ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА Российский патент 2012 года по МПК G01R33/12 G01R33/16 

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова).

Известно, что ферромагнетик в отсутствие магнитного поля имеет начальную магнитную восприимчивость χ_НАЧ. По мере возрастания величины напряженности магнитного поля Н магнитная восприимчивость χ(Н) возрастает, доходит до максимума χ*, а затем вновь снижается, и в режиме парапроцесса (то есть при насыщении магнитной индукции) произведение χ(Н)*Н остается максимальным и практически постоянным, несмотря на дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля против величины Н_нас, определяющей насыщение намагничивания [1-3].

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является «Измеритель магнитной вязкости ферромагнетиков», известный из патента РФ №2357241 того же автора, опубликованного в бюллетене №15 от 27.05.2009. Этот измеритель содержит ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, частично помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока. На этом кольце размещена катушка колебательного контура, связанная с высокочастотным генератором. Для измерения напряженности магнитного поля, создаваемого между полюсами электромагнита, измеритель включает пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита. Кроме того, известное устройство также включает решающий процессор с индикатором.

Известное устройство решает задачу измерения магнитной вязкости ферромагнетика, но не может производить измерение его магнитной восприимчивости в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля Н. К недостатку устройства-прототипа следует отнести то, что в магнитное поле электромагнита помещена только часть ферромагнитного кольца, что снижает достоверность измерения зависимости χ(Н).

Целью изобретения является повышение точности производимых измерений кривой намагничивания ферромагнетика в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля.

Указанная цель достигается в приборе для измерения кривой намагничивания ферромагнетика, содержащем ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока, катушку колебательного контура, выполненную на ферромагнитном кольце и соединенную с высокочастотным генератором, пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита, а также решающий процессор с индикатором, отличающемся тем, что высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, пленочный датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля, а выходы измерителя частоты и измерителя напряженности магнитного поля включены соответственно к первому и второму информационным входам решающего процессора с индикатором.

Достижение поставленной цели объясняется зависимостью частоты генерируемых высокочастотным генератором колебаний от индуктивности катушки колебательного контура, намотанной на ферромагнитном кольце из исследуемого ферромагнетика, а индуктивность прямо пропорциональна измеряемой величине магнитной восприимчивости χ(Н).

Изобретение понятно из представленного рисунка.

Прибор содержит:

1 - ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика,

2 - электромагнит (с северным N и южным S полюсами),

3 - обмотка электромагнита,

4 - регулируемый источник постоянного тока,

5 - пленочный датчик Холла,

6 - катушка, намотанная на ферромагнитном кольце 1,

7 - конденсатор колебательного контура,

8 - высокочастотный генератор,

9 - измеритель частоты,

10 - измеритель напряженности магнитного поля,

11 - решающий процессор с индикатором.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

На ферромагнитном кольце 1 из исследуемого ферромагнетика выполнена катушка 6 индуктивности колебательного контура с параллельно включенным к ней конденсатором 7, входящими в состав высокочастотного генератора 8, частота f колебаний которого определяется формулой f=1/2π(LC)^1/2, где L - индуктивность катушки 6 колебательного контура, C - емкость конденсатора 7. Величина индуктивности катушки 6, намотанной на ферромагнитном кольце 1, как известно, определяется формулой L=[χ(H)+1]*L_O, где L_O - индуктивность этой катушки той же геометрии и числом витков, но без ферромагнитного сердечника, то есть при χ→0. Значение χ(H)+1=µ - это относительная магнитная проницаемость ферромагнитной среды катушки индуктивности 6. Следовательно, частота возбуждаемых в высокочастотном генераторе 8 колебаний f с достаточно высокой точностью обратно пропорциональна корню квадратному из значения магнитной восприимчивости χ(H), то есть f~1/[χ(H)+1]^1/2 или, что то же, χ(H)=(1/4π²f²L_OC)-1 - функция от f^-2.

Ферромагнитное кольцо 1 с катушкой 6 полностью помещены в магнитном зазоре электромагнита 2 с его обмоткой 3 подмагничивания, которая соединена с регулируемым источником постоянного тока 4, и последний позволяет плавно изменять напряженность магнитного поля Н в магнитном зазоре электромагнита (это поле указано стрелками на рисунке), воздействуя на значение магнитной восприимчивости ферромагнетика кольца 1 в диапазоне 0≤H<H_MAX, где значение H_MAX>>H_HAC. При этом считается, что в диапазоне H_НАС≤H≤H_МАХ, как известно, произведение в парапроцессе χ(H)*H=const.

По измеренным значениям частоты f в измерителе частоты 9 и напряженности магнитного поля H в измерителе 10, связанном с пленочным датчиком Холла 5 (схема возбуждения датчика не показана на рисунке), поступающим на первый и второй информационные входы решающего процессора с индикатором 11, рассчитывается кривая намагничивания J(H)=µ_Oχ(H)·Н или кривая магнитной восприимчивости χ(H) исследуемого ферромагнетика - зависимость его магнитной восприимчивости от величины действующего в нем постоянного магнитного поля. Эти данные накапливаются в запоминающем устройстве и воспроизводятся на индикаторе в виде соответствующей кривой, называемой кривой Столетова.

Литература

1. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986.

2. Вонсовский С.В. Магнетизм, М., 1971.

3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 2 изд., М., 1982.

Заявлен прибор для измерения кривой намагничивания ферромагнетика. Прибор содержит ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, катушку колебательного контура, датчик Холла. Кольцо помещено между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока. Катушка выполнена на ферромагнитном кольце и соединена с высокочастотным генератором. Датчик Холла помещен в магнитный зазор электромагнита. Высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля. Техническим результатом является повышение точности производимых измерений кривой намагничивания ферромагнетика в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля. 1 ил.

Прибор для измерения кривой намагничивания ферромагнетика, содержащий ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока, катушку колебательного контура, выполненную на ферромагнитном кольце и соединенную с высокочастотным генератором, пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита, а также решающий процессор с индикатором, отличающийся тем, что высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, пленочный датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля, а выходы измерителя частоты и измерителя напряженности магнитного поля включены соответственно к первому и второму информационным входам решающего процессора с индикатором.