RU99188U1

RU99188U1 - SUPPLIED MAGNETIC DEVICE

Info

Publication number: RU99188U1
Application number: RU2009125501/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Захаров; Сергей Михайлович Молин
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2010-11-10

Abstract

1. Приставное магнитное устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, содержащее двухполюсный источник магнитного поля с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства, измеритель магнитного поля, установленный у одного из полюсов источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, отличающееся тем, что источник магнитного поля выполнен без магнитопровода в виде одной или нескольких катушек с последовательно-согласным соединением по отношению к магнитному полю источника. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вторым измерителем магнитного поля с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, установленным у другого полюса источника магнитного поля симметрично по отношению к первому измерителю, причем измерители включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника. 1. Attached magnetic device for determining the coercive force of ferromagnetic products, containing a bipolar source of magnetic field with poles adjacent to the working surface of the device, a magnetic field meter installed at one of the poles of the source, with an axis of sensitivity perpendicular to the working surface of the device, characterized in that the magnetic field source is made without a magnetic circuit in the form of one or more coils with a series-consistent connection with respect to the magnetic field of the source ika. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a second magnetic field meter with a sensitivity axis perpendicular to the working surface of the device mounted at the other pole of the magnetic field source symmetrically with respect to the first meter, and the meters are connected in series with each other the magnetic field of the source.

Description

Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применено, например, для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.The invention relates to the field of measuring the magnetic parameters of ferromagnetic materials and can be used, for example, to determine the properties and stress-strain state of various ferromagnetic products.

Известны приставные (накладные) магнитные устройства (ПМУ) для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров [1]. Они содержат разомкнутый П- или С-образный магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленными на нем одной или двумя катушками (обмотками), соединенными с источником питания, и преобразователь (измеритель) магнитного поля, соединенный с источником возбуждения и преобразования сигнала. При определении коэрцитивной силы устройство устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого в катушку подается ток размагничивания (компенсации) и производится отсчет тока, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.Known attached (overhead) magnetic devices (PMU) for determining the coercive force of ferromagnetic materials on samples and products of various shapes and sizes [1]. They contain an open P- or C-shaped magnetic circuit, closed by a controlled product, with one or two coils (windings) installed on it, connected to a power source, and a magnetic field transducer (meter) connected to a source of excitation and signal conversion. When determining the coercive force, the device is installed on the controlled product, the magnetizing current is supplied to the coil of the magnetic circuit from the power source, after turning off the magnetizing current (compensation) is supplied to the coil and the current is proportional to the coercive force of the controlled product.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является ПМУ в составе магнитометрического блока аппаратуры для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий [2]. Оно содержит двухполюсный источник магнитного поля в виде разомкнутого магнитопровода, замыкаемого контролируемым изделием, с обмоткой (катушкой) перемагничивания и измеритель магнитного поля, установленный у одного из полюсов источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства (поверхности контролируемого изделия). При определении коэрцитивной силы ПМУ устанавливается на предварительно намагниченный участок контролируемого изделия либо на заданный участок намагниченной полосы изделия, в катушку магнитопровода подается ток размагничивания (компенсации) и производится отсчет тока, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.Closest to the proposed invention, the technical solution is PMU as part of a magnetometric unit of equipment for determining the coercive force of ferromagnetic products [2]. It contains a bipolar magnetic field source in the form of an open magnetic circuit closed by a controlled product, with a magnetization reversal coil (coil) and a magnetic field meter installed at one of the source poles, with a sensitivity axis perpendicular to the device’s working surface (surface of the controlled product). When determining the coercive force, the PMD is installed on a pre-magnetized section of the controlled product or on a given section of the magnetized strip of the product, the demagnetization current (compensation) is supplied to the coil of the magnetic circuit and the current is proportional to the coercive force of the controlled product.

Недостатком известных устройств является сложность, обусловленная наличием магнитопровода в источнике магнитного поля, а также низкая точность определения коэрцитивной силы контролируемых изделий и необходимость дополнительных регулировок аппаратуры из-за влияния магнитных параметров (магнитной проницаемости и коэрцитивной силы) магнитопровода на результаты измерений.A disadvantage of the known devices is the complexity due to the presence of the magnetic circuit in the source of the magnetic field, as well as the low accuracy of determining the coercive force of the controlled products and the need for additional adjustments of the equipment due to the influence of magnetic parameters (magnetic permeability and coercive force) of the magnetic circuit on the measurement results.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение устройства и повышение точности определения коэрцитивной силы контролируемых ферромагнитных изделий.The present invention is aimed at simplifying the device and improving the accuracy of determining the coercive force of controlled ferromagnetic products.

Указанный технический результат достигается тем, что в приставном магнитном устройстве, содержащем двухполюсный источник магнитного поля с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства, измеритель магнитного поля, установленный у одного из полюсов источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, согласно изобретению, источник магнитного поля выполнен без магнитопровода в виде одной или нескольких катушек с последовательно-согласным соединением по отношению к магнитному полю источника. Кроме того, устройство снабжено вторым измерителем магнитного поля с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, установленным у другого полюса источника магнитного поля симметрично по отношению к первому измерителю, причем измерители включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника.The specified technical result is achieved by the fact that in the attached magnetic device containing a bipolar magnetic field source with poles adjacent to the working surface of the device, a magnetic field meter installed at one of the poles of the source, with the sensitivity axis perpendicular to the working surface of the device according to the invention, the source the magnetic field is made without a magnetic circuit in the form of one or more coils with a series-consistent connection with respect to the magnetic field of the source. In addition, the device is equipped with a second magnetic field meter with a sensitivity axis perpendicular to the working surface of the device mounted at the other pole of the magnetic field source symmetrically with respect to the first meter, and the meters are connected in series with respect to the magnetic field of the source.

Выполнение источника магнитного поля без магнитопровода, в виде одной или нескольких катушек с последовательно-согласным соединением по отношению к магнитному полю источника, позволяет упростить устройство, уменьшить его габариты и вес. Повышается точность определения коэрцитивной силы контролируемых изделий и отпадает необходимость специальных регулировок, поскольку устраняется составляющая тока компенсации, связанная с длиной магнитопровода, величиной коэрцитивной силы и магнитной проницаемости его материала. Кроме того, устранение ферромагнитного магнитопровода позволяет увеличить быстродействие аппаратуры при использовании системы автоматического измерения тока компенсации.The implementation of the source of the magnetic field without a magnetic circuit, in the form of one or more coils with a series-consistent connection with respect to the magnetic field of the source, allows to simplify the device, reduce its dimensions and weight. The accuracy of determining the coercive force of controlled products increases and the need for special adjustments disappears, since the component of the compensation current associated with the length of the magnetic circuit, the value of the coercive force and the magnetic permeability of its material is eliminated. In addition, the elimination of the ferromagnetic magnetic circuit allows you to increase the speed of the equipment when using the system of automatic measurement of the compensation current.

Введение второго измерителя магнитного поля, установленного в другом полюсе источника магнитного поля симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, с последовательно-согласным включением измерителей по отношению к магнитному полю источника обеспечивает устранение влияния на показания аппаратуры внешних магнитных полей (например, поля Земли). Кроме того, увеличивается общий сигнал с измерителей магнитного поля, что повышает точность отсчета тока компенсации, соответствующего заданному значению сигнала.The introduction of a second magnetic field meter installed in the other pole of the magnetic field source symmetrically to the meter installed in the first pole with sequentially-consistent inclusion of the meters with respect to the magnetic field of the source eliminates the influence of external magnetic fields (for example, the Earth's field) on the readings of the equipment. In addition, the overall signal from the magnetic field meters is increased, which increases the accuracy of the readout of the compensation current corresponding to the given signal value.

Приставное магнитное устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство с одной катушкой; на фиг.2 - с двумя катушками; на фиг.3 - с тремя катушками; на фиг.4 - направление магнитного потока остаточного намагничения контролируемого изделия; на фиг. 5 - магнитная цепь вдоль трубки магнитного потока остаточного намагничения изделия, проходящей через измеритель магнитного поля; на фиг.6 - то же для магнитного потока катушки (системы катушек).Attached magnetic device is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a device with a single coil; figure 2 - with two coils; figure 3 - with three coils; figure 4 - the direction of the magnetic flux of the residual magnetization of the controlled product; in FIG. 5 is a magnetic circuit along a magnetic flux tube of a residual magnetization of an article passing through a magnetic field meter; Fig.6 is the same for the magnetic flux of the coil (coil system).

Устройство состоит из двухполюсного источника магнитного поля в виде одной катушки 1 (фиг.1) или нескольких катушек (фиг.2, 3) с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства (поверхности со стороны контролируемого изделия), а также измерителя 2 магнитного поля, установленного у одного из полюсов источника (фиг.1), с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. При использовании нескольких катушек их соединяют последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника. Источник магнитного поля может быть выполнен в виде одной катушки П- или С-образной формы (на фигурах не показаны). Устройство может быть снабжено вторым измерителем магнитного поля (фиг.2, 3) с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, установленным у другого полюса источника магнитного поля симметрично по отношению к первому измерителю, причем измерители включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника.The device consists of a bipolar magnetic field source in the form of a single coil 1 (Fig. 1) or several coils (Figs. 2, 3) with poles adjacent to the working surface of the device (the surface from the side of the controlled product), as well as a magnetic field meter 2, installed at one of the poles of the source (figure 1), with an axis of sensitivity perpendicular to the working surface of the device. When using multiple coils, they are connected in series according to the magnetic field of the source. The magnetic field source can be made in the form of a single coil of a U- or C-shape (not shown in the figures). The device can be equipped with a second magnetic field meter (figure 2, 3) with a sensitivity axis perpendicular to the working surface of the device mounted at the other pole of the magnetic field source symmetrically with respect to the first meter, and the meters are connected in series with the magnetic field of the source .

Приставное магнитное устройство работает следующим образом. После предварительного намагничивания контролируемого изделия с помощью двухполюсного намагничивающего устройства (электромагнита или постоянного магнита, пунктир на фиг.4) над изделием образуется магнитное поле остаточного намагничения (направление магнитного потока намагниченного изделия Ф_и показано на фиг.4). При размещении ПМУ над намагниченным участком изделия (или при перемещении устройства над намагниченной полосой изделия в передвижных коэрцитиметрах [2]) в катушки 1 (фиг.1-3) подается ток, создающий в месте расположения измерителей 2 магнитного поля магнитный поток компенсации Ф_к, направленный навстречу магнитному потоку Ф_и намагниченного изделия, проходящему через измерители (точки А и А' на фиг.4). При равенстве указанных потоков (показания измерителей 2 равны нулю) производится отсчет тока компенсации I_к=I_к0. Покажем, что ток I_к0 прямо пропорционален коэрцитивной силе контролируемого изделия.Attached magnetic device operates as follows. After premagnetising controlled product via a two-pole magnetizer (electromagnet or permanent magnet, dotted in Figure 4) over the magnetic field formed product of residual magnetization (direction of magnetic flux of the magnetized articles _and F shown in Figure 4). When placing the PMD over the magnetized section of the product (or when moving the device over the magnetized strip of the product in mobile coercimeters [2]), a current is applied to the coils 1 (Figs. 1-3), which creates a compensation magnetic flux Φ _k at the location of the magnetic field meters 2, directed towards the magnetic flux Φ _{and the} magnetized product passing through the meters (points A and A 'in Fig. 4). If these flows are equal (the readings of meters 2 are equal to zero), the compensation current I _k = I _{k0 is} counted. We show that the current I _{k0 is} directly proportional to the coercive force of the controlled product.

Рассмотрим магнитные цепи трубок магнитного потока, проходящих через измерители 2 магнитного поля (например, через активный элемент преобразователя Холла или через сердечник феррозонда), соответственно от намагниченного изделия (трубка потока, проходящая через точки А и А' на фиг.4) и источника 1 компенсирующего магнитного поля (фиг.1-3). Магнитная цепь трубки потока намагниченного изделия (фиг.5) состоит из источника - магнитодвижущей силы (м.д.с.) F_c магнитного потока Ф_и и двух последовательно соединенных магнитных сопротивлений - магнетика R_c и воздуха R₁. Здесь F_c = H_cl_C, где Н_с - коэрцитивная сила на предельной петле гистерезиса изделия (в предположении, что контролируемый участок изделия намагничивался приставным магнитом или электромагнитом до технического насыщения), l_с - средняя длина магнитной силовой линии в трубке потока Ф_и. Магнитная цепь трубки потока Ф_к (фиг.6) от катушки или системы катушек (общее число витков W) с током I_к состоит из м.д.с. WI_к и двух последовательно соединенных магнитных сопротивлений - магнетика R_м и воздуха R₂. В соответствии с законом Кирхгофа для магнитных цепей имеем:Consider the magnetic circuit of the magnetic flux tubes passing through the magnetic field meters 2 (for example, through the active element of the Hall transducer or through the core of the flux gate), respectively, from the magnetized product (flux tube passing through points A and A 'in Fig. 4) and source 1 compensating magnetic field (Fig.1-3). The magnetic flux circuit of the magnetized tube products (5) consists of a source - the magnetomotive force (m.d.s.) F _c _and the magnetic flux F and the two series-connected magnetic resistances - magnet R _c R ₁ and air. Here F _c = H _c l _C , where H _c is the coercive force at the limit hysteresis loop of the product (assuming that the controlled part of the product was magnetized by an attached magnet or electromagnet before technical saturation), l _c is the average length of the magnetic field line in the flow tube Ф _and . The magnetic circuit of the flow tube Ф _к (Fig. 6) from a coil or a system of coils (total number of turns W) with a current I _k consists of ppm WI _k and two series-connected magnetic resistances - magnet R _m and air R ₂ . In accordance with Kirchhoff’s law for magnetic circuits, we have:

Ф_и=F_с/(R_с+R₁);Φ _u = F _c / (R _c + R ₁ );

Ф_к=WI_к/(R_м+R₂).Ф _к = WI _к / (R _m + R ₂ ).

При равенстве потоков Ф_и и Ф_к получаем:In case of equal flow F _u and F _to obtain

WI_к0=F_с(R_м+R₂)/(R_с+R₁).WI _k0 = F _s (R _m + R ₂ ) / (R _s + R ₁ ).

Поскольку магнитные сопротивления магнетика значительно меньше соответствующих магнитных сопротивлений воздуха (R_м<<R₂, a R_с<<R₁), то имеем:Since the magnetic resistances of a magnet are much less than the corresponding magnetic resistances of air (R _m << R ₂ , a R _с << R ₁ ), we have:

WI_к0≈F_сR₂/R₁=H_сl_сR₂/R₁,WI _k0 ≈F _with R ₂ / R ₁ = H _with l _with R ₂ / R ₁ ,

т.е. м.д.с. (ампер-витки) катушек в момент компенсации магнитного поля практически прямо пропорциональны коэрцитивной силе контролируемого изделия.those. m.s. (ampere-turns) of the coils at the time of magnetic field compensation are almost directly proportional to the coercive force of the controlled product.

Для исключения (снижения) влияния внешних магнитных полей на показания ПМУ симметрично измерителю 2 магнитного поля, установленному в одном из полюсов (фиг.1), может быть дополнительно установлен измеритель, расположенный в другом полюсе (фиг.2, 3), с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. Измерители соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю катушки, т.е. последовательно-встречно по отношению к внешним однородным магнитным полям, чем достигается устранение их влияния на показания устройства.To exclude (reduce) the effect of external magnetic fields on the PMU readings symmetrically to the magnetic field meter 2 installed in one of the poles (Fig. 1), a meter located in the other pole (Figs. 2, 3) with the sensitivity axis can be additionally installed perpendicular to the working surface of the device. The meters are interconnected sequentially in accordance with the magnetic field of the coil, i.e. sequentially counter with respect to homogeneous external magnetic fields, thereby achieving the elimination of their influence on the readings of the device.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить повторные измерения на одном и том же намагниченном участке контролируемого изделия, поскольку, в отличие от устройств с ферромагнитным магнитопроводом, при подаче в катушку тока компенсации не происходит частичного размагничивания предварительно намагниченных областей изделия. Это, в свою очередь, повышает точность определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий.The present invention allows repeated measurements on the same magnetized area of the product to be monitored, because, unlike devices with a ferromagnetic magnetic circuit, when the compensation current is applied to the coil, partial demagnetization of the pre-magnetized areas of the product does not occur. This, in turn, increases the accuracy of determining the coercive force of ferromagnetic products.

Источники информацииInformation sources

1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.1. Gorkunov E.S., Zakharov V.A. Coercimeters with attached magnetic devices (overview). - Defectoscopy, 1995, No. 8, pp. 69-88.

2. Приставное устройство коэрцитиметра. Описание изобретения по патенту РФ № 2327180, G01R 33/12.2. Attachment device for coercimeter. Description of the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2327180, G01R 33/12.

Claims

1. Attached magnetic device for determining the coercive force of ferromagnetic products, containing a bipolar source of magnetic field with poles adjacent to the working surface of the device, a magnetic field meter installed at one of the poles of the source, with an axis of sensitivity perpendicular to the working surface of the device, characterized in that the magnetic field source is made without a magnetic circuit in the form of one or more coils with a series-consistent connection with respect to the magnetic field of the source ika.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a second magnetic field meter with a sensitivity axis perpendicular to the working surface of the device mounted at the other pole of the magnetic field source symmetrically with respect to the first meter, and the meters are connected in series with each other the magnetic field of the source.