RU2686404C1 - Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы - Google Patents
Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686404C1 RU2686404C1 RU2018107872A RU2018107872A RU2686404C1 RU 2686404 C1 RU2686404 C1 RU 2686404C1 RU 2018107872 A RU2018107872 A RU 2018107872A RU 2018107872 A RU2018107872 A RU 2018107872A RU 2686404 C1 RU2686404 C1 RU 2686404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- current
- values
- magnetizing
- magnetizing coil
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1223—Measuring permeability, i.e. permeameters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для контроля значений параметров магнитного поля (магнитного состояния) ферромагнитных объектов сложной формы. Способ томографического измерения магнитного состояния материала электротехнического изделия дополнительно содержит этапы, на которых томографическим методом определяют распределение характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта, например магнитной проницаемости, и, основываясь на знании значений характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта, путем математического моделирования вычисляют искомые измерительные параметры его магнитного состояния при заданном значении тока в намагничивающей катушке - уровень магнитной индукции и напряженности магнитного поля в подлежащих контролю точках и объемах изделия. Технический результат – расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения значений параметров магнитного поля ферромагнитных объектов сложной формы.
Description
Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для контроля значений параметров магнитного поля (магнитного состояния) ферромагнитных объектов сложной формы, в частности к контролю параметров магнитного насыщения материалов деталей электротехнических изделий при их испытаниях и эксплуатации.
Известен способ амперметра и вольтметра для измерения значений параметров магнитного поля [Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - М.: Энергия, 1969. - С. 180-183.], состоящий в том, что образец тороидальной формы помещается в намагничивающую и измерительную катушки, намагничивающая катушка подключается к автотрансформатору, с помощью которого устанавливают необходимый намагничивающий ток, измеряются средние значения ЭДС на измерительной катушке и максимальные значения тока в намагничивающей катушке. Расчет значений максимальной индукции Bмакс в образце производится по формуле:
где Еср - среднее значение ЭДС на измерительной катушке, ƒ - частота намагничивающего тока, wио - число витков измерительной катушки, S - площадь поперечного сечения испытуемого образца.
Соответствующие значения напряженности магнитного поля Нмакс в образце определяется по формуле:
где Iмакс - максимальное значение намагничивающего тока, wно - число витков намагничивающей катушки, - длина магнитной линии.
К недостаткам этого известного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, ввиду допустимости использования выражений (1) и (2) только для образцов тороидальной формы, а также необходимость нанесения на испытуемый образец измерительной катушки, что усложняет процедуру измерения значений параметров магнитного поля и делает невозможным измерение значений параметров магнитного поля готовых электротехнических изделий (электромагниты, статоры электрических машин и т.д.).
Также известен осциллографический способ измерения значений параметров магнитного поля в ферромагнитных материалах [Чернышев Е.Т., Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Н.В. Студенцов Магнитные измерения. - М.: Издательство стандартов, 1969. - С. 196-201.], состоящий в том, что образец тороидальной формы помещается в намагничивающую и измерительную катушки, намагничивающая катушка подключается к автотрансформатору, с помощью которого устанавливают необходимый намагничивающий ток; сигнал ЭДС с выхода измерительной катушки интегрируется и подается на пластины вертикального отклонения осциллографа; сигнал тока в намагничивающей катушке, определенный, например, как напряжение на сопротивлении в намагничивающей цепи, подается на пластины горизонтального отклонения. Петля гистерезиса, пропорциональная петле гистерезиса испытуемого образца, соответствующая данному намагничивающему току, наблюдается на экране осциллографа. По ней определяются значения Вмакс и Hмакс.
К недостаткам данного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, ввиду допустимости использования сигналов тока и напряжения для определения значений магнитного поля Вмакс и Нмакс только для образцов тороидальной формы, а также необходимость нанесения на испытуемый образец измерительной катушки, что усложняет процедуру измерения магнитных характеристик образцов из магнитомягких материалов и делает невозможным измерение значений параметров магнитного поля готовых электротехнических изделий.
Также известен способ подстановки [Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - М.: Энергия, 1969. - С. 272-273.], состоящий в том, что в цепь генератора синусоидального напряжения включается или обмотка, нанесенная на испытуемый образец тороидальной формы, или известные переменные индуктивность L0 и безреактивное сопротивление r; так же, последовательно с генератором синусоидального напряжения включаются амперметр средних значений (измеритель тока) и переменные индуктивность L и конденсатор С (переменный управляемый конденсатор); сначала, при включенной в цепь генератора синусоидального напряжения обмотки испытуемого образца, с помощью переменных индуктивности L и конденсатора С, цепь настраивается в резонанс, что отмечается по максимальной величине тока в намагничивающей цепи; затем в цепь, вместо обмотки испытуемого образца, включается известные переменные индуктивность L0 и безреактивное сопротивление r и с их помощью цепь снова настраивается в резонанс, причем, изменяя безреактивное сопротивление r добиваются той же величины тока в цепи (при этом установленные величины L и С изменять нельзя); в момент резонанса неизвестная индуктивность обмотки испытуемого образца Lx=L0, зная величину индуктивности L0 рассчитывают максимальную индукцию в образце Вмакс, Тл, по формуле:
где I - ток по амперметру средних значений, A, w - число витков обмотки испытуемого образца, S - площадь поперечного сечения испытуемого образца, м2.
Соответствующие значения напряженности магнитного поля Нмакс в образце определяется по формуле:
К недостаткам данного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, ввиду допустимости использования сигналов тока и напряжения для определения значений магнитного поля Вмакс и Нмакс только для образцов тороидальной формы, что делает невозможным измерение значений параметров магнитного поля объектов сложной формы, в том числе готовых электротехнических изделий, а также необходимость нанесения на испытуемый образец измерительной катушки. Кроме того, определение максимальной магнитной индукции и коэрцитивной силы по среднему значению тока в намагничивающей цепи (формулы (3) и (4)) обеспечивает приемлемую погрешность только при синусоидальном изменении намагничивающего тока, в области малых магнитных полей, но при насыщении испытуемого образца, когда ток становится несинусоидальным, расчет по этим формулам вносит большую погрешность.
Также известен способ для измерения значений параметров магнитного поля без нанесения измерительной обмотки [Испытание магнитных материалов и систем / Е.В. Комаров, А.Д. Покровский, В.Г. Сергеев, А.Я. Шихин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 243-244.], состоящий в том, что образец тороидальной формы помещается в намагничивающую катушку, намагничивающая катушка подключается к источнику питания; определяется сигнал тока в намагничивающей катушке, например, как напряжение на специальном сопротивлении, включенном в намагничивающую цепь (шунте); напряжение на выходе источника питания Uг измеряется. Данное напряжение определяется выражением:
где I - ток, протекающий через намагничивающую катушку; Rн - активная составляющая сопротивления намагничивающей цепи; dФ - изменение магнитного потока, пронизывающего намагничивающую катушку за время dt; k - коэффициент, определяемый количеством витков намагничивающей катушки, длиной средней линии испытуемого образца и его площадью поперечного сечения.
Исходя из (5) формула для расчета магнитного потока в испытуемом образце имеет вид:
Активную составляющую Rн намагничивающей цепи, включающую активную часть сопротивления намагничивающей катушки, сопротивления для измерения тока и выходного сопротивления источника питания, предварительно определяют и потом используют при вычислении магнитного потока. Магнитная индукция в образце определяется пропорционально магнитному потоку Ф, напряженность магнитного поля в образце определяется пропорционально току в намагничивающей катушке.
К недостаткам данного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, ввиду допустимости использования сигналов тока и напряжения для определения значений магнитного поля Вмакс и Нмакс только для образцов тороидальной формы, что делает невозможным измерение значений параметров магнитного поля объектов сложной формы, в том числе готовых электротехнических изделий. Кроме того, недостатком данного способа, является то, что в процессе измерения, вследствие протекания по намагничивающей обмотке тока, происходит ее нагрев, а увеличение температуры намагничивающей обмотки вызывает увеличение активной составляющей Rн ее сопротивления. Тогда выражение (6), по которому вычисляется магнитный поток, реализуется не корректно, что вносит значительную, накапливающуюся в процессе интегрирования, погрешность в результат измерения.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран способ для измерения значений параметров магнитного поля при испытании магнитомягких материалов, не требующий нанесения измерительной обмотки и учитывающий изменение активной составляющей сопротивления намагничивающей обмотки, представленный в патенте на изобретение RU 2390789, состоящий в том, что ферромагнитный объект тороидальной формы помещается в намагничивающую катушку, намагничивающая катушка подключается к источнику питания; намагничивающая катушка, нанесенная на ферромагнитный объект питается трапециевидным напряжением и таким образом создают условия для формирования магнитного потока; определяется сигнал тока в намагничивающей катушке, например, как напряжение на специальном сопротивлении, включенном в намагничивающую цепь (шунте); измеряется сигнал напряжения на выходных клеммах источника питания; с использованием формулы (6) рассчитываются значения магнитного потока в исследуемом ферромагнитном объекте. При постоянстве тока в намагничивающей катушке, перестает изменяться магнитный поток Ф, пронизывающий намагничивающую катушку, то есть в это время можно определить активную составляющую Rн сопротивления намагничивающей обмотки как отношение напряжения источника питания и тока, протекающего в шунте. Таким образом, активную составляющую Rн намагничивающей цепи, включающую активную часть сопротивления намагничивающей катушки, сопротивления для измерения тока и выходного сопротивления источника питания, определяют в процессе испытаний образца и используют при вычислении магнитного потока. Магнитная индукция в образце определяется пропорционально магнитному потоку Ф, напряженность магнитного поля в образце определяется пропорционально току в намагничивающей катушке.
К недостаткам данного способа следует отнести ограниченные функциональные возможности, ввиду допустимости использования сигналов тока и напряжения для определения значений магнитного поля Bмакс и Нмакс только для образцов тороидальной формы, что делает невозможным измерение значений параметров магнитного поля объектов сложной формы.
Задачей изобретения расширение функциональных возможностей, путем обеспечения возможности измерения значений параметров магнитного поля ферромагнитных объектов сложной формы.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе для измерения значений параметров магнитного поля при испытании магнитомягких материалов, не требующего нанесения измерительной обмотки и учитывающего изменение активной составляющей сопротивления намагничивающей обмотки, включающем: подключение намагничивающей катушки, нанесенной на исследуемый ферромагнитный объект к источнику питания и создание таким образом условия для формирования магнитного потока; определение сигнала тока в намагничивающей катушке, например, как напряжения на специальном сопротивлении, включенном в намагничивающую цепь (шунте); измерение сигнала напряжения на выходных клеммах источника питания; расчет активной части сопротивления намагничивающей катушки, сопротивления для измерения тока и выходного сопротивления источника питания при постоянстве тока в намагничивающей катушке как отношения напряжения источника питания и тока, протекающего в шунте и вычисление магнитного потока в исследуемом ферромагнитном объекте с использованием полученных значений, предусмотрены следующие отличия: для рассчитанного магнитного потока томографическим методом определяют распределение характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта (например, магнитной проницаемости), и, основываясь на знании значений характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта, путем математического моделирования вычисляют искомые измерительные параметры его магнитного состояния при заданном значении тока в намагничивающей катушке - уровень магнитной индукции и напряженности магнитного поля в подлежащих контролю точках и объемах изделия.
Сущность предложенного способа томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы заключается в следующем
(а) обмотку, нанесенную на испытуемый образец, подключают к источнику питания и таким образом создают условия для формирования магнитного потока,
(б) сигнал тока в намагничивающей катушке определяется как напряжение на специальном сопротивлении, включенном в намагничивающую цепь (шунте), сигнал напряжения измеряют на выходных клеммах источника питания,
(в) активную часть сопротивления намагничивающей катушки, сопротивления для измерения тока и выходного сопротивления источника питания, рассчитывают при постоянстве тока в намагничивающей катушке как отношение напряжения источника питания и тока, протекающего в измерительном шунте,
(г) результаты этапов (а)-(в) используют при вычислении магнитного потока,
(д) для сформированного магнитного потока томографическими методами определяют распределение характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта (например, магнитной проницаемости), например, итерационным способом:
1. Задаются математической моделью, описывающей процессы в исследуемом ферромагнитном объекте, при известных геометрических параметрах испытуемого образца , и начальными приближениями - значениями магнитной проницаемости его подобластей
2. С помощью математической модели решают прямую задачу и находят значения магнитного потока в области исследуемого ферромагнитного объекта, соответствующей измеренным значениям магнитного потока Фэ.
4. Проверяют выполнение условия Ji≤ε, где ε - точность определения минимума функционала Ji.
5. Если условие п. 4 выполняется, то решение получено и равно . В противном случае, применяя градиентный метод минимизации функционала J, находят следующее приближение . При этом используется соотношение , где [α] - некоторая диагональная матрица шагов.
(е) основываясь на знании значений характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта, путем математического моделирования вычисляют искомые измерительные параметры его магнитного состояния при заданном значении тока в намагничивающей катушке - уровень магнитной индукции и напряженности магнитного поля в подлежащих контролю точках и объемах изделия.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: за счет замены этапа расчета магнитной индукции и напряженности магнитного поля по измеренным значениям тока и напряжения этапом томографического определения распределения характеристической величины (магнитной проницаемости), включающем математическое моделирование, становится возможным учитывать в измерительной процедуре форму исследуемого ферромагнитного объекта.
Изобретение позволяет определять значения параметров магнитного поля, характеризующие магнитное состояние ферромагнитных объектов сложной (тороидальной и отличной от тороидальной) формы.
Claims (1)
- Способ томографического измерения магнитного состояния материала электротехнического изделия, включающий: подключение намагничивающей катушки, нанесенной на исследуемый ферромагнитный объект к источнику питания и создание, таким образом, условия для формирования магнитного потока; определение сигнала тока в намагничивающей катушке, например, как напряжения на специальном сопротивлении, включенном в намагничивающую цепь (шунте); измерение сигнала напряжения на выходных клеммах источника питания; расчет активной части сопротивления намагничивающей катушки, сопротивления для измерения тока и выходного сопротивления источника питания при постоянстве тока в намагничивающей катушке как отношения напряжения источника питания и тока, протекающего в шунте, и вычисление магнитного потока в исследуемом ферромагнитном объекте с использованием полученных значений, отличающийся тем, что для рассчитанного магнитного потока томографическим методом определяют распределение характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта (например, магнитной проницаемости), и, основываясь на знании значений характеристического параметра исследуемого ферромагнитного объекта, путем математического моделирования вычисляют искомые измерительные параметры его магнитного состояния при заданном значении тока в намагничивающей катушке - уровень магнитной индукции и напряженности магнитного поля в подлежащих контролю точках и объемах изделия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107872A RU2686404C1 (ru) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107872A RU2686404C1 (ru) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2686404C1 true RU2686404C1 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=66314596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018107872A RU2686404C1 (ru) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2686404C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998037808A1 (en) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Uri Rapoport | Method and apparatus for detecting a magnetically responsive substance |
RU2390789C1 (ru) * | 2009-04-01 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Устройство для измерения характеристик магнитомягких материалов |
RU2526598C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет приборостроения и информатики" | Способ электромагнитного контроля полой детали типа лопатки газотурбинного двигателя |
RU2624315C2 (ru) * | 2011-11-16 | 2017-07-03 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ оказания влияния и обнаружения магнитных частиц, имеющие большое поле зрения |
-
2018
- 2018-03-02 RU RU2018107872A patent/RU2686404C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998037808A1 (en) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Uri Rapoport | Method and apparatus for detecting a magnetically responsive substance |
RU2390789C1 (ru) * | 2009-04-01 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Устройство для измерения характеристик магнитомягких материалов |
RU2624315C2 (ru) * | 2011-11-16 | 2017-07-03 | Конинклейке Филипс Н.В. | Устройство и способ оказания влияния и обнаружения магнитных частиц, имеющие большое поле зрения |
RU2526598C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет приборостроения и информатики" | Способ электромагнитного контроля полой детали типа лопатки газотурбинного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108027409A (zh) | 时域mri | |
Huo et al. | Residual flux measurement of the single-phase transformer based on transient current method | |
Gorecki et al. | Improved method for measuring power losses in the inductor core | |
RU2686404C1 (ru) | Способ томографического измерения магнитного состояния ферромагнитных объектов сложной формы | |
Pólik et al. | Measuring and control the hysteresis loop by using analog and digital integrators | |
CN108363029A (zh) | 直流电流传感器的校准系统和校准方法 | |
Abdallh et al. | Magnetic material identification in geometries with non-uniform electromagnetic fields using global and local magnetic measurements | |
RU2727071C1 (ru) | Устройство регистрации гистерезисных петель | |
RU2421748C2 (ru) | Способ испытания изделий из магнитомягких материалов | |
Weyand | Maintenance and dissemination of the magnetic field unit at PTB | |
Bui et al. | Characterization and modeling of a current transformer working under thermal stress | |
CN106019072B (zh) | 罗氏线圈集中参数的测量方法 | |
Grandi et al. | Magnetic-field transducer based on closed-loop operation of magnetic sensors | |
Alatawneh et al. | Calibration of the tangential coil sensor for the measurement of core losses in electrical machine laminations | |
Baguley et al. | Unusual effects measured under DC bias conditions on MnZn ferrite material | |
Zucca et al. | A voltage calibration chain for meters used in measurements of EV inductive power charging | |
US3534254A (en) | Method for measuring the magnetoelastic coefficient and difference in anisotropy field in ferromagnetic material | |
Balaev et al. | Implementation of the Astrov method for measuring the ME E effect with the use of a vibrating-coil magnetometer | |
Herceg et al. | Application of current transformer for normal magnetization curve determination | |
EP3588121B1 (en) | Magnetic resonance fingerprinting method | |
Ionita et al. | Correction of measured magnetization curves using finite element method | |
RU2532858C2 (ru) | Способ измерения толщины неферромагнитного электропроводящего покрытия стали | |
Lu et al. | Development of characteristic test system for GMR sensor | |
RU2685571C1 (ru) | Устройство для измерения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток двухобмоточного трансформатора | |
de Moraes et al. | A low-cost hysteresigraph for plotting magnetization curve and characterizing of toroidal ferromagnetic cores using a new mathematical modeling |