω, тока J (или напряженности Н) поступают на входы блока вычисления и индикации 14, и эти данные обрабатываются соответствующей программой для вычисления значения τ. С помощью блока 14 автоматически или вручную оператором с клавиатуры этого блока можно управлять изменением частоты Ω и тока подмагничивания J для накопления данных, которые запоминаются в базе данных. В качестве блока вычисления и индикации может быть использован персональный компьютер с монитором, на экране которого выводятся графики распределений χ(x) и таблицы получаемых результатов. Сигналы управления трехфазным генератором с регулируемой частотой 4 и регулируемым источником постоянного тока 7 поступают с управляющих выходов блока измерения и индикации 14.The values of the frequencies Ω and Δω, current J (or intensity H) are supplied to the inputs of the calculation and indication unit 14, and these data are processed by the corresponding program to calculate the value of τ. Using block 14, automatically or manually by an operator using the keyboard of this block, you can control the change in the frequency Ω and the bias current J to accumulate data that is stored in the database. As a block of calculation and indication, a personal computer with a monitor can be used, on the screen of which graphs of the distributions χ (x) and tables of the results are displayed. The control signals of a three-phase generator with an adjustable frequency 4 and an adjustable constant current source 7 come from the control outputs of the measurement and display unit 14.

Модификацией рассмотренного устройства, реализующего способ, является схема, представленная на рис.4. Эта схема содержит все те же элементы и блоки и дополнена шаговым приводом 15 с датчиком угла 16 перемещения магнитного датчика 8 относительно боковой поверхности ферромагнитного кольца 1, как это видно на рис.5. Диапазон углов φ перемещения магнитного датчика определяется неравенствами φНАЧ≤φ≤φКОН, адекватными неравенствам 0≤x≤L.A modification of the considered device that implements the method is the circuit shown in Fig. 4. This circuit contains all the same elements and blocks and is supplemented by a step drive 15 with an angle sensor 16 for moving the magnetic sensor 8 relative to the side surface of the ferromagnetic ring 1, as can be seen in Fig. 5. The range of displacement angle φ of the magnetic sensor is defined by the inequalities φ START ≤φ≤φ KOH adequate inequalities 0≤x≤L.

Шаговым приводом 15 управляет по соответствующей программе блок вычисления и индикации 14, на дополнительный вход которого поступает информация о текущем значении угла φ с датчика угла 16. Это позволяет полностью автоматизировать процесс регистрации распределения магнитной восприимчивости χ(x) ферромагнетика и статистического расчета постоянной релаксации τ (постоянной магнитной вязкости).According to the corresponding program, the step drive 15 is controlled by a calculation and indication unit 14, to an additional input of which information on the current value of the angle φ is received from the angle sensor 16. This allows the automation of the registration of the magnetic susceptibility distribution χ (x) of the ferromagnet and the statistical calculation of the relaxation constant τ ( constant magnetic viscosity).

При напряженности магнитного поля внутри магнитного зазора, равной Н* при неподвижном ферромагнитном кольце (Ω=0), магнитная восприимчивость χ ферромагнетика достигает своего максимального значения χMAX. Если теперь начать вращать ферромагнитное кольцо (Ω>0), то достижение максимальной магнитной восприимчивости χMAX именно в конце магнитного зазора при x=L возможно при определенной угловой скорости, обозначаемой как Ω*. Тогда при Ω<Ω* распределение χ(x) имеет вид, указанный на кривой рис.6а, при Ω=Ω* - кривой на рис.6б, а при Ω>Ω* - кривой на рис.6в.When the magnetic field inside the magnetic gap is equal to H * with a fixed ferromagnetic ring (Ω = 0), the magnetic susceptibility χ of the ferromagnet reaches its maximum value χ MAX . If we now begin to rotate the ferromagnetic ring (Ω> 0), then the achievement of the maximum magnetic susceptibility χ MAX at the end of the magnetic gap at x = L is possible at a certain angular velocity, denoted as Ω *. Then, for Ω <Ω *, the distribution χ (x) has the form indicated on the curve in Fig.6a, for Ω = Ω *, the curve in Fig.6b, and for Ω> Ω *, the curve in Fig.6c.

Если напряженность магнитного поля Н=0 внутри магнитного зазора электромагнита, то при любом значении угловой скорости Ω>О кривая распределения χ(x) показана на рис.6г.If the magnetic field strength H = 0 inside the magnetic gap of the electromagnet, then for any value of the angular velocity Ω> 0, the distribution curve χ (x) is shown in Fig. 6d.

Если Н>Н*, то при Ω=Ω* вращения ферромагнитного кольца распределение χ(x) в идеализированном случае представляется кривой линией, как на рис.3.If H> H *, then for Ω = Ω * the rotation of the ferromagnetic ring, the distribution χ (x) in the idealized case is represented by a curved line, as in Fig. 3.

При некотором эксцентриситете установки ферромагнитного кольца 1 на оси вращения 2 величина зазора d между боковой поверхностью ферромагнитного кольца и полюсами магнитного датчика 8 периодически изменяется с частотой F. Для надежной работы устройства следует обеспечить постоянство зазора d(φ), так как в противном случае будет изменяться распределение χ(x) во времени, то есть возникает устойчивый во времени спектр распределений S{χ(x)}, статистическое усреднение которого возлагается на работу блока 14 (персонального компьютера). Причем быстродействие расчетов искомой величины τ должно быть достаточно высоким, чтобы успевать отслеживать компоненты этого спектра S{χ(x)}.With a certain eccentricity of the installation of the ferromagnetic ring 1 on the axis of rotation 2, the gap d between the side surface of the ferromagnetic ring and the poles of the magnetic sensor 8 periodically changes with frequency F. For reliable operation of the device, it is necessary to ensure the constancy of the gap d (φ), since otherwise it will change the distribution of χ (x) in time, that is, a time-stable distribution spectrum of S {χ (x)} arises, the statistical averaging of which is assigned to the operation of block 14 (personal computer). Moreover, the speed of calculations of the desired value of τ must be high enough to have time to track the components of this spectrum S {χ (x)}.

Выше указывалось, что характер распределения в промежутке X*≤x≤L является экспоненциальным. На самом деле распределение χ(x) является более сложным, поскольку в диапазоне 0≤x≤X* магнитная восприимчивость в магнитном поле Н>>Н* одновременно быстро возрастает, но одновременно медленнее падает, что сказывается на отличии кривой на нисходящем участке распределения χ(x) (см. рис.3) от экспоненциальной. Поэтому важно с помощью данного устройства уточнить реальный характер распределения, что, в частности, позволяет более точно определить центр намагниченности ферромагнетика, находящегося внутри магнитного зазора электромагнита 5. Этот центр является смещенным к началу зазора от его центра. Разнесение центра намагниченности ферромагнетика от центра магнитного зазора с однородным насыщающим магнитным полем приводит к возникновению механической силы втягивания ферромагнетика, действующей непрерывно во времени и в направлении вращения ферромагнитного кольца. При неподвижном ферромагнитном кольце такая сила не возникает. Кроме того, как показывает анализ, действие силы максимально при Ω=Ω*. Поддержание вращательного движения ферромагнитного кольца объясняется проявлением магнитокалорического эффекта в резко размагничивающемся ферромагнетике, выходящем из магнитного зазора с насыщающим магнитным полем. Глубокое насыщение ферромагнетика уменьшает, в силу фазового перехода первого рода, его удельную теплоемкость, причем процессы нагревания ферромагнетика при его намагничивании и охлаждения при размагничивании из его глубокого насыщения неравновесные. Восполнение тепловых потерь в ферромагнетике (уменьшения его внутренней энергии) осуществляется притоком тепловой энергии из внешней среды, что согласуется с законом сохранения энергии. Величина магнитокалорической активности ферромагнетика является доминирующей характеристикой для разработки магнитных двигателей, что требует проведения соответствующей разработки ферровещества.It was indicated above that the nature of the distribution in the interval X * ≤x≤L is exponential. In fact, the distribution of χ (x) is more complicated, since in the range 0≤x≤X * the magnetic susceptibility in the magnetic field H >> H * simultaneously increases rapidly, but at the same time drops more slowly, which affects the difference in the curve in the downstream part of the distribution χ (x) (see Fig. 3) from exponential. Therefore, it is important to clarify the real nature of the distribution using this device, which, in particular, allows us to more accurately determine the center of magnetization of a ferromagnet located inside the magnetic gap of electromagnet 5. This center is offset toward the beginning of the gap from its center. The separation of the magnetization center of the ferromagnet from the center of the magnetic gap with a uniform saturating magnetic field leads to the appearance of a mechanical force for the retraction of the ferromagnet, acting continuously in time and in the direction of rotation of the ferromagnetic ring. With a stationary ferromagnetic ring, such a force does not arise. In addition, as analysis shows, the action of the force is maximum at Ω = Ω *. The maintenance of the rotational motion of the ferromagnetic ring is explained by the manifestation of the magnetocaloric effect in a sharply demagnetized ferromagnet emerging from the magnetic gap with a saturating magnetic field. Deep saturation of a ferromagnet reduces, due to a first-order phase transition, its specific heat, moreover, the processes of heating a ferromagnet during its magnetization and cooling during demagnetization from its deep saturation are nonequilibrium. Replenishment of heat losses in a ferromagnet (reduction of its internal energy) is carried out by the influx of heat energy from the external environment, which is consistent with the law of conservation of energy. The magnitude of the magnetocaloric activity of a ferromagnet is the dominant characteristic for the development of magnetic motors, which requires the corresponding development of ferro-matter.

С помощью заявляемого способа и реализующего его устройства можно проводить экспресс-анализ ферромагнитного вещества, подбирая различного рода присадки для изменения постоянной релаксации и приведения ее к диапазону 0,5…2 мс, предпочтительному для разработки магнитовязких источников энергии.Using the proposed method and the device that implements it, it is possible to carry out an express analysis of a ferromagnetic substance, selecting various additives to change the constant relaxation and bring it to a range of 0.5 ... 2 ms, which is preferable for the development of magnetically viscous energy sources.

Разработка подходящих ферроматериалов может быть проведена в Институте ферритов в Санкт-Петербурге по параметрам магнитокалорической активности и магнитной вязкости.The development of suitable ferromaterials can be carried out at the Institute of Ferrites in St. Petersburg according to the parameters of magnetocaloric activity and magnetic viscosity.

ЛитератураLiterature

1. Kronmiiller Н., Nachwirkung in Kerromagnetika, В. - [u.a.], 1968.1. Kronmiiller N., Nachwirkung in Kerromagnetika, B. - [u.a.], 1968.

2. Вонсовский С.В., Магнетизм, М., 1971.2. Vonsovsky S.V., Magnetism, M., 1971.

3. Мишин Д.Д., Магнитные материалы, М., 1981.3. Mishin D. D., Magnetic materials, M., 1981.

4. Меньших О.Ф., Способ получения энергии и устройство для его реализации. Патент РФ №2332778, опубл. в бюлл. №24 от 27.08.2008.4. Smaller OF, Method for producing energy and a device for its implementation. RF patent No. 2332778, publ. in the bull. No. 24 dated 08/27/2008.

5. Меньших О.Ф., Устройство стабилизации частоты генератора, Патент РФ №2368073, опубл. в бюлл. №26 от 20.09.2009.5. Smaller OF, Device for stabilizing the frequency of the generator, RF Patent No. 2368073, publ. in the bull. No. 26 dated 09/20/2009.

6. Меньших О.Ф., Прибор для измерения магнитной вязкости ферромагнетиков, Патент РФ №2338216, опубл. в №31 от 10.11.2008.6. Smaller OF, Device for measuring the magnetic viscosity of ferromagnets, RF Patent No. 2338216, publ. No. 31 of 11/10/2008.

7. Меньших О.Ф., Способ измерения магнитной вязкости ферроматериалов. Патент РФ №2357240, опубл. в №15 от 27.05.2009.7. Smaller OF, Method for measuring the magnetic viscosity of ferromaterials. RF patent No. 2357240, publ. No 15 on 05/27/2009.

8. Меньших О.Ф., Измеритель магнитной вязкости ферромагнетиков, Патент РФ №2357241, опубл. в №15 от 27.05.2009.8. Smaller OF, Magnetic viscosity meter of ferromagnets, RF Patent No. 2357241, publ. No 15 on 05/27/2009.

Источники патентной информацииSources of Patent Information

RU 2309527 С1, 27.10.2007. RU 2291546 C1, 10.01.2007.RU 2309527 C1, 10.27.2007. RU 2291546 C1, 01/10/2007.

JP 20011255305 A, 21.09.2001. JP 63180851 A, 25.07.1988.JP 20011255305 A, 09.21.2001. JP 63180851 A, 07.25.1988.

Claims (1)

Способ измерения магнитной вязкости ферромагнетиков, выполненных в виде кольца, часть которого помещена в магнитный зазор электромагнита, связанного с регулируемым источником постоянного тока, а также содержащий блок вычисления и индикации, отличающийся тем, что ферромагнитное кольцо с радиусом R вращают относительно магнитного зазора электромагнита длиной L с угловой скоростью Ω, и в течение интервала времени Δt=L/Ω R измеряют значения величины магнитной восприимчивости ферромагнетика χ(x) внутри магнитного зазора электромагнита на отрезке 0≤x≤L с помощью электромагнитного датчика, обмотка которого входит в состав колебательного контура высокочастотного генератора, для чего электромагнитный датчик перемещают вдоль дуги окружности, соосной с ферромагнитным кольцом внутри магнитного зазора электромагнита, а измерение величины магнитной восприимчивости χ(x) производят в блоке вычисления и индикации по изменению частоты в высокочастотном генераторе, при этом значение постоянной релаксации τ магнитной вязкости ферромагнитного кольца определяют по виду экспоненциально спадающего распределения магнитной вязкости χ(x) на участке X*≤χ(x)≤L, где X* - координата, соответствующая максимуму величины магнитной восприимчивости исследуемого ферромагнетика χMAX, по формуле τ=(L-X*)/Ω R ln (χMAX/χMIN), где χMIN - минимальное значение магнитной восприимчивости ферромагнетика в конце магнитного зазора электромагнита при x=L, причем магнитное поле в магнитном зазоре электромагнита выбирают однородным и насыщающим. A method for measuring the magnetic viscosity of ferromagnets made in the form of a ring, a part of which is placed in the magnetic gap of an electromagnet connected to an adjustable constant current source, and also containing a calculation and indication unit, characterized in that the ferromagnetic ring with a radius R is rotated relative to the magnetic gap of an electromagnet of length L with an angular velocity Ω, and during the time interval Δt = L / Ω R measure the magnitude of the magnetic susceptibility of the ferromagnet χ (x) inside the magnetic gap of the electromagnet Hezek 0≤x≤L using an electromagnetic sensor, the winding of which is part of the oscillating circuit of a high-frequency generator, for which the electromagnetic sensor is moved along an arc of a circle coaxial with the ferromagnetic ring inside the magnetic gap of the electromagnet, and the magnetic susceptibility χ (x) is measured in the calculation and indication unit for changing the frequency in the high-frequency generator, while the value of the constant relaxation τ of the magnetic viscosity of the ferromagnetic ring is determined by the form of the exponential distribution of magnetic viscosity falling χ (x) in the area X * ≤χ (x) ≤L, wherein X * - coordinate corresponding to the maximum value of the magnetic susceptibility of the test ferromagnet χ MAX, according to the formula τ = (LX *) / Ω R ln ( χ MAX / χ MIN ), where χ MIN is the minimum value of the magnetic susceptibility of the ferromagnet at the end of the magnetic gap of the electromagnet at x = L, and the magnetic field in the magnetic gap of the electromagnet is chosen homogeneous and saturating.
RU2011103824/28A 2011-02-02 2011-02-02 Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials RU2451945C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011103824/28A RU2451945C1 (en) 2011-02-02 2011-02-02 Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011103824/28A RU2451945C1 (en) 2011-02-02 2011-02-02 Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451945C1 true RU2451945C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011103824/28A RU2451945C1 (en) 2011-02-02 2011-02-02 Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451945C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488840C1 (en) * 2012-06-19 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Device for checking magnetic viscosity of ferromagnetic materials
RU2488839C1 (en) * 2012-06-05 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Method of investigating dynamics of magnetising ferromagnetic material rapidly entering saturating ultrastrong magnetic field
RU2488841C1 (en) * 2012-06-19 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials
CN112213670A (en) * 2020-10-13 2021-01-12 哈尔滨工业大学 Device for testing magnetization performance of soft magnetic material of electromagnetic system and testing method based on device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2338216C1 (en) * 2007-04-02 2008-11-10 Олег Федорович Меньших Device for magnetic viscosity measurement in ferromagnets
RU2357240C1 (en) * 2007-11-26 2009-05-27 Олег Федорович Меньших Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics
RU2357241C1 (en) * 2007-11-27 2009-05-27 Олег Федорович Меньших Device to measure magnetic viscosity of ferromagnetics

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2338216C1 (en) * 2007-04-02 2008-11-10 Олег Федорович Меньших Device for magnetic viscosity measurement in ferromagnets
RU2357240C1 (en) * 2007-11-26 2009-05-27 Олег Федорович Меньших Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics
RU2357241C1 (en) * 2007-11-27 2009-05-27 Олег Федорович Меньших Device to measure magnetic viscosity of ferromagnetics

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488839C1 (en) * 2012-06-05 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Method of investigating dynamics of magnetising ferromagnetic material rapidly entering saturating ultrastrong magnetic field
RU2488840C1 (en) * 2012-06-19 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Device for checking magnetic viscosity of ferromagnetic materials
RU2488841C1 (en) * 2012-06-19 2013-07-27 Олег Фёдорович Меньших Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials
CN112213670A (en) * 2020-10-13 2021-01-12 哈尔滨工业大学 Device for testing magnetization performance of soft magnetic material of electromagnetic system and testing method based on device
CN112213670B (en) * 2020-10-13 2024-03-05 哈尔滨工业大学 Device and method for testing magnetization performance of soft magnetic material of electromagnetic system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2451945C1 (en) Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials
El-Alaily et al. Construction and calibration of a low cost and fully automated vibrating sample magnetometer
Autti et al. Self-Trapping of Magnon Bose-Einstein Condensates in the Ground State<? format?> and on Excited Levels: From Harmonic to Box Confinement
CN105339803A (en) Device for measuring and closed-loop control of magnetic field generated by electromagnet
RU2357240C1 (en) Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics
Wang et al. Analysis and experimental concepts of the vibrating wire alignment technique
CN109765509A (en) The method for shimming of superconducting magnetic resonance imaging equipment
CN109655771B (en) AC magnetic susceptibility measuring device and measuring method thereof
CN107632277B (en) Automatic magnetic field measuring method and device
RU2357241C1 (en) Device to measure magnetic viscosity of ferromagnetics
RU2467342C1 (en) Device to measure dynamic distribution of magnetic susceptibility of ferromagnetic
RU2467464C1 (en) Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system
RU2462730C1 (en) Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials
Flaga et al. Characteristics of an experimental MSMA-based actuator
RU2488841C1 (en) Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials
RU2437113C2 (en) Digital ferroprobe magnetometre
Balaev et al. Implementation of the Astrov method for measuring the ME E effect with the use of a vibrating-coil magnetometer
Wei et al. Magnetic field analysis of solenoid driven by alternating current
RU2488840C1 (en) Device for checking magnetic viscosity of ferromagnetic materials
Xu et al. Design and analysis of an eddy current displacement sensor with extended linear range
RU2536777C1 (en) Device for magnetic field reproduction
Leewe RF Cavity Tuning Based on Reflected Power Measurements
RU2529440C1 (en) Vector magnetometer based on disc yig resonator and method of detection of magnetic field vector
RU2238572C2 (en) Attachable ferromagnetic coercimeter
RU2421748C2 (en) Test method of products from magnetically soft materials