Устройство регистрации гистерезисных петель Российский патент 2020 года по МПК G01R33/14 

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для регистрации вебер-амперных частных гистерезисных петель электротехнических устройств.

Известно устройство, предназначенное для определения статических магнитных характеристик ферромагнитных образцов, содержащее управляющую ЭВМ, намагничивающую и измерительную обмотки, эталонный резистор, усилитель, формирователь импульсов (SU 1638685, G01R 33/14, 1991). Изобретение позволяет путем более точного измерения магнитного потока достичь повышения точности определения статических магнитных характеристик ферромагнитных образцов.

Однако это устройство не позволяет регистрировать вебер-амперные частные гистерезисные петли.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство регистрации гистерезисных петель (патент РФ на изобретение РФ №2381516, МПК G01R 33/14, 2010 г.), содержащее намотанные на испытуемый образец намагничивающую и измерительную обмотки, источник питания, токовый шунт, усилитель измеряемых сигналов, интегратор и двухканальный регистратор, на первый канал которого заводится напряжение вторичной обмотки через интегратор, на второй канал - напряжение с токового шунта через усилитель. Источник питания устройства состоит из генератора сигнала высокой частоты, делителя частоты и усилителя.

Недостатком настоящего технического решения является узкая область применения, обусловленная невозможностью регистрации частных петель магнитного гистерезиса.

Техническая задача изобретения заключается в расширении области применения устройства регистрации гистерезисных петель вследствие возможности регистрации вебер-амперных частных гистерезисных петель.

Техническим результатом является расширение объема информации об испытуемых образцах, получаемой при измерении их магнитных характеристик образованных восходящими и нисходящими кривыми намагничивания, граничные точки которых (точки разворота) могут быть произвольными.

Это достигается тем, что в известном устройстве регистрации гистерезисных петель, содержащем намотанные на испытуемый образец намагничивающую и измерительную обмотки, последовательно соединенный с намагничивающей обмоткой токовый шунт, двухканальный регистратор, снабжено последовательно соединенными резистором и конденсатором, микроконтроллером, источником питания, выполненным на базе полного моста из четырех транзисторов, затворы которых соединены с выходами микроконтроллера, а к выводам источника питания подключены последовательно соединенные резистор и конденсатор, при этом к выводам конденсатора подключена намагничивающая обмотка.

Сущность изобретения поясняется чертежом и графиками, где на фиг. 1 дана принципиальная схема устройства, на фиг. 2 приведен пример временных зависимостей параметров устройства, на фиг. 3 изображена искомая вебер-амперная характеристика испытуемого образца.

Устройство регистрации гистерезисных петель содержит намотанные на испытуемом образце 1 намагничивающую 2 и измерительную 3 обмотки. Намагничивающая обмотка 2 и соединенный с ней последовательно токовый шунт 4 подключены к выводам источника питания 5, выполненного на базе полного моста 6, состоящего из четырех транзисторов 7, 8, 9 и 10, затворы первой пары транзисторов 7 и 8 полного моста 6 соединены с первым выходом микроконтроллера 11, второй выход которого подключен к затворам второй пары транзисторов 9 и 10 полного моста 6. Входные зажимы полного моста 6 подключены к источнику постоянного напряжения 12, к выходным зажимам полного моста 6 подключаются последовательно соединенные резистор 13 и конденсатор 14 таким образом, что выводы конденсатора 14 одновременно являются также выводами источника питания 5. Выводы первого канала двухканального регистратора 15 подключены к токовому шунту 16, выводы второго канала двухканального регистратора 15 подключены к выводам измерительной обмотки 3.

Устройство регистрации гистерезисных петель работает следующим образом.

Микроконтроллер 11 генерирует прямоугольные импульсы напряжения U_y1 (график а фиг. 2), поступающие с первого выхода микроконтроллера 11 на затворы первой пары транзисторов 7 и 8 и полного моста 6, и аналогичные по форме импульсы напряжения U_y2 (график 6 фиг. 2), поступающие со второго выхода микроконтроллера 11 на затворы второй пары транзисторов 9 и 10 полного моста 6. Под воздействием импульсов напряжений U_y1 и U_y2 соответствующая пара транзисторов переходит в проводящее состояние, вследствие, чего происходит подзарядка конденсатора 14 от источника постоянного напряжения 12. Резистор 13 ограничивает ток источника питания 5 и обеспечивает достаточно плавное изменение напряжения U_C (график в фиг. 2) на конденсаторе 14, под действием которого в намагничивающей обмотке 2 возникает электрический ток I(t) (график г фиг. 2), индуктирующий магнитный поток Ф(t) (график д фиг. 2) в испытуемом образце 1. По первому каналу двухканального регистратора 15 производится запись напряжения Uш(t) на токовом шунте 4, из которого определяется ток намагничивания I(t) по следующей формуле:

где R_ш - сопротивление токового шунта 4. По второму каналу двухканального регистратора 15 производится запись напряжения U₂(t) на выводах измерительной обмотки 3, которое используется для определения магнитного потока в испытуемом образце 1 посредством численного интегрирования в соответствии с формулой:

где w₂ - число витков измерительной обмотки 3, Ф₀ - остаточный магнитный поток, равный нулю в случае предварительного размагничивания испытуемого образца 1.

Полученная временная зависимость Ф(t) содержит четыре локальных экстремума, которым на искомой вебер-амперной характеристике Ф(I) (фиг. 3) соответствуют три точки разворота А, Б и В (точка разворота Б соответствует двум локальным экстремумам Ф(t), равным по значению Ф₂). Точки разворота А, Б, В и начальная точка 0 ограничивают восходящие кривые намагнчивания 0-А, Б-В и нисходящие кривые намагнчивания А-Б, В-Б, при этом кривые Б-В и В-Б образуют частную петлю магнитного гистерезиса.

Использование изобретения позволяет регистрировать вебер-амперные частные гистерезисные петли, что существенно дополняют информацию, получаемую о магнитных характеристиках образцов при испытаниях, за счет чего расширяется область применения устройства регистрации гистерезисных петель.

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для регистрации вебер-амперных частных гистерезисных петель электротехнических устройств. Устройство регистрации гистерезисных петель дополнительно снабжено источником постоянного напряжения, последовательно соединенными резистором и конденсатором, микроконтроллером, источником питания, выполненным на базе полного моста из четырех транзисторов, затворы первой пары транзисторов полного моста соединены с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого подключен к затворам второй пары транзисторов полного моста, входные зажимы которого подключены к источнику постоянного напряжения, к выходным зажимам моста подключены последовательно соединенные резистор и конденсатор так, что выводы конденсатора одновременно являются также выводами источника питания, к выводам которого подключена намагничивающая обмотка. Технический результат - регистрация вебер-амперных частных гистерезисных петель, расширение области применения устройства регистрации. 3 ил.

Устройство регистрации гистерезисных петель, содержащее намотанные на испытуемый образец намагничивающую и измерительную обмотки, последовательно соединенный с намагничивающей обмоткой токовый шунт, к которому подключен первый канал двухканального регистратора, второй канал которого соединен с выводами измерительной обмотки, отличающееся тем, что снабжено источником постоянного напряжения, последовательно соединенными резистором и конденсатором, микроконтроллером, источником питания, выполненным на базе полного моста из четырех транзисторов, затворы первой пары транзисторов полного моста соединены с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого подключен к затворам второй пары транзисторов полного моста, входные зажимы которого подключены к источнику постоянного напряжения, к выходным зажимам моста подключены последовательно соединенные резистор и конденсатор так, что выводы конденсатора одновременно являются также выводами источника питания, к выводам которого подключена намагничивающая обмотка.