МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ПЕРМЕАМЕТРА Российский патент 1997 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к магнитометрии, в частности к конструкции устройств, предназначенных для измерения свойств образцов магнитотвердых материалов и постоянных магнитов, и предназначено для использования в высокоточных установках испытания серий образцов одинаковых типоразмеров.

Известно устройство для испытания образцов МТМ и постоянных магнитов [1] содержащее замкнутую магнитную систему, содержащую намагничивающие и размагничивающие поля и преобразователи напряженности и индукции магнитного поля с подключенными к ним регистрирующими приборами.

Преобразователь индукции установлен в узкую щель, расположенную перпендикулярно к направлениям магнитного поля, выполненную в пластине из магнитотвердого текстурованного материала, боковая поверхность которой является продолжением боковой поверхности испытуемых образцов. Пластинка устанавливается между торцами испытуемых образцов и полюса магнитной системы.

Недостаток известного устройства заключается в низкой точности измерений, что объясняется сильно выраженной неоднородностью магнитного поля в объеме испытуемых образцов, вызванной резким перепадом площадей торцов испытуемых образцов и полюса магнитной системы. Вторая составляющая погрешности вызвана наличием пластины из магнитотвердого текстурованного материала в магнитной цепи испытуемых образцов. Это приводит к тому, что в данном устройстве по существу измеряются усредненные магнитные параметры испытуемых образцов и пластин со щелью.

Известно также устройство для измерения магнитной индукции постоянных магнитов [2] состоящее из магнитной системы с намагничивающими обмотками, к выводам которых подключен источник тока. В рабочий объем магнитной системы помещают испытуемый образец и состыкованный с ним в последовательную магнитную цепь гальваномагнитный преобразователь Холла, выполненный из такого же материала как и испытуемый образец, и имеющий такую же как и у испытуемого образца площадь сечения.

Недостаток второго известного устройства аналогичен недостатку первого.

К существенным недостаткам известных устройств следует также отнести перераспределение магнитного потока испытуемых образцов в полюсах магнитной системы при необходимости измерения параметров их кривых размагничивания, что приводит к рассеянию потока испытуемых образцов с большой площади полюсов магнитной системы и к значительным погрешностям измерений.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитная система электромагнита [3] предназначенного для работы в составе установки измерения магнитных свойств материалов постоянных магнитов и выполненного по рекомендациям возможных соотношений размеров испытуемых образцов и размеров торцов полюсных наконечников [4]
d + 1,21 < D_п; 2,5l < D_п,
где d диаметр испытуемого образца; l длина образца; D_п - диаметр или размер короткой стороны торца прямоугольного наконечника электромагнита.

Магнитная система электромагнита состоит из цельнометаллического литого ярма, имеющего окна для установки преобразователей и испытуемых образцов, из двух кернов с конусностью 84^o. Внутри каждого из кернов расположены подвижные полюса с резьбовыми поверхностями, на которые навинчены гайки перемещения и фиксации полюсов.

Недостаток устройства-прототипа заключается в высоких погрешностях измерений, вносимых в результате измерений параметров образцов в составе установки, используемой для измерения магнитных свойств материалов постоянных магнитов. Указанный недостаток объясняется заложенным в основу конструкции магнитной системы электромагнита положением о необходимости выполнения полюсов с большой площадью их торцов. Следствием использования данного положения являются три фактора, значительно влияющие на точность измерений.

Первый, основной фактор, существенно снижающий точность измерений образцов, установленных между торцами полюсов с площадью, значительно большей площади сечения испытуемых образцов, заключается в выраженной неоднородности поля в объеме испытуемых образцов, особенно в режиме измерений кривой размагничивания. Это подтверждается присутствием поля рассеивания с боковой поверхности испытуемых образцов [5]
Второй фактор, вызванный большой площадью торцов полюсов магнитной системы значительная массивность полюсов, кернов и ярма магнитопровода, которые промагничивают суммарный магнитный момент испытуемых образцов при отсутствии тока в намагничивающих обмотках, т.е. в режиме остаточной намагниченности испытуемых образцов. Массивность внешней цепи испытуемых образцов приводит к тому, что ее материал во время измерений кривой намагничивания образцов находится на начальном участке кривой намагничивания, характеризующемся низкими значениями магнитной проницаемости. Это приводит к значительному падению магнитного напряжения во внешней цепи испытуемых образцов и, как следствие, к высоким погрешностям измерений, которые трудно поддаются корректировке.

Третий фактор заключается в перераспределении потока испытуемых образцов в полюсах магнитной системы и рассеянии потока с поверхностей полюсов, что вносит погрешности в измерения напряженности магнитного поля, приложенного к испытуемым образцам.

Неоптимальные геометрические формы и соотношения размеров кернов магнитной системы приводят к неэффективному использованию их объема по распределению магнитного потока, уменьшению пространства, занимаемого намагничивающей обмоткой и к неоднородности поля в рабочем объеме, особенно в режиме сильных полей.

Целью изобретения является повышение однородности поля в рабочем объеме.

Цель достигается благодаря тому, что в магнитной системе электромагнита, содержащей симметричный магнитопровод, два керна, два подвижных полюса со сменными полюсными наконечниками, а также два узла механической фиксации полюсов относительно магнитопровода согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:
полюсные наконечники выполнены из текстурованного материала со сформированной текстурой по направлению магнитного потока;
образующие поверхности полюсных наконечников имеют отрицательную выпуклость и плавно, без линии перегиба, сопряжены с поверхностью, которая ограничивает рабочую зону пермеаметра;
образующие линии боковых поверхностей полюсных наконечников описываются гиперболической функцией.

При испытании кольцевых постоянных магнитов полюсные наконечники имеют концентричные лунки, образующие поверхности которых являются гиперболоидом вращения.

Кроме того, предложенная магнитная система пермеаметра отличается от известных устройств выполнением боковых поверхностей кернов, состоящих из двух конусных поверхностей, первая из которых, близлежащая к рабочему объему имеет конусность β, определяемая из выражения
,
а конусность второй поверхности α, определяемая из выражения
,
где D диаметр оснований кернов; L расстояние между основаниями кернов.

Известно, что геометрические формы деталей магнитной системы, формирующей магнитный поток в рабочем объеме пермеаметра с испытуемым образцом, определяют степень однородности магнитного поля в образце. При этом однородность поля тем выше, чем больше боковые поверхности магнитной системы приближаются к идеальным, построенным по перпендикулярам к поверхностям, являющимся решениями уравнений Лапласа, граничными условиями которого являются параметры магнитного поля в торце полюса испытуемого образца.

Образующие поверхности полюсных наконечников, в значительной степени определяющие однородность поля в объеме испытуемых образцов, описываются гиперболическими функциями. Боковые поверхности кернов, в меньшей степени оказывающие влияние на однородность поля в объеме испытуемых образцов, являются кусочно-линейной аппроксимацией гиперболических поверхностей и выполнены в виде двух конусных поверхностей, конусность которых определяется из полученных выражений.

Выполнение полюсных наконечников из текстурованного материала по направлению поля, образующие поверхности которых плавно сопрягаются с образующими поверхностями рабочей зоны и образованы вращением гиперболической кривой, а также выполнение кернов с двумя конусными поверхностями, конусность которых определена конкретными выражениями, из источников информации не известны, что служит основанием для утверждения о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена конструкция магнитной системы пермеаметра; на фиг. 2 сечение полюсов и испытуемого образца кольцевой формы.

Магнитная система пермеаметра содержит симметричный магнитопровод 1, два керна 2 и 3, подвижные полюса 4 и 5 с полюсными наконечниками 6 и 7 и резьбовыми поверхностями 8 и 9, а также фиксирующие элементы 10 и 11. Подвижные полюса 4 и 5 установлены концентрично в кернах 2 и 3, а основания кернов замкнуты магнитопроводом 1. Каждый из кернов 2 и 3 имеет по две внешние конические поверхности 12, 13 и 14, 15 с конусностью β и α соответственно. На полюсных наконечниках 6 и 7 выполнены образующие поверхности 16 и 17, плавно, без линий перегиба, переходящие в поверхности, образующие рабочую зону пермеаметра. Для выполнения кольцевой рабочей зоны магнитной системы пермеаметра полюса имеют лунки 18 и 19, образованные гиперболическими поверхностями, соосными с полюсами. В рабочую зону магнитной системы пермеаметра во время испытаний помещен испытуемый образец 20.

Магнитная система пермеаметра предназначена для работы в составе устройств, предназначенных для испытания образцов 20, зафиксированных между полюсными наконечниками 6 и 7, в которых индукция испытуемых образцов 20 измеряется при помощи индукционных преобразователей, а напряженность приложенного поля определяется по магнитодвижущей силе обмотки пермеаметра.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить точность измерений и построить малогабаритный пермеаметр, позволяющий выполнять испытания образцов современных магнитотвердых материалов и постоянных магнитов.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 479061, кл. G 01 R 33/12, 1975.

2. Авторское свидетельство N 901953, кл. G 01 R 33/12, 1982.

3. Постоянные магниты: Справочник./Под ред Ю.М.Пятина. М. Энергия, 1980, с. 451-453.

4. Там же, с. 449, 450.

5. Испытание магнитных материалов и систем./ Под ред. А.Я.Шихина. М. Энергоатомиздат, 1984, с. 116-118, рис. 6.10.

Изобретение относится к магнитометрии, в частности к конструкции устройств, предназначенных для измерения свойств образцов магнитотвердых материалов и постоянных магнитов, и предназначены для использования в высокоточных установках испытания серий образцов одинаковых типоразмеров. Сущность изобретения: магнитная система пермеаметра содержит симметричный магнитопровод 1, два керна 2 и 3, подвижные полюса 4 и 5 с полюсными наконечниками 6 и 7 и резьбовыми поверхностями 8 и 9, а также фиксирующие элементы 10 и 11. Подвижные полюса 4 и 5 установлены концентрично в кернах 2 и 3, а основания кернов замкнуты магнитопроводом 1. Каждый из кернов 2 и 3 имеет по две внешние конические поверхности 12, 13 и 14, 15 с конусностью β и a соответственно. На полюсных наконечниках 6 и 7 выполнены образующие поверхности 16 и 17, плавно, без линий перегиба, переходящие в поверхности, образующие рабочую зону пермеаметра. Для выполнения кольцевой рабочей зоны магнитной системы пермеаметра полюса имеют лунки 18 и 19, образованные гиперболическими поверхностями, соосными с полюсами. В рабочую зону магнитной системы пермеаметра во время испытаний помещен испытуемый образец 20. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнитная система пермеаметра, содержащая симметричный магнитопровод и соосно с ним расположенные керны с подвижными полюсами и сменными полюсными наконечниками, отличающаяся тем, что, с целью повышения однородности магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы, полюсные наконечники выполнены из текстурированного магнитомягкого материала, при этом боковые поверхности полюсных наконечников выполнены в виде половины однополостного гиперболоида, а внешние поверхности каждого из кернов выполнены из двух конических поверхностей, конусности которых определяют из следующих выражений:


где D диаметр оснований кернов;
L расстояние между основаниями кернов. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, в торцах полюсных наконечников выполнены лунки.