ПЕРМЕАМЕТР Российский патент 2006 года по МПК G01R33/14 

Изобретение относится к области измерения переменных магнитных величин и может быть использовано для измерения магнитных свойств образцов, в частности для определения и/или построения кривых магнитного гистерезиса на «разомкнутых» образцах простой формы (например, в виде цилиндрических стержней).

Известны устройства для определения магнитных свойств материалов на «разомкнутых» образцах, содержащие намагничивающее устройство в виде катушки (соленоида), внутрь которой устанавливается испытуемый образец с преобразователями магнитного поля (Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы. - М.: Высшая школа, 1976, стр.241-244). Недостатком данных устройств является неоднородность магнитного поля по длине катушки и трудность получения больших стационарных (медленно меняющихся) магнитных полей даже при наличии хорошего теплоотвода от провода катушки.

Известны также устройства с катушками намагничивания, в которых большие магнитные поля могут быть получены за счет применения не полностью замкнутых ферромагнитных магнитопроводов (пермеаметры). Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является пермеаметр, содержащий магнитопровод с зазором для установки испытуемого образца и обмотку намагничивания, состоящую из двух катушек, симметрично расположенных относительно зазора магнитопровода (Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы. - М.: Высшая школа, 1976, стр.246-248). В нем образец материала испытывается в условиях «не полностью замкнутой магнитной цепи», когда между образцом и полюсами магнитопровода имеются симметричные зазоры.

Недостатком известных пермеаметров является большая неоднородность магнитного поля в зазоре между полюсами магниторовода: вдоль направления намагничивания напряженность магнитного поля минимальна в средней части зазора и возрастает к полюсам; в поперечном направлении напряженность убывает от оси симметрии магнитного поля. При этом неоднородность магнитного поля тем выше, чем больше зазор между полюсами магнитопровода. Это приводит к большим погрешностям при определении магнитных свойств материалов, особенно при определении магнитных характеристик в условиях «открытой магнитной цепи» (например, при снятии «кривых намагничивания тела»), когда между образцом магнитного материала и полюсами магнитопровода вводятся достаточно большие зазоры, необходимые для исключения влияния намагничиваемого образца на магнитопровод пермеаметра.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение однородности магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода пермеаметра (в объеме между полюсами магнитопровода, в пределах которого располагается испытуемый образец) и увеличение напряженности магнитного поля в данной зоне.

Указанный технический результат достигается тем, что пермеаметр, содержащий магнитопровод с зазором для установки испытуемого образца и обмотку намагничивания, дополнительно снабжен компенсирующим токовым источником магнитного поля, установленным в рабочей зоне зазора магнитопровода, соединенным по току последовательно или параллельно с обмоткой намагничивания и включенным согласно с ней по магнитному полю.

Кроме того, компенсирующий источник магнитного поля установлен симметрично по отношению к полюсам магнитопровода и ориентирован по оси симметрии магнитного поля в зазоре магнитопровода. Компенсирующий источник магнитного поля может быть выполнен в виде цилиндрической катушки с внутренним диаметром, не меньшим, чем размер испытуемых образцов в направлении, поперечном направлению намагничивания.

Установка компенсирующего токового («безжелезного») источника магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода пермеаметра и соответствующее соединение его по отношению к обмотке намагничивания позволяет повысить однородность магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода пермеаметра и увеличить напряженность магнитного поля в этой зоне.

Расположение компенсирующего источника симметрично по отношению к полюсам магнитопровода и ориентирование его по оси симметрии магнитного поля в зазоре магнитопровода дополнительно повышает однородность магнитного поля в рабочей зоне. Выполнение компенсирующего источника в виде цилиндрической катушки с внутренним диаметром, не меньшим, чем размер испытуемых образцов в направлении, поперечном направлению намагничивания, обеспечивает максимальное увеличение напряженности магнитного поля в рабочей зоне при минимальных энергозатратах.

Наличие существенных отличительных от прототипа признаков предлагаемого технического решения свидетельствует о его новизне. Изобретательский уровень предлагаемого решения обеспечивается тем, что введение в устройство компенсирующего источника магнитного поля, соответствующее расположение его в рабочей зоне зазора магнитопровода пермеаметра и соединение по отношению к обмотке намагничивания обеспечивает «сверхсуммарный» результат: наряду с увеличением напряженности магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода достигается повышение однородности магнитного поля, причем как в продольном, так и в поперечном направлении по отношению к направлению намагничивания испытуемых образцов. Это достигается за счет того, что увеличение напряженности магнитного поля в зазоре пермеаметра от центра к полюсам компенсируется снижением напряженности поля дополнительного токового источника (например, катушки с током) от его центра к краям, а уменьшение поля в зазоре пермеаметра от оси симметрии в поперечном направлении компенсируется увеличением поля дополнительного источника (катушки) от его оси по радиусу. При этом, поскольку магнитные поля пермеаметра и компенсирующего источника, с учетом указанных закономерностей, должны складываться, то, наряду со снижением неоднородности магнитного поля, происходит увеличение суммарного магнитного поля в рабочей зоне зазора пермеаметра.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан пермеаметр в разрезе; на фиг.2 - вид пермеаметра сверху.

Пермеаметр содержит магнитопровод, состоящий из боковых П-образных сердечников 1, подвижных стержневых сердечников 2, внутренние полюсы которых удалены друг от друга с образованием зазора, обмотку намагничивания в виде двух катушек 3, а также компенсирующий токовый источник магнитного поля в виде цилиндрической катушки 4, установленный в рабочей зоне зазора магнитопровода. Катушки 3 намагничивания и компенсирующая катушка 4 могут быть соединены между собой последовательно-согласно или параллельно-согласно (электрические соединения катушек между собой и с источником тока на фигурах не показаны). Длина компенсирующей катушки 4 и соотношение ампер-витков в катушках 3 и 4 выбраны из условия получения максимальной однородности магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода во всем диапазоне изменения тока намагничивания. Внутренний диаметр катушки 4 выбран не меньшим, чем размер испытуемых образцов 5 в направлении, поперечном направлению намагничивания. Катушка 4 может быть выполнена стационарной (постоянно расположенной в рабочей зоне зазора пермеаметра) либо съемной, когда она устанавливается в рабочую зону вместе с расположенным внутри образцом 5.

Компенсирующий токовый источник магнитного поля может быть установлен в любом месте зазора пермеаметра, однако наиболее высокая однородность магнитного поля достигается выбором рабочей зоны и расположением компенсирующего источника симметрично по отношению к полюсам магнитопровода и ориентированием его по оси симметрии магнитного поля в зазоре магнитопровода.

Устройство работает следующим образом. Сердечники 2 пермеаметра устанавливаются на заданном расстоянии друг от друга (с образованием необходимого для магнитных измерений зазора и рабочей зоны между их полюсами) и зажимаются П-образными сердечниками 1 пермеаметра. Катушки 3 размещаются симметрично относительно рабочей зоны зазора пермеаметра. Испытуемый образец 5 магнитного материала устанавливается в компенсирующую катушку 4 (при съемной катушке 4 последняя вместе с образцом устанавливается в рабочую зону), производится намагничивание образца по заданной программе и измерение его магнитных свойств (преобразователи магнитного поля на фигурах не показаны). При этом благодаря наличию компенсирующего токового источника магнитного поля в рабочей зоне зазора пермеаметра достигается более высокая однородность магнитного поля, что, в свою очередь, способствует повышению точности определения магнитных свойств испытуемых материалов. Кроме того, увеличивается напряженность магнитного поля в рабочей зоне пермеаметра.

При изменении зазора между полюсами сердечников 2 пермеаметра и соответствующем изменении степени неоднородности магнитного поля в нем необходимая однородность магнитного поля в рабочей зоне зазора достигается простым изменением соотношения токов (ампер-витков) в катушках 3 намагничивания и компенсирующей катушке 4 (регулированием тока в катушке 4 при каком-либо токе в катушках 3).

Пример выполнения устройства

В пермеаметре с сердечниками поперечным сечением 9×9 см и габаритными размерами в плане 42×48 см установлен зазор между полюсами 7 см для измерений в условиях «разомкнутой магнитной цепи» (длина испытуемых образцов не превышает 2,5 см, а длина рабочей зоны принята 3 см). При этом неоднородность магнитного поля вдоль оси симметрии на данной длине в отсутствие компенсирующего источника магнитного поля составляет около 1,5% (например, разность напряженности магнитного поля в центре зазора и на краю его рабочей зоны составляет 6 А/см на уровне 400 А/см, что существенно для магнитных измерений, поскольку на порядок превышает магнитное поле Земли). Применение в качестве компенсирующего источника магнитного поля катушки с размерами D=2,8 см (наружный диаметр), d=1,2 см (внутренний диаметр), L=2,7 см (длина), включенной параллельно-согласно с намагничивающими катушками, позволило снизить неоднородность магнитного поля в рабочей зоне до 0,1%, т.е. более чем на порядок. Кроме того, магнитное поле, при прочих равных условиях, увеличилось на 3%.

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерения магнитных свойств образцов, в частности для определения и/или построения кривых магнитного гистерезиса на «разомкнутых» образцах простой формы. Пермеаметр содержит магнитопровод с зазором для установки испытуемого образца и обмотку намагничивания и дополнительно снабжен компенсирующим токовым источником магнитного поля, установленным в рабочей зоне зазора магнитопровода, соединенным по току последовательно или параллельно с обмоткой намагничивания и включенным согласно с ней по магнитному полю. Кроме того, компенсирующий источник магнитного поля установлен симметрично по отношению к полюсам магнитопровода и ориентирован по оси симметрии магнитного поля в зазоре магнитопровода и может быть выполнен в виде цилиндрической катушки с внутренним диаметром, не меньшим, чем размер испытуемых образцов в направлении, поперечном направлению намагничивания. Технический результат - повышение однородности и напряженности магнитного поля в рабочей зоне зазора магнитопровода пермеаметра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пермеаметр, содержащий магнитопровод с зазором для установки испытуемого образца и обмотку намагничивания, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен компенсирующим токовым источником магнитного поля, установленным в рабочей зоне зазора магнитопровода, соединенным по току последовательно или параллельно с обмоткой намагничивания и включенным согласно с ней по магнитному полю.2. Пермеаметр по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий источник магнитного поля установлен симметрично по отношению к полюсам магнитопровода и ориентирован по оси симметрии магнитного поля в зазоре магнитопровода.3. Пермеаметр по п.1 или 2, отличающийся тем, что компенсирующий источник магнитного поля может быть выполнен в виде цилиндрической катушки с внутренним диаметром, не меньшим, чем размер испытуемых образцов в направлении, поперечном направлению намагничивания.