RU2483301C1 - Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects - Google Patents
Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483301C1 RU2483301C1 RU2011147435/28A RU2011147435A RU2483301C1 RU 2483301 C1 RU2483301 C1 RU 2483301C1 RU 2011147435/28 A RU2011147435/28 A RU 2011147435/28A RU 2011147435 A RU2011147435 A RU 2011147435A RU 2483301 C1 RU2483301 C1 RU 2483301C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coercive force
- magnetic field
- magnetic
- value
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерений магнитных свойств ферромагнитных объектов для неразрушающего контроля их прочностных, пластических или иных эксплуатационных характеристик.The invention relates to the field of measuring the magnetic properties of ferromagnetic objects for non-destructive testing of their strength, plastic or other operational characteristics.
Магнитные свойства ферромагнетиков принято разделять на свойства тела и свойства вещества. Свойства тела зависят от формы и размеров ферромагнетиков и определяются в разомкнутой магнитной цепи по измеряемым значениям намагниченности М и внешнего магнитного поля He. Свойства вещества не зависят от формы и размеров ферромагнетика и определяются по измеряемым значениям намагниченности и внутреннего магнитного поля Hi.The magnetic properties of ferromagnets are usually divided into the properties of the body and the properties of matter. The properties of a body depend on the shape and size of ferromagnets and are determined in an open magnetic circuit from the measured values of the magnetization M and the external magnetic field H e . The properties of the substance are independent of the shape and size of the ferromagnet and are determined by the measured values of the magnetization and internal magnetic field H i .
Коэрцитивная сила, измеряемая в разомкнутой магнитной цепи, практически не зависит от формы и размеров ферромагнетиков и усредняется по всему объему ферромагнетика, что не позволяет оценивать возможные неоднородности, в частности упрочненные слои [Щербинин В.Е., Горкунов Э.С. Магнитный контроль качества металлов. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996, - 264 с.]The coercive force, measured in an open magnetic circuit, practically does not depend on the shape and size of ferromagnets and is averaged over the entire volume of the ferromagnet, which does not allow us to estimate possible inhomogeneities, in particular, hardened layers [Shcherbinin V.E., Gorkunov E.S. Magnetic quality control of metals. - Ekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1996, - 264 p.]
Наиболее часто измерения коэрцитивной силы ферромагнитных объектов проводят при помощи приставных преобразователей. Общепринятой мерой коэрцитивной силы служит величина размагничивающего тока в обмотках электромагнита при нулевом потоке в цепи "преобразователь - изделие" [Бида Г.В., Ничипурук А.П. Коэрцитиметрия в неразрушающем контроле. - Дефектоскопия, 2000, №10, с.3-28]. В некоторых случаях коэрцитивную силу оценивают по показаниям измерительного преобразователя магнитного поля, располагаемого в нейтральной плоскости П-образного электромагнита [Ульянов А.И., Захаров В.А., Мерзляков Э.Ф., Воронов С.А. Приставное устройство коэрцитиметра [Патент РФ №2035745].Most often, the coercive force of ferromagnetic objects is measured using attached transducers. The generally accepted measure of coercive force is the magnitude of the demagnetizing current in the windings of an electromagnet at zero flow in the "converter - product" circuit [Bida G.V., Nichipuruk A.P. Coercimetry in non-destructive testing. - Defectoscopy, 2000, No. 10, p.3-28]. In some cases, the coercive force is evaluated by the readings of a magnetic field transducer located in the neutral plane of a U-shaped electromagnet [Ulyanov A.I., Zakharov V.A., Merzlyakov E.F., Voronov S.A. Attachment device for coercimeter [RF Patent No. 2035745].
Наличие и непостоянство зазора в составной магнитной цепи "измерительный преобразователь - изделие" оказывает существенное влияние на результаты локального измерения коэрцитивной силы контролируемых объектов [Бида Г.В. Влияние зазора между полюсами приставного электромагнита и контролируемой деталью на показания коэрцитиметра и способы его уменьшения. - Дефектоскопия, 2010, №11, с.62-81]. Кроме того, на результаты измерения коэрцитивной силы с помощью приставных преобразователей оказывают влияние также форма и размеры контролируемых объектов [Бида Г.В., Ничипурук А.П. Коэрцитиметрия в неразрушающем контроле. - Дефектоскопия, 2000, №10, с.3-28]. Таким образом, требуются меры для снижения соответствующих погрешностей и повышения достоверности измерений.The presence and inconstancy of the gap in the composite magnetic circuit "measuring transducer - product" has a significant impact on the results of local measurement of the coercive force of controlled objects [G. Bida The influence of the gap between the poles of the attached electromagnet and the controlled part on the readings of the coercimeter and ways to reduce it. - Flaw detection, 2010, No. 11, S. 62-81]. In addition, the shape and size of controlled objects also influence the results of measuring coercive force with the help of attached transducers [Bida G.V., Nichipuruk A.P. Coercimetry in non-destructive testing. - Defectoscopy, 2000, No. 10, p.3-28]. Thus, measures are required to reduce the corresponding errors and increase the reliability of measurements.
Уровень техники в данной области может быть охарактеризован следующими известными способами измерения коэрцитивной силы ферромагнитных объектов.The prior art in this field can be characterized by the following known methods of measuring the coercive force of ferromagnetic objects.
Известен способ измерения коэрцитивной силы феррозондовым коэрцитиметром [Патент РФ №2139550], включающий размещение на контролируемом участке объекта П-образного магнитопровода (содержащего намагничивающую и размагничивающую обмотки) с образованием составной магнитной цепи с зазором, намагничивание образца намагничивающей обмоткой до состояния технического насыщения, размагничивание объекта размагничивающей обмоткой и включенной встречно ей компенсационной обмоткой, установленной на феррозонде, до момента размагничивания объекта, определяемого феррозондом и измерение в этот момент величины тока размагничивания, по которому судят о величине коэрцитивной силы.A known method of measuring the coercive force with a flux-gate coercimeter [RF Patent No. 2139550], which includes placing a U-shaped magnetic circuit (containing magnetizing and demagnetizing windings) on a controlled area of an object with the formation of a composite magnetic circuit with a gap, magnetizing a sample with a magnetizing winding to the state of technical saturation a demagnetizing winding and an on-off compensation winding, mounted on a flux gate, turned on until the object is demagnetized determined by the flux gate and the measurement at this moment of the magnitude of the demagnetization current, which is used to judge the magnitude of the coercive force.
Влияние величины зазора между полюсами магнитопровода и изделием компенсируется подбором величины напряжения смещения и параметрами компенсирующей обмотки, создающей магнитный поток, противоположный размагничивающему.The influence of the gap between the poles of the magnetic circuit and the product is compensated by the selection of the bias voltage and the parameters of the compensating winding, which creates a magnetic flux opposite to the demagnetizing one.
Недостаток указанного способа заключается в том, что он может быть использован только для компенсации влияния постоянного зазора. Изменение зазора требует нового определения необходимого напряжения смещения и параметров компенсирующей обмотки. Для компенсации влияния изменяющегося неконтролируемого зазора этот способ не может быть использован.The disadvantage of this method is that it can only be used to compensate for the influence of a constant gap. Changing the gap requires a new definition of the required bias voltage and the parameters of the compensating winding. To compensate for the effects of the changing uncontrolled gap, this method cannot be used.
Известен способ измерения коэрцитивной силы объекта коэрцитиметром [Патент РФ №2035745], включающий размещение на контролируемом участке объекта П-образного магнитопровода с перемагничивающей обмоткой, для образования составной магнитной цепи с зазором. Намагничивание образца до состояния технического насыщения и размагничивание его путем плавного увеличения, снижения и изменения полярности тока, и последующего измерения напряженности магнитного поля двумя преобразователями магнитного поля, расположенными в нейтральной плоскости магнитопровода так, что их оси чувствительности перпендикулярны указанной плоскости, по величине напряженности магнитного поля судят о величины коэрцитивной силы.A known method of measuring the coercive force of an object with a coercimeter [RF Patent No. 2035745], which includes placing a U-shaped magnetic circuit with a magnetizing winding on a controlled site of an object to form a composite magnetic circuit with a gap. Magnetizing a sample to a state of technical saturation and demagnetizing it by gradually increasing, decreasing and changing the polarity of the current, and then measuring the magnetic field with two magnetic field transducers located in the neutral plane of the magnetic circuit so that their sensitivity axes are perpendicular to the specified plane, in magnitude of the magnetic field judge the value of coercive force.
Недостаток этого способа заключается в том, что он может быть реализован только при использовании П-образных электромагнитов. Однако при контроле изделий с большой площадью поперечного сечения вследствие рассеяния магнитного потока объект вблизи нейтральной плоскости будет намагничиваться очень слабо [Михеев М.Н. Топография магнитной индукции в изделиях при локальном намагничивании их приставным электромагнитом. - Известия АН СССР, 1948, №3-4, с.68-77]. Таким образом, показания будут зависеть от размеров контролируемых объектов. Наличие зазора дополнительно ослабляет намагничивание и существенные изменения зазора оказывают влияние на результат измерения. Таким образом, указанный способ не может полностью решить задачу компенсации влияния зазора, а также формы и размеров объектов контроля на результат измерения. Дополнительным недостатком этого способа является сложность конструкции приставного преобразователя.The disadvantage of this method is that it can be implemented only when using U-shaped electromagnets. However, when monitoring products with a large cross-sectional area due to scattering of the magnetic flux, the object near the neutral plane will be magnetized very weakly [Mikheev M.N. Topography of magnetic induction in products with local magnetization by an attached electromagnet. - Proceedings of the USSR Academy of Sciences, 1948, No. 3-4, p. 68-77]. Thus, the readings will depend on the size of the controlled objects. The presence of a gap further weakens the magnetization and significant changes in the gap affect the measurement result. Thus, this method cannot completely solve the problem of compensating for the influence of the gap, as well as the shape and size of the objects of control on the measurement result. An additional disadvantage of this method is the design complexity of the attached transducer.
Наиболее близким к заявляемому способу по последовательности осуществляемых операций является способ измерения коэрцитивной силы ферромагнитных объектов [Патент РФ №2024889], включающий намагничивание образца до насыщения однородным магнитным полем одной полярности, последующее размагничивание образца однородным магнитным полем другой полярности с помощью соленоида, измерение тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вблизи центрального сечения образца и фиксацию напряженности магнитного поля при нулевом значении тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля, по которой судят о величине коэрцитивной силы.Closest to the claimed method according to the sequence of operations is a method of measuring the coercive force of ferromagnetic objects [RF Patent No. 2024889], including magnetizing the sample until it is saturated with a uniform magnetic field of one polarity, subsequent demagnetization of the sample with a uniform magnetic field of other polarity using a solenoid, measuring the tangential component of tension magnetic field near the central section of the sample and fixing the magnetic field at zero the tangential component of the magnetic field, which is used to judge the value of the coercive force.
Указанный способ реализуется в открытой магнитной цепи. Этим способом определяется коэрцитивная сила, усредненная по всему объему объекта, что не позволяет обнаруживать возможную неоднородность его свойств (изменение структуры по объему, наличие и свойства упрочненных слоев и т.д.). Еще один существенный недостаток этого способа заключается в ограничении форм и размеров контролируемых объектов размерами используемого соленоида. Кроме того, указанному способу присущи такие недостатки магнитных измерений в открытой цепи, как трудность создания однородного магнитного поля в достаточном объеме, трудность намагничивания до насыщения объектов с большим коэффициентом размагничивания, неоднородное намагничивание объектов конечных размеров и влияние на результат измерений внешних магнитных полей [Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: Изд-во МГУ, 1969. - 387 с.]. Таким образом, указанный способ не позволяет проводить локальные измерения коэрцитивной силы массивных ферромагнитных объектов и определять неоднородность их свойств.The specified method is implemented in an open magnetic circuit. This method determines the coercive force averaged over the entire volume of the object, which does not allow us to detect the possible heterogeneity of its properties (change in structure in volume, the presence and properties of hardened layers, etc.). Another significant drawback of this method is the limitation of the shapes and sizes of controlled objects to the dimensions of the used solenoid. In addition, the indicated method has such drawbacks of magnetic measurements in an open circuit, such as the difficulty of creating a uniform magnetic field in sufficient volume, the difficulty of magnetizing objects with a high demagnetization coefficient to saturation, the non-uniform magnetization of objects of finite dimensions and the influence of external magnetic fields on the measurement result [Chechernikov V .AND. Magnetic measurements. - M.: Publishing House of Moscow State University, 1969. - 387 p.]. Thus, this method does not allow local measurements of the coercive force of massive ferromagnetic objects and to determine the heterogeneity of their properties.
В основу изобретения положена задача повышения достоверности локального измерения коэрцитивной силы контролируемых объектов путем снижения погрешности, обусловленной наличием и непостоянством зазора в составной магнитной цепи "преобразователь - объект", и расширения функциональных возможностей способа за счет уменьшения влияния формы и размеров объектов.The basis of the invention is the task of increasing the reliability of local measurement of the coercive force of controlled objects by reducing the error due to the presence and inconstancy of the gap in the composite magnetic circuit "Converter - object", and expanding the functionality of the method by reducing the influence of the shape and size of objects.
Поставленная задача решается тем, что в способе локального измерения коэрцитивной силы ферромагнитных объектов, включающем намагничивание объекта, последующее его размагничивание, измерение напряженности магнитного поля и тангенциальной составляющей магнитного поля согласно изобретению на контролируемый локальный участок объекта размещают электромагнит, с образованием составной магнитной цепи "преобразователь - объект" с зазором, в момент намагничивания измеряют максимальную величину магнитного потока, отключают внешнее магнитное поле и измеряют величину тангенциальной составляющей магнитного поля на поверхности контролируемого участка, затем участок размагничивают до достижения нулевого магнитного потока в цепи и измеряют величину размагничивающего тока и тангенциальной составляющей магнитного поля, по результатам измерений которых судят о величине коэрцитивной силы.The problem is solved in that in a method for local measurement of the coercive force of ferromagnetic objects, including magnetizing an object, its subsequent demagnetization, measuring the magnetic field strength and the tangential component of the magnetic field according to the invention, an electromagnet is placed on a controlled local area of the object, with the formation of a composite magnetic circuit object "with a gap, at the time of magnetization measure the maximum value of the magnetic flux, turn off the external magnetic th field and the measured value of the tangential component of the magnetic field on the surface of the test section, and then plot demagnetized until a zero magnetic flux in the circuit and measure the magnitude of the demagnetizing current and the tangential component of the magnetic field at which the measurement results are judged on the magnitude of the coercive force.
При этом магнитный поток в цепи измеряют датчиком Холла, расположенным в отверстии, выполненном в магнитопроводе и представляющем собой щель с плоскопараллельными стенками, перпендикулярными направлению магнитного потока.In this case, the magnetic flux in the circuit is measured by a Hall sensor located in the hole made in the magnetic circuit and representing a gap with plane-parallel walls perpendicular to the direction of magnetic flux.
Вместе с тем, тангенциальную составляющую магнитного поля измеряют в межполюсном пространстве электромагнита вблизи поверхности контролируемого объекта, где сигнал пропорционален внутреннему магнитному полю в объекте.At the same time, the tangential component of the magnetic field is measured in the interpolar space of the electromagnet near the surface of the controlled object, where the signal is proportional to the internal magnetic field in the object.
Кроме того, составную магнитную цепь "преобразователь - объект" с зазором образуют с использованием П-образного или цилиндрического электромагнита.In addition, a composite magnetic circuit "transducer - object" with a gap is formed using a U-shaped or cylindrical electromagnet.
Анализ результатов измерений и суждение о величине коэрцитивной силы объекта производится различными методами, которые позволяют учесть особенности измеряемого объекта и особенности измерительной цепи.The analysis of the measurement results and the judgment on the value of the coercive force of an object is made by various methods, which allow taking into account the features of the measured object and the features of the measuring circuit.
В частности, используются суждения с учетом взаимозависимостей физических свойств, когда:In particular, judgments are used taking into account the interdependencies of physical properties when:
- по результатам измерений размагничивающего тока судят о величине коэрцитивной силы усредненной по промагничиваемому объему;- according to the results of measurements of the demagnetizing current, the value of the coercive force averaged over the magnetizable volume is judged;
- по результатам измерений тангенциальной составляющей магнитного поля судят о величине коэрцитивной силы приповерхностного слоя объекта.- according to the results of measurements of the tangential component of the magnetic field, the coercive force of the surface layer of the object is judged.
Также используются суждения с применением математических методов коррекции, когда:Judgments using mathematical correction methods are also used when:
- о величине коэрцитивной силы с учетом влияния величины зазора судят по формуле:- the magnitude of the coercive force, taking into account the influence of the gap, is judged by the formula:
Hc=А0+А1·EHc+А2·EФmax, гдеH c = A 0 + A 1 · E Hc + A 2 · E Фmax , where
Hc - истинное значение коэрцитивной силы;H c is the true value of the coercive force;
EHc - значение сигнала, соответствующего коэрцитивной силе;E Hc is the value of the signal corresponding to the coercive force;
EФmax - значение сигнала, соответствующего максимальному потоку в магнитной цепи;E Фmax - signal value corresponding to the maximum flux in the magnetic circuit;
А0, A1 и А2 - коэффициенты, которые зависят от конфигурации магнитной цепи "преобразователь - объект" и их точные значения устанавливаются при градуировке коэрцитиметра;A 0 , A 1 and A 2 are coefficients that depend on the configuration of the magnetic circuit "transducer - object" and their exact values are set when calibrating the coercimeter;
- о величине коэрцитивной силы с учетом влияния размеров и формы объекта судят по формуле:- the magnitude of the coercive force, taking into account the influence of the size and shape of the object is judged by the formula:
Hc - истинное значение коэрцитивной силы;H c is the true value of the coercive force;
EHc - значение сигнала, соответствующего коэрцитивной силе;E Hc is the value of the signal corresponding to the coercive force;
B0, B1 и В2 - коэффициенты, которые зависят от конфигурации магнитной цепи "преобразователь - объект" и их точные значения устанавливаются при градуировке коэрцитиметра.B 0 , B 1 and B 2 are coefficients that depend on the configuration of the magnetic circuit "transducer - object" and their exact values are set when calibrating the coercimeter.
Работоспособность предлагаемого способа основывается на следующих физических принципах.The performance of the proposed method is based on the following physical principles.
При локальном намагничивании ферромагнитных объектов электромагнитом (П-образным, двухполюсным цилиндрическим или иным), который составляет с контролируемым участком объекта составную замкнутую магнитную цепь, магнитные измерения аналогичны измерениям при помощи пермеаметра [Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: Изд-во МГУ, 1969. - 387 с.]. Если в такой цепи отсутствует рассеивание магнитного потока или оно мало, то оказывается возможным локальное определение целого комплекса магнитных свойств вещества, в том числе коэрцитивной силы [Костин В.Н., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Измерение относительных значений магнитных свойств вещества контролируемых изделий в составных замкнутых цепях. - Дефектоскопия, 2001, №1, с.15-26]. Зазор в составной цепи приводит к появлению магнитных полюсов на разомкнутых гранях, которые оказывают действие, подобное действию магнитных полюсов на торцах ферромагнетика конечных размеров в открытой магнитной цепи. Влияние зазора на результат измерений можно скомпенсировать, если определить величину имеющегося зазора по дополнительно измеряемому параметру.In case of local magnetization of ferromagnetic objects by an electromagnet (U-shaped, bipolar cylindrical or otherwise), which constitutes a compound closed magnetic circuit with the controlled part of the object, magnetic measurements are similar to measurements using a permeameter [Chechernikov V.I. Magnetic measurements. - M.: Publishing House of Moscow State University, 1969. - 387 p.]. If in such a circuit there is no dispersion of the magnetic flux or it is small, then it becomes possible to locally determine the whole complex of the magnetic properties of the substance, including the coercive force [Kostin VN, Tsarkova TP, Sazhina E.Yu. Measurement of the relative values of the magnetic properties of the substance of controlled products in composite closed circuits. - Defectoscopy, 2001, No. 1, pp. 15-26]. The gap in the composite circuit leads to the appearance of magnetic poles on open faces, which have an effect similar to the action of magnetic poles at the ends of a finite-size ferromagnet in an open magnetic circuit. The influence of the gap on the measurement result can be compensated by determining the size of the existing gap by an additionally measured parameter.
По мере увеличения зазора магнитное сопротивление цепи "преобразователь - объект" растет, а величина магнитного потока падает. В целом магнитный поток в составной цепи зависит от конфигурации приставного электромагнита, формы и размеров намагничиваемого объекта, приложенной магнитодвижущей силы (тока), магнитных свойств объекта и величины немагнитного зазора. Для селективной оценки зазора необходимо выбрать такое магнитное состояние, когда магнитный поток в наименьшей степени зависит от магнитных свойств контролируемого объекта. Такое состояние достигается при включении максимального намагничивающего тока. При неизменных геометрических параметрах магнитной цепи и фиксированной величине намагничивающего тока получающаяся величина магнитного потока будет зависеть от намагниченности насыщения контролируемого объекта и величины зазора. Поскольку намагниченность насыщения является структурно не чувствительной магнитной характеристикой, которая остается неизменной при многих видах воздействия на ферромагнетик [Щербинин В.Е., Горкунов Э.С. Магнитный контроль качества металлов. Екатеринбург: УрО РАН, 1996, - 264 с.], то величина магнитного потока при максимальном намагничивающем токе будет главным образом зависеть от наличия и величины зазора в составной магнитной цепи. Таким образом, максимальная величина магнитного потока Фmax может быть мерой величины немагнитного зазора в магнитной цепи "преобразователь - изделие". Кроме того, измерение величины Фmax необходимо также для определения степени намагничивания контролируемого объекта, поскольку при малых значениях Фmax контролируемый участок объекта не намагнитится до необходимого технического насыщения и результаты измерений будут недостоверны.As the gap increases, the magnetic resistance of the "converter - object" circuit increases, and the magnitude of the magnetic flux decreases. In general, the magnetic flux in the composite circuit depends on the configuration of the attached electromagnet, the shape and size of the magnetized object, the applied magnetizing force (current), the magnetic properties of the object and the magnitude of the non-magnetic gap. For a selective assessment of the gap, it is necessary to choose such a magnetic state when the magnetic flux is least dependent on the magnetic properties of the controlled object. This state is achieved when the maximum magnetizing current is turned on. With constant geometric parameters of the magnetic circuit and a fixed magnitude of the magnetizing current, the resulting magnitude of the magnetic flux will depend on the saturation magnetization of the controlled object and the magnitude of the gap. Since the saturation magnetization is a structurally insensitive magnetic characteristic, which remains unchanged for many types of action on a ferromagnet [Scherbinin V.E., Gorkunov E.S. Magnetic quality control of metals. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1996, 264 pp.], Then the magnitude of the magnetic flux at the maximum magnetizing current will mainly depend on the presence and magnitude of the gap in the composite magnetic circuit. Thus, the maximum magnitude of the magnetic flux Φ max can be a measure of the magnitude of the non-magnetic gap in the magnetic circuit "Converter - product." In addition, the measurement of Φ max is also necessary to determine the degree of magnetization of the controlled object, since for small values of Φ max the controlled section of the object will not be magnetized to the necessary technical saturation and the measurement results will be unreliable.
Помимо зазора на результаты измерения коэрцитивной силы оказывает влияние конфигурация составной цепи "преобразователь - объект", которая определяется формой и размерами контролируемых объектов. Компенсация влияния формы и размеров объектов на результат измерения основана на следующем физическом принципе.In addition to the clearance, the coercive force measurement results are influenced by the configuration of the "converter - object" compound circuit, which is determined by the shape and size of the objects being monitored. Compensation of the influence of the shape and size of objects on the measurement result is based on the following physical principle.
Для ферромагнетика конечных размеров при его намагничивании в разомкнутой магнитной цепи соотношение между внешним и внутренним магнитными полями имеет вид:For a ferromagnet of finite dimensions, when it is magnetized in an open magnetic circuit, the ratio between external and internal magnetic fields has the form:
где N - коэффициент размагничивания [Боровик Е.С., Еременко В.В., Мильнер А.С. Лекции по магнетизму. - М.: Физматлит, 2005. - 510 с.]. Согласно выражению (1) у ферромагнетика конечных размеров, намагничиваемого в разомкнутой магнитной цепи, на нисходящей ветви предельной петли гистерезиса при нулевом значении внешнего магнитного поля (He=0) намагниченность равна остаточной намагниченности тела (
При нулевом значении внутреннего магнитного поля (Hi=0) намагниченность образца равна остаточной намагниченности вещества (М=Mr), а соответствующее значение внешнего магнитного поля равноAt a zero value of the internal magnetic field (H i = 0), the magnetization of the sample is equal to the residual magnetization of the substance (M = M r ), and the corresponding value of the external magnetic field is
Для остаточной намагниченности вещества из (2) и (3) следуетFor the residual magnetization of the substance from (2) and (3) it follows
Таким образом, выражение (4) позволяет определять остаточную намагниченность вещества по остаточной намагниченности тела. При этом первое слагаемое в (4) определяет влияние размеров и формы объектов на результат магнитных измерений.Thus, expression (4) makes it possible to determine the residual magnetization of a substance from the residual magnetization of the body. In this case, the first term in (4) determines the influence of the size and shape of objects on the result of magnetic measurements.
Параметры 
Способ поясняется чертежами.The method is illustrated by drawings.
На фиг.1 схематически представлена составная магнитной цепь "преобразователь - объект" с зазором с использованием П-образного электромагнита.Figure 1 schematically shows a composite magnetic circuit "transducer - object" with a gap using a U-shaped electromagnet.
На фиг.2 приведены зависимости измеренных с помощью приставного преобразователя характеристик EHc и EФmax для образцов из стали 7Х3.Figure 2 shows the dependences of the characteristics E Hc and E Фmax measured with an attached transducer for samples made of 7X3 steel.
На фиг.3 приведены зависимости измеренной с помощью приставного преобразователя характеристики EHc от коэрцитивной силы объектов различных размеров и формы.Figure 3 shows the dependence of the characteristic E Hc measured with the help of an attached transducer on the coercive force of objects of various sizes and shapes.
На фиг.4 схематически представлена составная магнитной цепь "преобразователь - объект" с зазором с использованием цилиндрического электромагнита.Figure 4 schematically shows a composite magnetic circuit "Converter - object" with a gap using a cylindrical electromagnet.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Для измерений используют приставной преобразователь 1, представляющий собой П-образный электромагнит, состоящий из магнитопровода 2 и обмоток 3 (Фиг.1). В магнитопроводе 2 электромагнита выполнено отверстие-преобразователь 4, представляющее собой щель с плоскопараллельными стенками, перпендикулярными направлению магнитного потока, специальная форма которого обеспечивает пропорциональность между напряженностью магнитного поля в отверстии 4 и величиной магнитного потока в магнитопроводе 2 [Костин В.П., Царькова Т.П., Сажина Е.Ю. Измерение относительных значений магнитных свойств вещества контролируемых изделий в составных замкнутых цепях. - Дефектоскопия, 2001, №1, с.15-26]. Магнитное поле в отверстии 4 измеряют с помощью малогабаритного датчика 5 поля (датчик Холла). Поскольку магнитный поток из магнитопровода 2 практически полностью переходит в объект 6, то по величине магнитного потока в магнитопроводе 2 судят о величине магнитного потока в объекте 6.For measurements, an attached
В межполюсном пространстве электромагнита вблизи поверхности контролируемого объекта 6 размещен датчик 7 поля, сигнал которого пропорционален внутреннему магнитному полю в объекте 6.In the interpolar space of the electromagnet near the surface of the controlled
Преобразователь 1 размещают на контролируемом участке объекта 6, причем между полюсами магнитопровода 2 электромагнита и поверхностью объекта 6 может образоваться зазор 8 (Фиг.1). Контролируемый участок объекта 6 намагничивают, увеличивая ток в обмотках 3 электромагнита.The
При максимальном намагничивающем токе с помощью датчика 5 определяют относительную величину максимального магнитного потока EФmax в цепи "преобразователь - объект". Затем намагничивающий ток выключают, т.е. убирают внешнее магнитное поле и датчиком 7 поля измеряют параллельную направлению намагничивания тангенциальную составляющую магнитного поля на поверхности контролируемого участка 6 объекта 
Учет влияния зазора на результат измерения коэрцитивной силы выполняется с использованием линейной регрессионной модели вида [Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.]:The influence of the gap on the result of measuring the coercive force is taken into account using a linear regression model of the type [Chetyrkin EM, Kalikhman I.L. Probability and statistics. - M .: Finance and statistics, 1982. - 319 p.]:
где Hc - истинное значение коэрцитивной силы;where H c is the true value of the coercive force;
EHc - значение измеряемого сигнала, соответствующего коэрцитивной силе;E Hc is the value of the measured signal corresponding to the coercive force;
EФmax - значение измеряемого сигнала, соответствующего максимальному потоку в магнитной цепи.E Фmax is the value of the measured signal corresponding to the maximum flux in the magnetic circuit.
Коэффициенты А0, А1 и А2 зависят от конфигурации магнитной цепи "преобразователь - объект" и их точные значения устанавливаются при градуировке конкретного коэрцитиметра.The coefficients A 0 , A 1 and A 2 depend on the configuration of the magnetic circuit "transducer - object" and their exact values are set when calibrating a specific coercimeter.
На фиг.2 приведены зависимости измеренных с помощью П-образного преобразователя характеристик EHc и EФmax для закаленных и отпущенных при различных температурах образцов из стали 7Х3, имеющих форму прямоугольных параллелепипедов с размерами 9×9×65 мм. Линии А получены при нулевом зазоре, линии В - при d=0,5 мм. Среднеквадратичная погрешность определения коэрцитивной силы по одному параметру EHc составляет 1,65 А/см. Для тех же образцов способ определения коэрцитивной силы с учетом параметра EФmax по регрессионному уравнениюFigure 2 shows the dependences of the characteristics E Hc and E Фmax measured using a U-shaped transducer for samples hardened and tempered at different temperatures from steel 7X3, having the shape of rectangular parallelepipeds with dimensions of 9 × 9 × 65 mm. Lines A were obtained at zero clearance, lines B, at d = 0.5 mm. The root-mean-square error of determining the coercive force by one parameter E Hc is 1.65 A / cm. For the same samples, the method for determining the coercive force taking into account the parameter E Фmax according to the regression equation
имеет погрешность 0,3 А/см, т.е. почти в 5 раз меньше, чем при однопараметровых измерениях.has an error of 0.3 A / cm, i.e. almost 5 times less than with one-parameter measurements.
Компенсация влияния формы и размеров объектов на результат локального измерения их коэрцитивной силы осуществляется аналогичным образом. На фиг.3 приведены зависимости измеренной с помощью приставного преобразователя характеристики EHc от коэрцитивной силы объектов различных размеров и формы (высота от 4 до 34 мм; ширина от 7,5 до 34 мм). Видно, что при одних и тех же измеренных значениях EHc разброс значений коэрцитивной силы составляет от 3 до 15 А/см. Обусловленная различием размеров и формы контролируемых объектов среднеквадратичная погрешность определения коэрцитивной силы по одному параметру EHc составляет 4,2 А/см. Для этой же выборки учет формы и размеров по величине 
уменьшает среднеквадратичную погрешность определения коэрцитивной силы до 1,5 А/см, т.е. почти в 3 раза.reduces the standard error of the determination of the coercive force to 1.5 A / cm, i.e. almost 3 times.
Аналогичные результаты получены при регистрации коэрцитивной силы по величине размагничивающего тока в обмотке приставного электромагнита при нулевом магнитном потоке в цепи "преобразователь - объект", а также при использовании двухполюсного цилиндрического преобразователя (Фиг.4).Similar results were obtained when registering the coercive force by the magnitude of the demagnetizing current in the coil of an attached electromagnet at zero magnetic flux in the "converter - object" circuit, as well as when using a bipolar cylindrical converter (Figure 4).
Таким образом, заявляемый способ локального измерения коэрцитивной силы ферромагнитных объектов, предусматривающий дополнительное измерение максимального магнитного потока в цепи "преобразователь - объект" с зазором и получающейся после выключения максимального намагничивающего тока тангенциальной составляющей магнитного поля на поверхности контролируемого участка объекта, позволяет существенно снизить погрешность определения коэрцитивной силы, связанную с вариациями неконтролируемого зазора в магнитной цепи и различием форм и размеров контролируемых объектов.Thus, the inventive method for local measurement of the coercive force of ferromagnetic objects, which provides for additional measurement of the maximum magnetic flux in the "converter - object" circuit with a gap and the tangential component of the magnetic field obtained on turning off the maximum magnetizing current on the surface of the controlled section of the object, can significantly reduce the error in determining the coercive forces associated with variations in the uncontrolled gap in the magnetic circuit and the difference in shapes and sizes of controlled objects.
Claims (8)
Hc=A0+A1·EHc+А2·ЕФmax,
где Hc - истинное значение коэрцитивной силы;
EHc - значение сигнала, соответствующего коэрцитивной силе;
ЕФmax - значение сигнала, соответствующего максимальному потоку в магнитной цепи;
A0, A1 и А2 - коэффициенты.7. The method according to claim 1, characterized in that the magnitude of the coercive force, taking into account the influence of the gap, is judged by the formula:
H c = A 0 + A 1 · E Hc + A 2 · E Фmax ,
where H c is the true value of the coercive force;
E Hc is the value of the signal corresponding to the coercive force;
E Фmax is the value of the signal corresponding to the maximum flux in the magnetic circuit;
A 0 , A 1 and A 2 are coefficients.
где Hc - истинное значение коэрцитивной силы;
EHc - значение сигнала, соответствующего коэрцитивной силе;
В0, B1 и В2 - коэффициенты. 8. The method according to claim 1, characterized in that the magnitude of the coercive force, taking into account the influence of the size and shape of the object, is judged by the formula:
where H c is the true value of the coercive force;
E Hc is the value of the signal corresponding to the coercive force;
B 0 , B 1 and B 2 are coefficients.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011147435/28A RU2483301C1 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011147435/28A RU2483301C1 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2483301C1 true RU2483301C1 (en) | 2013-05-27 |
Family
ID=48792000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011147435/28A RU2483301C1 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2483301C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535632C1 (en) * | 2013-07-24 | 2014-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-внедренческое предприятие "Кропус" (ООО "НВП "Кропус") | Attached electromagnet to coercive force meter |
| WO2018231186A1 (en) | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Kalenychenko Oleksandr Hryhorovych | System and method for determining the structure of electromagnetic field and object material |
| RU2805248C1 (en) * | 2022-12-05 | 2023-10-12 | Роман Александрович Соколов | Device for measuring the magnetic characteristics of a ferromagnet |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05264704A (en) * | 1992-01-28 | 1993-10-12 | Kobe Steel Ltd | Method and apparatus for measuring coercive force of steel plate |
| RU2024889C1 (en) * | 1990-12-17 | 1994-12-15 | Николай Калистратович Трусов | Method of measuring coercive force of ferrous rod specimen |
| RU2160441C2 (en) * | 1998-10-21 | 2000-12-10 | Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН | Method of nondestructive test of ferromagnetic materials |
| JP2001141701A (en) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Nkk Corp | Method for measuring coercive force |
| RU2238572C2 (en) * | 2002-11-04 | 2004-10-20 | Башкирский государственный аграрный университет | Attachable ferromagnetic coercimeter |
-
2011
- 2011-11-22 RU RU2011147435/28A patent/RU2483301C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2024889C1 (en) * | 1990-12-17 | 1994-12-15 | Николай Калистратович Трусов | Method of measuring coercive force of ferrous rod specimen |
| JPH05264704A (en) * | 1992-01-28 | 1993-10-12 | Kobe Steel Ltd | Method and apparatus for measuring coercive force of steel plate |
| RU2160441C2 (en) * | 1998-10-21 | 2000-12-10 | Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН | Method of nondestructive test of ferromagnetic materials |
| JP2001141701A (en) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Nkk Corp | Method for measuring coercive force |
| RU2238572C2 (en) * | 2002-11-04 | 2004-10-20 | Башкирский государственный аграрный университет | Attachable ferromagnetic coercimeter |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535632C1 (en) * | 2013-07-24 | 2014-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-внедренческое предприятие "Кропус" (ООО "НВП "Кропус") | Attached electromagnet to coercive force meter |
| WO2018231186A1 (en) | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Kalenychenko Oleksandr Hryhorovych | System and method for determining the structure of electromagnetic field and object material |
| RU2805248C1 (en) * | 2022-12-05 | 2023-10-12 | Роман Александрович Соколов | Device for measuring the magnetic characteristics of a ferromagnet |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI90594C (en) | Method and apparatus for non-destructive material testing and for magnetostructural material testing | |
| Stupakov | Local non-contact evaluation of the ac magnetic hysteresis parameters of electrical steels by the Barkhausen noise technique | |
| Kostin et al. | DIUS-1.15 M Mobile hardware–software structuroscopy system | |
| WO2023178929A1 (en) | Measurement apparatus and method for magnetic characteristic curve of soft magnetic material | |
| Kostin et al. | On new possibilities for making local measurements of the coercive force of ferromagnetic objects | |
| JP2001141701A (en) | Method for measuring coercive force | |
| Kikuchi et al. | Influence of demagnetizing field on thin-film GMI magnetic sensor elements with uniaxial magnetic anisotropy | |
| RU2483301C1 (en) | Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects | |
| JP2841153B2 (en) | Weak magnetism measurement method and device, and nondestructive inspection method using the same | |
| JPS6352345B2 (en) | ||
| Kostin et al. | Local measurement of the coercive-return induction in the presence of a gap in the transducer-object combined circuit | |
| Gorkunov et al. | The influence of the magnetoelastic effect on the hysteretic properties of medium-carbon steel during uniaxial loading | |
| Stupakov et al. | Measurement of Barkhausen noise and its correlation with magnetic permeability | |
| RU108626U1 (en) | DEVICE FOR LOCAL MEASUREMENT OF FERROMAGNETIC PHASE OF MATERIALS | |
| RU2424509C1 (en) | Method of monitoring mechanical properties of steel structures and elastic stress therein and device for realising said method | |
| Gobov et al. | Measuring coercive force in local domains of a sample | |
| Gobov et al. | Coercimetry with magnetization by a U-shaped electromagnet | |
| Lijian et al. | Sensor development and application on the oil-gas pipeline magnetic flux leakage detection | |
| RU2293344C1 (en) | Method for determining magnetization curve of ferromagnetic material | |
| Nichipuruk et al. | Decrease in the effect of a gap on coercimetry results when taking the properties of an attachable transducer into account | |
| Zakharov et al. | Evaluating the structure of a ferromagnetic material based on magnetic-field strength between the poles of an attached two-pole magnetizing device | |
| RU2805248C1 (en) | Device for measuring the magnetic characteristics of a ferromagnet | |
| Pelkner et al. | Local magnetization unit for GMR array based magnetic flux leakage inspection | |
| RU2793154C1 (en) | Method for measuring the hv-characteristics of permanent magnets | |
| Kostin et al. | Measurements of relative magnetic parameters of materials in tested components incorporated in closed circuits |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151123 |