ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H01F27/26 G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике.

Известны чувствительные элементы устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей, включающие кольцевой магнитопровод из ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, на котором имеются обмотка возбуждения и сигнальные обмотки. Такой чувствительный элемент, взятый за прототип, имеет, например, датчик меток глубин ДМГ-2, предназначенный для считывания магнитных меток с геофизических кабелей при определении глубины в скважинах [1]
Недостатком этого чувствительного элемента является его температурная нестабильность, обусловленная несовпадением величин температурных коэффициентов линейного расширения материалов магнитопровода и каркаса и сильной зависимостью величины магнитной проницаемости от механических усилий, прилагаемых к магнитопроводу, свойственной всем ферромагнитным материалом с высокой магнитной проницаемостью. Например, для пермаллоя магнитная проницаемость падает в сотни раз при усилиях порядка 2 кг/мм² [2]
При изменениях температуры окружающей среды меняется величина натяга в магнитопроводе, являясь причиной изменения его магнитной проницаемости. При большом перепаде температур это может привести к значительному изменению характеристик устройства и даже к прекращению его функционирования.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении влияния температуры окружающей среды на основные характеристики устройства, что позволяет повысить его надежность и расширить область его применения.

Решение задачи обеспечивается тем, что витки магнитопровода закреплены точечной сваркой в единое кольцо и надеты на каркас, являющийся цилиндрической распорной пружиной. При этом сама распорная пружина состоит из двух одинаковых пружинных колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей, причем их размеры связаны соотношениями:
a C
b (0,07 0,1) D_м,
D_к D_м + (0,4-0,6)g,
g (0,8-1,2)b,
где a высота бортика,
b ширина щелевого зазора,
c толщина магнитопровода,
g толщина кольца,
D_м внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
D_к наружный диаметр кольца.

Кольца распорной пружины выполняются из алюминиевого сплава любой марки.

На фиг.1 показана в разрезе конструкция чувствительного элемента устройства измерения напряженности слабого магнитного поля, взятого за прототип. На каркасе 1, выполненном из немагнитного материала, навит с определенным натягом ленточный ферромагнитный материал, образующий кольцевой магнитопровод 2, на котором намотаны обмотка возбуждения и сигнальные обмотки 3.

На фиг. 2 приведена конструкция кольцевого ленточного магнитопровода 1, витки которого скреплены между собой точечной сваркой.

На фиг.3 приведена конструкция распорной кольцевой пружины 2 с бортиком 3 и щелевым разрезом 4, составляющая половину каркаса.

На фиг. 4 изображена конструкция предложенного чувствительного элемента устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей (обмотка возбуждения и сигнальные обмотки не показаны). Пружинящие кольца 2 вставлены в сжатом состоянии внутрь магнитопровода 1 с обеих сторон.

После снятия сжимающих усилий они распрямляются, образуя единый каркас, обеспечивающий постоянное растягивающее усилие в магнитопроводе, имеющее величину порядка сотен грамм на квадратный миллиметр его сечения.

Величина этого усилия при соблюдении указанных выше размеров каркаса практически не зависит от температуры окружающей среды и существенно ниже тех значений, при которых наблюдаются значительные изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью.

Применение алюминиевых сплавов для кольцевых пружин обеспечивает требуемые механические характеристики и упрощает их изготовление.

Приведенные выше оптимальные соотношения значений размеров распорных кольцевых пружин определены эмпирическим путем.

В качестве примера реализации представлены основные параметры чувствительного элемента экспериментального образца датчика магнитных меток, опробованного на буровых установках г. Стрежевого Томской области:
Магнитопровод имеет 5 витков ленточного пермаллоя марки 79НМ шириной 10 мм и толщиной 50 мкм. При этом D_м 30 мм, b 3 мм, D_к 31,5 мм, g 3 мм. Кольцевые пружины выполнены из алюминиевого сплава САВ-2Т.

Чувствительный элемент, являющийся частью устройства для считывания магнитных меток с геофизических кабелей, успешно прошел испытания в составе штатного оборудования буровых установок производственного объединения Томскнефтьгеофизика, г. Стрежевой, в климатических условиях севера при перепадах температур от -40 до +50^oC (высокие температуры обусловлены периодическим обливанием датчика горячей водой для оттаивания обледеневших элементов буровых вышек).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различных устройств для измерения напряженности слабых магнитных полей. Сущность изобретения: витки магнитопровода, выполненного намоткой ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, закреплены между собой точечной сваркой и надеты на каркас, являющийся распорной цилиндрической пружиной, которая состоит из двух одинаковых колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей и выполненных из алюминиевого сплава. Этим достигается высокая температурная стабильность устройства с таким чувствительным элементом, расширяется область их применения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Чувствительный элемент устройства для измерения напряженности слабых магнитных полей, содержащий магнитопровод с обмотками возбуждения и сигнальными, выполненный в виде кольцевого сердечника из ленточного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, навитого на каркас из немагнитного материала, отличающийся тем, что витки магнитопровода скреплены между собой точечной сваркой в единое кольцо и надеты на каркас, выполненный в виде цилиндрической распорной пружины, состоящей из разрезных пружинных колец. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что распорная пружина состоит из двух одинаковых колец с круговым бортиком с одной стороны, имеющих щелевой разрез по образующей, причем их основные размеры связаны следующими соотношениями: а с, b (0, 07 1) D_м, D_к D_м + (0,4 -0,6)g, g (0,8 1,2) b, где а высота бортика, в ширина щелевого зазора, с толщина магнитопровода, g толщина кольца, D_м внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, D_к наружный диаметр кольца. 3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцо распорной пружины выполнено из алюминиевого сплава любой марки.