Способ применения переменного магнитного поля для определения параметров остаточного намагничения ферромагнитных объектов в качестве аналога действия механической нагрузки Российский патент 2021 года по МПК H01F13/00 G01R33/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения параметров магнитного поля остаточного намагничения ферромагнитных объектов, подвергающихся механической нагрузке.

В процессе намагничивания ферромагнитных объектов при воздействии механической нагрузки в них возникает намагничивание, близкое к безгистерезисному. Подобное намагничивание возникает также при воздействии одновременно статического и знакопеременного затухающего переменного магнитных полей. Вследствие различного воздействия обоих факторов на доменную структуру ферромагнетиков не существует физического эквивалента их влияния на процесс намагничения А.П. Латышев. Теория размагничивания. Часть 1. Ленинград. 1960. С. 181, поэтому их сравнение производится по равенству приращения намагниченности. Это приводит к появлению погрешности, величина которой зависит от аппаратного оснащения и методического обеспечения, а также квалификации работника.

Известен способ определения остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи авторское свидетельство СССР №1746338 А1, кл. G01R 33/00. 1986, заключающийся в снятии зависимости намагниченности образца от напряженности внешнего намагничивающего поля, создаваемого специальной катушкой индуктивности, измерении коэрцитивной силы образца, измерении намагниченности образца в области приближения к насыщению и определении остаточной намагниченности материала по предложенной формуле.

Данный способ разработан применительно к малогабаритным образцам ферромагнитных материалов и по техническим причинам не может использоваться для определения параметров магнитного поля остаточного намагничения крупных ферромагнитных объектов, намагничивающихся при воздействии механической нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля степени стабильности размагниченного состояния ферромагнитных объектов авторское свидетельство СССР №964744, кл. H01F 13/00. 1982, по отношению к внешним механическим воздействиям, заключающийся в приложении к ферромагнитному объекту магнитного поля и измерении остаточной намагниченности при равенстве нулю намагничивающего поля. К ферромагнитному объекту прикладывают знакопеременное убывающее до нуля магнитное поле с последующим измерением параметров остаточной намагниченности. Затем этот цикл повторяют, увеличивая начальную амплитуду магнитного поля до тех пор, пока остаточная намагниченность станет равной нулю.

Недостатком известного способа является использование знакопеременного убывающего магнитного поля для создания остаточной намагниченности ферромагнитного объекта, ранее подвергавшегося механической нагрузке. Отсутствовала аналогия характера воздействия нагрузки, постепенно возраставшей от нуля до максимального значения, а затем снижавшейся до нуля, что приводило к резкому росту погрешности определения соответствия параметров поля остаточного намагничения при действии нагрузки и при действии знакопеременного затухающего магнитного поля.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно, возможность определять параметры поля остаточного намагничения ферромагнитного объекта, не прибегая к созданию механической нагрузки, используя более точный, производительный и недорогой способ применения знакопеременного затухающего магнитного поля в качестве аналога механической нагрузки.

Суть предлагаемого изобретения состоит в следующем. Ферромагнитный объект намагничивают постоянным магнитным полем с заданным рядом величин индукции и воздействии механической нагрузки, постепенно увеличивающейся от нуля до максимального значения, а затем снижаемой до нуля. Далее намагничивающее поле отключают, снимают нагрузку и производят измерения индукции поля остаточного намагничения. По результатам измерений строится графическая зависимость индукции поля остаточного намагничения от намагничивающего поля при действии механической нагрузки. При этом на оси ординат откладываются величины индукции поля остаточного намагничения, а на оси абсцисс величины индукции намагничивающего поля. Затем изделие размагничивают и производят его намагничивание постоянным магнитным полем при воздействии знакопеременного затухающего магнитного поля, изменяющегося во времени аналогично изменениям механической нагрузки. Величина индукции постоянного магнитного поля задается, а значения напряженности переменного магнитного поля устанавливаются такими, чтобы величина индукции магнитного поля остаточного намагничения после воздействия переменного и постоянного магнитных полей равнялась значению индукции магнитного поля остаточного намагничивания, определенного при действии механической нагрузки. При этом устанавливается ряд значений величин напряженности затухающего переменного магнитного поля, а величина намагничивающего магнитного поля остается неизменной при всех значениях напряженности переменного магнитного поля. Далее, намагничивающее и переменное магнитные поля отключаются и производятся измерения индукции поля остаточного намагничения. По результатам измерений строится дополнение к графической зависимости индукции магнитного поля остаточного намагничения объекта, построенной для случая намагничения при воздействии механической нагрузки, в виде оцифрованной оси, параллельной оси абсцисс. На ней откладываются величины напряженности переменного магнитного поля, при которых достигалось равенство индукций полей остаточных намагничиваний для случаев воздействия механической нагрузки и переменного магнитного поля.

На фигуре 1 приведена зависимость относительных значений продольной составляющей индукции магнитного поля остаточного намагничения продольно намагниченного ферромагнитного объекта, изготовленного из стали марки Ст-3 толщиной 1 мм. Прикладываемая механическая нагрузка создавала в корпусе изделия напряжение σ_τ равное 0,5 предела текучести. Продольная составляющая индукции намагничивающего постоянного магнитного поля, прикладываемого к объекту, равнялась 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05 мкТл. При воздействии переменного магнитного поля величина продольной составляющей индукции намагничивающего постоянного магнитного поля оставалась неизменной и составляла 0,02 мкТл. Величины продольной составляющей напряженности переменного затухающего магнитного поля устанавливались равными 8, 16, 32, 40, 56, 80 А/м. Частота переменного магнитного поля составляла 50 Гц.

Определение зависимости Х_рх в функции намагничивающего поля при воздействии механической нагрузки и затухающего переменного магнитного поля проводилось в два этапа.

На первом этапе включалось продольное намагничивающее постоянное магнитное поле заданной величины. Прикладывалась механическая нагрузка, постепенно увеличиваемая от нуля до максимального значения. После этого нагрузка постепенно снижалась до нуля. Намагничивающее поле отключалось. Измерялась продольная составляющая индукции магнитного поля остаточного намагничения. Аналогичные операции проводились при других значениях индукции намагничивающего поля. По результатам измерений строилась графическая зависимость величин продольной составляющей индукции поля остаточного намагничения продольно намагниченного объекта при воздействии механической нагрузки и заданных значениях намагничивающего поля.

На втором этапе производилось размагничивание объекта. Прикладывалось продольное намагничивающее поле с индукцией 0,02 мкТл. Включалось переменное магнитное поле с частотой 50 Гц с постепенным увеличением напряженности от нуля до значения, обеспечивавшего величину индукции поля остаточного намагничения, равную индукции поля остаточного намагничения, определенную при продольном намагничивании объекта при воздействии механической нагрузки, с последующим постепенным уменьшением напряженности переменного магнитного поля до нуля. Производилось отключение воздействовавших полей. Выполнялось измерение продольной составляющей индукции поля остаточного намагничения. Аналогично проводились операции при других значениях напряженности переменного магнитного поля. Строилась оцифрованная ось, параллельная оси абсцисс графической зависимости индукции поля остаточного намагничения объекта при воздействии механической нагрузки, позволяющая использовать электромагнитный аналог механической нагрузки при намагничивании изделия с приложенным переменным магнитным полем.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для получения данных остаточного намагничения ферромагнитного объекта, воздействуют на него постоянным магнитным полем заданной величины, и постепенно увеличивающейся от нуля до заданного значения механической нагрузкой. Сохраняя величину постоянного магнитного поля, постепенно уменьшают нагрузку до нуля. Сняв нагрузку, отключают магнитное поле и производят измерение индукции поля остаточного продольного намагничивания. Такие операции повторяют для каждой задаваемой величины индукции постоянного магнитного поля. По данным измерений строят графическую зависимость индукции магнитного поля остаточного намагничения объекта от намагничивающего поля при воздействии механической нагрузки. На оси ординат откладываются величины индукции поля остаточного намагничения, на оси абсцисс - индукция намагничивающего поля. После чего объект размагничивают, прикладывают постоянное магнитное поле заданной величины и включают знакопеременное убывающее переменное магнитное поле, напряженность которого, по аналогии с характером изменения механической нагрузки, постепенно возрастает от нуля до максимального значения, а затем постепенно уменьшается до нуля. Величины напряженности переменного магнитного поля подбираются такими, чтобы величины индукции поля остаточного намагничения изделия, после отключения намагничивающего и переменного магнитных полей, равнялась значению индукции, определенному при воздействии механической нагрузки. При этом, установленная величина индукции намагничивающего поля остается неизменной, изменяют только величины напряженности переменного магнитного поля. После отключения намагничивающего и переменного магнитных полей производится измерение индукции поля остаточного намагничивания.

По результатам измерений на графической зависимости, полученной для случая действия механической нагрузки, параллельно оси абсцисс строится оцифрованная ось, на которой откладываются значения напряженности переменного магнитного поля, при которых достигалось равенство величин индукций полей остаточных намагничений, создаваемых при воздействии механической нагрузки и переменного магнитного поля.

Построенная графическая зависимость позволяет, не прибегая к созданию механической нагрузки, определять параметры поля остаточного намагничения ферромагнитных объектов, используя более точный, производительный и недорогостоящий способ применения знакопеременного затухающего магнитного поля в качестве аналога механической нагрузки.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для оценки магнитного поля остаточного намагничивания ферромагнитных объектов при воздействии механической нагрузки. Технический результат состоит в упрощении и повышении производительности, в повышении точности определения параметров магнитного поля остаточного намагничивания при использовании знакопеременного затухающего магнитного поля взамен механической нагрузки. Определяется зависимость индукции магнитного поля остаточного намагничивания объекта от индукции намагничивающего поля при воздействии постепенно увеличивающейся от нуля до максимального значения, затем постепенно уменьшающейся до нуля механической нагрузки. Строится графическая зависимость, где на оси ординат откладываются значения индукции поля остаточного намагничивания, а на оси абсцисс - индукция намагничивающего поля. Затем объект размагничивается. Как и в случае воздействия механической нагрузки, к нему прикладывается намагничивающее поле заданной величины и знакопеременное затухающее магнитное поле, обеспечивающее достижение равенства индукции поля остаточного намагничения величине индукции остаточного намагничения, определенное при воздействии механической нагрузки. Увеличение напряженности знакопеременного затухающего магнитного поля от нуля до максимального значения, а затем уменьшение до нуля производится аналогично росту и снижению механической нагрузки. Производятся измерения индукции поля остаточного намагничения. На графической зависимости, построенной для случая воздействия механической нагрузки, строится параллельно оси абсцисс оцифрованная ось, на которой откладываются значения напряженности знакопеременного затухающего магнитного поля, при которых достигалось равенство индукций полей остаточных намагничиваний для обоих случаев намагничивания ферромагнитного объекта. 1 ил.

Способ применения знакопеременного затухающего магнитного поля для определения параметров магнитного поля остаточного намагничения ферромагнитных объектов при действии механической нагрузки, заключающийся в приложении к ферромагнитному объекту постоянного магнитного поля и механической нагрузки, и измерении остаточной намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля и механической нагрузки, размагничивании объекта, и приложении к нему знакопеременного затухающего магнитного поля и постоянного магнитного поля, и измерении индукции поля остаточной намагниченности в отсутствие постоянного и знакопеременного магнитных полей с последующим сравнением результатов измерений величин индукции полей остаточных намагничений, вызванных воздействием механической нагрузки и воздействием знакопеременного затухающего магнитного поля, при этом изменения механической нагрузки и знакопеременного затухающего магнитного поля во времени должны быть аналогичны; отличающийся тем, что по результатам измерений для случая действия механической нагрузки строится графическая зависимость индукции от намагничивающего поля при действии механической нагрузки, затем параллельно оси абсцисс строится оцифрованная ось, на которой откладываются значения напряженности переменного магнитного поля, при которых достигалось равенство величин индукций полей остаточных намагничений, создаваемых при воздействии механической нагрузки и переменного магнитного поля, что позволяет при определении параметров магнитного поля остаточного намагничения других ферромагнитных объектов, намагничиваемых постоянным магнитным полем при воздействии механической нагрузки, использовать взамен нее знакопеременное затухающее магнитное поле, напряженность которого определяется по графической зависимости, построенной по результатам измерений индукции поля остаточного намагничения объекта при воздействии механической нагрузки и знакопеременного затухающего магнитного поля.