SU920591A1 - Способ измерени остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы /его варианты/ - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к магнитоиэмеритальной , технике и может быть использовано дл  измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью, в частности стержневых сердечников электромагнитных устройств.

Известен импульсно-индукционный способ измерени  магнитных моментов феррообразцов, основанный на изме-рении приращени  потокосцеплени  с измерительной обмоткой, расположенной по всей длине испытуемого образца М .

Однако использование данного способа дл  измерени  остаточных магнитных моментов образцов св зано с р дом трудностей, так как-измерение потокосцеплени , по величине ко.торого определ етс  остаточный магнитный момент, достигаетс  только путём; сн ти  с образца измерительной обмотки, что значительно усложн ет процесс измерени  и затрудн ет его автоматизацию .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс -магнитометрический способ, -основанный на использовании функциональной зависимости между магнитной

индукцией пол , создаваемого образцом , и величиной его магнитного момента 2 . Согласно данному способу измер ют индукцию магнитного пол , создаваемого образцом., и определ ют остаточный магнитный момент mQ(.-rn из соотношени 

Гоостг k БОСТП /

где k - коэффициент, завис щий от

10 координат местонахождени  измерител  магнитной индукции относительно испытуемого образца, а также закона распределени  намагниченности по объему образца, определ емого его

15 формой, геометрическими размерами и магнитными свойствами (последние , в свою очередь, завис т от условий изготовлени  образца, способа термообработки, случай20 ных механических воздействий-и др.); оотп магнитна  индукци  пол , создаваемого остаточным магнитным йоментом образца в месте расположени  измерител  магнитной индукции.

25

Однако данный способ характеризуетс  недостаточной точностью. Это объ сн етс  тем, что коэффициент k, с использованием которого определ етс  остаточный магнитный момент об30 разца по величине измеренной магнитной индукции ПОЛЯ, зависит от характера распределени  намагниченности по объему образца, который в общем случае заранее известен. Это, в свою очередь, обуславливает значительную погрешность определени  коэффициента k, ci следовательно, и магнитного момента при рассто ни х между измери телем магнитной индукции и испытуемым образцом, соизмеримых с габаритными размерами последнего. При удалении измерител  магнитной индукции от образца вли ние рассматриваемого фактора снижаетс , однако приэтом происходит значительное уменьшение величины магнитной индукции, что приводит к снижению чувствительности и помехоустойчивости магнитометрического способа измерени  магнитны моментов. Целью из обретени   вл етс  повыше ние точности измерени  остаточных ма нитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно первому варианту способа измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы, основанного на измерении магнитной индукции пол , соз даваемого остаточным магнитным момен том образца, пропускают через намагничивающую обмотку знакопеременный ток с убывающей до нул  амплитудой, затем пропускают через намагничивающую обмотку посто нный ток, увеличива  его значение от нул  до установлени  тех же показаний, что и при измерении магнитной индукции, соответствующей остаточному магнитному моменту образца, измер ют, направление установленного тока и измер ют при этом приращениепотОкосцеплени  с измерительной обмотки, равномерно распределенной по всей длине образца а остаточный магнитный момент опреде л ют из соотношени  - -АИ. ос-т - .где приращение потокосцеплени  с измерительной обмоткой; i - длина образца; W - количество витков измерительной обмотки; jWo - магнитна  посто нна . Согласно второму варианту способа измерени  остаточных магнитных мо ментов ферромагнитных образцов разом кнутой формы, осйованного на измерении магнитной индукции пол , создаваемого остаточным магнитным моментом образда, пропускают через намаг  ичивающую обмотку ток, соответствую щий линейной части зависимости индук цки магнитного пол  от тока в намаг ничивающей обмотке измер ют магнитну индукцию пол  BY , направление намагничивающего тока, измер ют при этом приращение потокосцеплени  с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, измер ют магнитную индукцию пол  Bf, а остаточный магнитный момент образца определ ют из соотношени  ДУ- е в остл ° 7v5TBl где л V - приращение потокосцеплени  с измерительной обмоткой; - длина образца; W - количество витков измерительной обмотки; магнитна  посто нна ; iBq. - магнитна  индукци  пол , создаваемого остаточным магнитным моментом образца; В и БЗ. - магнитные индукции полей , создаваемых образцом при протекании тока в намагничивающей обмотке в пр мом и обратном направлени х соответственно . Оба варианта способа предназначены дан измерени  остаточных м&гнит ых моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной проницаемостью и основаны на измерении величин магнитной индукции полей, создаваемых остаточным маг-, нитным моментом образца и магнитным моментом образца, помещенных в намагничивающую обмотку с током, а также измерении приращени  потокосцеплени  с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине испытуемого образца, при изменении направлени  тока в намагничивающей обмотке. Преимуществом первого способа измерени  остаточных магнитных моментов  вл етс  меньшее количество операций измерени  индукции.магнитного пол , преимуществом второго способа  вл етс  упрощение за счет- отсутстви  операции размагничивани  образца знакопеременным полем с убываю- щей до нули амплитудой. На чертеже изображена структурна , схема устройства дл  осуществлени  способа. Рассмотрим первый вариант способа измерени  остаточных магнитных моментов Ферромагнитных образцов разомкнутой формы с высокой магнитной ПроницаемЬстью по операци м. 1. Измер ют индукцию магнитного пол , создаваемого образцом с остаточной намагниченностью. Индукци  магнитного пол  Вдс-т зависимости от остаточного магнитного момента образца Гоостп определ етс  как п га остпп °ост - V ч В качестве измерител  магнитной индукции может быть использован., пример, феррозондовый магнитометр. Расположение измерител  магнитной индукции относительно испытуемого о разца произвольно, но неизменно в т чении всего процесса определени  ос таточного магнитного момента. Выбйраетс  это расположение, исход  из требуемых чувствительности при изме рении остаточных магнитных моментов образцов (котора  увеличиваетс  при приближении измерител  к испытуемому образцу) и чувствительности измерител  магнитной индукции. 2.В намагничивающую обмотку, -, внутри которой расположен иаалтуэмый образец, подают знакопеременный ток с убывающей до нул  амплитудой, что приводит к уменьшению до нул  остаточного магнитного момента образца, т.е. к его .размагничиванию. 3.В намагничивающую обмотку подают ток,- величина которого устанавливаетс  такой, чтобы показание измерител  магнитной индукции было рав но показанию, полученному при выполнении операций (расположение нзмё- . рител  индукции остаетс  тем же, что и при выполнении операции 1). В этом случае создаетс  опорный магнитный момент т0, численно равный остатрч , ному магнитному моменту тостп, так как коэффициент-k в выражении (1, св зывающий магнитную индукцию и магнитный момент, остаетс  неизменным при выполнении операций 1 и.-З,; а в. качестве источника магнитног э .по л  служит один и тот же образец. Маг нитна  индукци  пол  ЕО, создаваема  опорным магнитным моментом гп, . в,. .(2)V Поскольку, согласно данному способу BO ВОСТР г а коэффициент .остаетс  неизменным, то сравнива  соотноше ни  (1) и (2), получим k- m рстп „ mQ k- BO k-Boc-m, 4. В намагничивающей обмотке изме н ют направление тока, оставл   Неизменной его величину, которую определ ют при выполнении операции 3. 5. При изменении направлени  тока в намагничивающей обмотке измер ют величину приращени  потокосцеплен   с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца . Измеренное значение потокосцепле НИН пропорционально опорному магнитному моменту образца. Так, приращение потокорцеплени  при перемагничивании образца в обр атное направление (при измерении направлени  тока в намагничивающей обмотке) определ етс  выражением: 2 t BdV, () - количество витков в измерительной обмотке; t,S,V - длина, сечение и объем образца соответственно; В - магнитна  индукци  в образце . Учитыва , что дл  образцов с высокой магнитной проницаемостью .ВхУЙоМ, - магнитна  посто нна ; М - намагниченность, выражение (3) преобразуетс  в следующий вид: ф - -3 MdV л т - i ( VI Интеграл в выражении (3) равен опорному магнитному моменту образца , поэтому выражение дл  приращени  потокосцеплени  примет вид: о,. Л 1 - р то Кз полученного выражени  следует, что результат измерени  опорного маг нитного момента не зависит от характера распределени  намагниченности по объему образца. Таким образом, по результатам измерени  потокосцеплени  с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, можно определить опорный магнитный момент испытуемого образца и, следовательно, равный ему остаточный магнитный момент . По измеренному значению приращени  потокосцеплени  Л , использу  выражение (5), определ етс  остаточный магнитный момент Шостп/ численно равный опорному магнитному моменту Шо, i П1остп то A4-2/2JUoW. Если число витков измерительной обмотки W выбрать таким чтобы произ-: . е ведение равн лось единице, то показани  веберметра численно равны остаточному магнитному моменту испытуемого образца. Вез выполнени  операции 2, т.е. без размагничивани  образца, невозможно создание опорного магнитного момента, численно равного остаточному , так как при подаче в намагничивающую обмотку посто нного тока любой величины (кроме нулевой) создаетс  опорный магнитный момент больший или меньший остаточного магнитного момента . При высокой точности измерени  остаточных магнитных моментов сохран етс  высока чувствительность и помехоустойчивость способа измерени , поскольку измеритель магнитной индук ции может быть расположен в непосреД

ственной близости от испытуемого обраэца , где магнитна  индукци  пол  максимальна .

Рассмотрим второй вариант способа измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкну-5 той формы с высокой магнитной проницаемостью по операци м.

1.Измер ют индукцию магнитного пол , создаваемого образцом с остаточной намагниченностью. Индукци  10 магнитного пол  определ етс  в данном случае выражением (1) . Выбор места расположени  измерител  магнитной индукции производитс  так же, как и

в первом варианте способа. -15

2.В намагничиваюс ую обмотку подают ток в условно положительном направлении и измер ют при этом индукцию магнитного пол  В , создаваемого суммой остаточного и опорного магнитных

моментов,

в -in p±-ss . (6)

Величину намагничивающего-тока выбирают такой, чтобы она соответство- 25 вала линейной части зависимости индукции магнитного пол  от тока в/ намагничивающей обмотке. Наличие линейной зависимости между указанными величинами объ сн етс  тем, что магиитна  проницаемость разомкнутых образцов в машнх пол х определ етс  коэффициентом размагничивани , вели-, чина которого при высоких значени х магнитной проницаемости вещества образца остаетс  посто нной, поэтому в пределах линейно} зависимости индукции магни- ного пол  от тока в катушке значение коэффициента k остаетс  посто нным. При приближении образца к насьпцению, магнитна  проницаемость 0/ его вещества уменьшаетс  и значение коэффициента размагничивани  мен етс . Максимальное значение намагничивающего тока, при котором не происходит изменение коэффициента размагнн- 45 чивани  и, следовательно, коэффициента k,  вл етс  верхней границей тока, создающего опорный магнитный момент. Нижн   граница определ етс , исход  из чувствительности измерите- 50 л  магнитного потокосцеплени , исполь зуемого в операции 4. В этих пределах и выбираетс  намагничивающий ток.

3.Измен ют направление тока в намагничивакицей обмотке на противополож55 ное (условно отрицательное направление тока}.

4.При изменении направлени  тока в нгшагничивающей обмотке измер ют прира1 ение потокосцеплени  дЧ,с из- 60 мерительной обмоткой, равномерно рас пределенной по всей длине испытуемого образца. Согласно выражению (5) приращение д У пропорцион ьно, опорному магнитному моменту тпд,

5. Измер ют магнитную индукцию пол  В2 при отрицательном направлении тока в намагничивающей обмотке. Величина В в этом случае пропорциональна остаточному магнитному моменту за вычетом опорного магнитного момента

тостп- о

(7)

Найдем разность между значени ми индукции BI и Bj,, использу  выражени  (6) и (7) ,

(8) изВыражени  (8) следует, что разность индукций В пропорциональна опорному магнитному моменту. Использу  (8), получим

V- 1 0/04

4,-Вг. Подставл   выражени  (5) и (9) в (1), получим

ПТостп - КЬосгп -Рпг- boc-m DI-DZ . .

гЬос-т , дУ.е - лУ-б boc-m ЬгЬг pTW ()

Полученное соотношение используетс  при определении остаточного магнитного момента образца.

Введение дополнительных операций: размагничивани  образца (в первом варианте), подачи тока определенной величины в нг1магничивающую обмотку, изменени  направлени  этого тока и измерени  при этом потокосцеплени / с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца , измерени  индукцией магнитных полей при пр мом и обратном направлени х указанного тока (во втором варианте ) - позвол ет повысить точность измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов с высокой магнитной проницаемостью. Повышение точности обусловлено, во-первых, тем что устран етс  составл юща  погрешности из-за неточного определени  коэффициента k, св зывающего магнитный момент и магнитную индукцию создаваемого им пол , поскольку результат измерени  остаточного магнитного момента не зависит от заданного коэффициента . Во-вторых, устран етс  составл юща  погр ности, обусловленна  характером распределени  нгмагниченности по объему образца, так как измер етс  непосредственно опорный маг нитный момент, равный (в первом варианте ) или пропорционсшьный (во втором варианте) остаточному магнитному моменту, с помощью измерительной обмотки равномерно распределенной по всей длине образца. В то же

рем  дополнительна  составл юща  огрешности, возникающа  при измерении приращени  потокосцеплени , иметь незначительную величину.

Кроме того, введение ука,занных ополнительных операций позвол ет упростить подготовительные операции, так как не требуетс  точной установки (или определени ) рассто ни  .межу испытуемым образцом и магнитометром , необходимо лишь сохранить это -Ю рассто ние приiизмерени х магнитной индукции.. .

Устройство дл  реализации способа измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов содержит 15 источник 1 посто нного тока, переключатель 2, ключ 3, переменный резистор 4, амперметр 5, намагничивайщун) обмотку 6, испытуемый.образец 7, .измерительную обмотку 8, фёррозондовый маг-)Q нитометр 9, цифровой вольтметр 10 посто нного тока, ключ 11 и, веберметр 12.

В феррозондовом магнитометре 9 используют дифференциальный феррозонд , состо щий из двух фёрроэле- 25 ментов, длиной 50 мм, фёррозондовый преобразователь собран по известной схеме, включающей в себ  генератор синусоидального тока, избирательный усилитель, синхронный детектор/ В качестве регистрирующего прибора применен цифровой вольтметр 10 пбстр нного тока. Феррозонд располагаетс  во втором гауссовом положении, т.е. на оси, перпендикул рной продольной оси образца и проход щей через его 35 середину. Измерени  провод т при рассто ни х феррозонда, от образца равных 10, 15, 20, 25 см. В качестве образца используют пермалловый стержень длиной 500 мм, по всей, длине 40 которого расположена измерительна  обмотка 8.

Измерени  согласно первому варианту способа провод тс  следующим Образом. 45

Ключ 3 замкнут, ключ 11 разомкнут . Устанавливают переключатель 2 в положение 13, в результате чего поступающий в намагничивающую обмотку 6 ток намагничивает образец 7. Q Затем переключатель 2 устанавливают в положение 14, и намагничивающа  обмотка б обесточиваетс . При этом создаетс /остаточный магнитный момент , -величину которого необходимо с измерить. Образец находитс  в состо нии , соответствующем остаточному магнитному моменту. При помосчи вольтметра 10 регистрируют значение нэп- . р жени  с выхода феррозондовогр магнитометра 9, пропорциональное магнит- ной индукции создаваемого при этом пол . Переключатель 2 перекидивают из положени  13 в положение 15 и обратно п тнадцать раз. При этом каждый раз уменьшают напр жение вплоть 65

до нул , поступающее от источника 1 тока.

Ключ 3 и 11 разомкнуты, переключатель 2 находитс  в положении 13. Измен   сопротивление резистора 4, устанавливают значение намагничивающего тока, при котором показание вольтметра 10 соответствует показанию , указанному выше.

Ютю 3 разомкнут, ключ .11 замкнут . Перекидывают переключатель 2 в положение 15 и веберметром 12 измер ют приращение потокосцеплени  ЛУ с измерительной обмоткой 8. По полученному значению дУ определ ют маг нитный момент, численно равный остаточному магнитному моменту тцстл

m - А У-е

Из проведенных экспериментов следует , что полученные при различных рассто ни х значени  остаточного магнитного момента отличаютс  друг от друга не более, чем на 0,5%.

Согласно, второму варианту предлаг емого способа, измерени  провод тс  следующим образом.

Выполн ют первую и вторую операции , указанные выше.

Ключи 3 и 11 разомкнуты, переключатель 2 находитс  в положении 13. По намагничивающей обмотке б течет малый ток., ограниченный резистором 4 При помощи вольтметра 10 регистрируют напр жение с выхода магнитометра 9, пропорциональное индукции В.

1О1ЮЧ 3 разомкнут, ключ-11 замкнут . Перекидывают переключатель 2 в положение 15 и веберметром 12 измер ют приращение потокосцеплени  t. V с измерительной обмоткой 8.

При помощи вольтметра 10 регистрируют напр жение с выхода магнитометра 9, пропорциональное индукции Bj.. По полученным показани м расчитывают остаточный магнитный момент

Вог г

ГОг ° yUoW ()

Опреде.г1енйё остаточного магнитного момента образца по второму варианту производ т при подаче в намагничивающую катушку тока в 50,100, 150 раз меньшего намагничивающего тока. Максимальное отклонение измереных значений остаточного магнитного момента не превышает 0,3%.

Использование предлагаемого способа измерени  остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов с высокой магнитной проницаемостью обеспечивает по сравнению с известными способс1ми повышение точности измерени  при высоких чувствительности и помехоустойчивости, а также упрощение подготовительных операций.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Способ измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов разомкнутой формы, основанный на измерении магнитной индукции поля, создаваемого остаточным магнитным моментом образца, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, пропускают через намагничивающую обмотку знакопеременный ток с убывающей до нуля амплиту- Ю дой, затем пропускают через намагничивающую обмотку постоянный ток, увеличения его значение от нуля до установления тех же показаний, что и при измерении магнитной индукции, соот- 15 ветствующей остаточному магнитному моменту образца, изменяют направление установленного тока и измеряют приращение потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распре-20 деленной по всей¹¹ длине образца, а остаточный магнитный момент· определяют из соотношения αΨ· г соответствующий линейной части зависимости индукции магнитного поля ' от тока в обмотке, измеряют магнитную индукцию поля , изменяют, направление· намагничивающего тока, при этом измеряют приращение потокосцепления с измерительной обмоткой, равномерно распределенной по всей длине образца, измеряют магнитную индук цию поля В₂, а остаточный магнитный момент определяют из соотношения „ _ δΨ· Е · Вост ^raoc-m-~ где В _0С7Т7
2. 2>,W ' .

   приращение потокосцепления с измерительной обмоткой; длина образца;

   - количество витков измерительной обмотки;

   - магнитная постоянная.

   jliqW(B₄- Bj.) '

   - магнитная индукция поля, создаваемая образцом с остаточной намагниченностью;

   -магнитные индукции полей, создаваемых образцом при протекании тока в намагничивающей обмотке в прямом и обратном направлениях соответственно;

   - длина образца;

   - магнитная постоянная;

   - количество витков измерительной обмотки;

   ^й ' - приращение потокосцепления с измерительной обмоткой.

   и В₂

   W £¹ w

   ^тОСТП где δΨ - jWfl

   2. Способ измерения остаточных магнитных моментов ферромагнитных образцов'разомкнутой формы, основанный на измерении магнитной индукции, поля, создаваемого остаточным магнитным моментом образца, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, пропускают через намагничивающую обмотку ток,