Устройство для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов Советский патент 1984 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для анализа статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов. Известно серийное баллистическое устройство 7-5045, содержащее блок питания, два реостата, два амперметра, механический ключ, намагничивающую, измерительную обмотки и баллистический гальванометр Л, Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, определяемая погрешностями баллистического гальванометра и механическим коммутированием тока через намагничи вающую систему, а также нестабильнос тью параметров, блока питания. Кроме того, процесс измерений трудоемок вслед ствие ручной установки и коммута ции токов намагничивания, считывания показаний амперметров и баллистического гальванометра и необходимости их дальнейшей ручной математической обработки с целью вычисления напряженности поля и приращений индукции. Все это определяет низкую производительность установки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для определения статических маг нитных характеристик, содержащее ана лого-цифровой преобразователь, г(осле довательно соединенные источник тока переключатель и намагничивающую обмотку с токозадаюц им резистором, пос ледовательно соединенные измерительную обмотку, интегратор и регистрато и последовательно соединенные с изме рительной обмоткой усилитель, блок сравнения и преобразователь интервала времения в код, вьгход которого по ключен к одному из управляющих входо переключателя, второй управляющий вход которого соединен с выходом бло- . ка сравнения, а второй вход регистратора с вторым выходом источника ,тока L21. Недостатками его являются низкая производительность измерений, ограниченные функциональные возможности. Цель изобретения - повьшение производительности измерений и расширение функциональных возможностей путем обеспечения многопараметрового неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения статических магнитньпг характеристик ферромагнитных материалов, содержащее усилитель мощности, намагничивающую и измерительную обмотки, токозадающий резистор, аналого-и 1фровой преобразователь и интегратор, введены последовательно соединенные микропроцессор, регистр и Ц1.1фроаналоговый преобразователь, а также нульорган и два аналоговых ключа, причем выход усилителя мощности подключен к последовательно соединенным намагничиваюш.ей обмотке и токозадающему резистору, а последний связан с вторым входом усилителя мощности, при этом измерительная обмотка подключена к нуль-органу и через первый аналоговый ключ к интегратору, параллельно которому подключен второй аналоговый ключ, а управляющие входы аналоговых ключей подключены к выходам микропроцессора, выход интегратора соединен с выходом второго ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, параллельные выходы которого соединены с информационными входами микропроцессора, выход нуль-органа подключен к управляющему входу микропроцессора, а второй вход усилителя мощности связан с выходом цифроаналогового преобразователя . На чертеже изображена блок-схема устройства для измерения статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов. Устройство состоит из последовательно соединенных микропроцессора 1, регистра 2, цифроаналогового преобразователя 3, усилителя мощности 4, намагничивающей обмотки 5 и токозадающего резистора 6, соединенного цепью обратной связи с вторым входом усилителя мощности 4, а также из измерительной обмотки 7, аналоговый ключей 8 и 9, интегратора 10, нульоргана 11 и аналого-цифрового преобразователя 12,причем измерительная обмотка 7 соединена с входами аналогового ключа 8 и нуль-органа 11, выход ключа 8 подключен к входу интегратора 10, параллельно которому под- соединен аналоговый ключ 9, выход нуль-органа 11 подключен к управляющему входу микропроцессора 1, а выход интегратора 10 - к аналого-циф311ровому преобразователю 12, параллель ные выходы которого связаны с информационными входами микропроцессора 1 управляющие выходы которого соединены с управляющими входами аналоговых ключей 8 и 9. Устройство работает следующим образом. Процесс измерения в каждой точке петли гистерезиса разбивается на два цикла: магнитной подготовки и собственно измерения. В цикле магнит ной подготовки в микропроцессоре 1 формируется код, соответствующий максимальному положительному значению напряженности намагничивающего поля. Затем код переписывается в регистр 2 и в соответствии с этим на выходе цифроаналогового преобразователя 3 устанавливается напряжение, которое поступает на вход усилителя мощности 4. На выходе усилителя мощности 4 устанавливается ток, пропорциональный поданному напряжению. Этот ток задает величину напряженное ти намагничивающего поля. Через неко торый промежуток времени, достаточны для того, чтобы в образце, помещенном в поле намагничивающей обмотки 5, закончились все переходные процессы, микропроцессор 1 формирует и передает в регистр 2 код, соответствующий максимальному отрицательному значению напряженности намагничивающего поля. Это приводит к тому, что в намагничивающей обмотке 5 возникает перепад тока, приводящий к изменению магнитного поля и перемагничиванию образца. Эти циклы перемегничивания повторяются несколько раз, реализуя магнит ную подготовку образца, т.е. установление статического магнитного состояния образца. В зависимости от положения точки на петле гистерезиса, в которой необходимо провести измерения, в регистре 2 остается код, соответствующий максимальному положительному или отрицательному значению напряженности намагничивающего поля, что определяется программой, записанной в микропроцессоре 1. На этом цикл магнитной подготовки заканчивается. После проведения магнитной подготовки в цикле измерения в микропроцессоре 1 формируется код, соответствующий такой напряженности поля, при роторой необходимо произвести измерение величин магнитной индукции. Этот 84 код переписывается в регистр 2. Одновременно сигналами с микропроцессора 1 открывается ключ 8 и закрывается ключ 9. При переключении намагничивающего поля от максимального значения к значению, при котором требуется произвести измерения, на вькоде измерительной обмотки 7 появляется импульсньш сигнал, которьш через открытый ключ 8 поступает на интегратор 10. Последний интегрирует поступивший на его вход сигнал. Напря|:ение на измерительной обмотке 7 вначале достигает максимума, затем спадает. При уменьшении его до нуля срабатывает нуль-орган 1Ь микропроцес- сор 1 воспринимает изменение состояния нуль-органа 11 и закрывает ключ 8. Одновременно напряжение, поступающее с выхода интегратора 10 на аналогоцифровой преобразователь 12 преобразуется в цифровой код, и этот код считывается микропроцессором 1. После считывания микропроцессор 1 вырабатывает управляющие сигналы, закрывающие ключ 8 и открывающие ключ 9. В зависимости от программы работы процесс на этом заканчивается или вновь производится цикл магнитной подготовки и цикл измерения, но уже при новом значении напряженности поля, соответствующем другой точке петли гистерезиса. Таким образом, при помощи предлагаемого устройства может быть осуществлено измерение любых параметров, хаоактеоизующих статическую петлю гистерезиса (коэрцитивной силы, остаточной индукции, индукции насьпцения), а также получаемых из нее (петли гистерезиса) или их совокупности расчетным путем (начальная и максимальная магнитные проницаемости, после максимальной проницаемости и др.). При этом перемагничивание может осуществляться как по предельной петле гистерезиса, так и по любым частным циклам, как симметричным, так и несимметричным, Все необходимые для определения указанных параметров измерения и вычисления производятся автоматически с помощью микропроцессора по заранее введенным в его постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программам. В случае использования устройства для многопараметрового неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов в ПЗУ вводятся и заранее найденные многомерные регрессионные.

зависимости между подлежащими контролю физико-механическими или структурными параметрами и совокупностью магнитных характеристик. Использование вместо одной целой совокупности магнитных характеристик расширяет область применения магнитного неразрушающего контроля, повышает его достоверность позволяет устранять влияние мешающих факторов.

Точность измерений статических магнитных характеристик в данном устройстве повышается за счет использования в качестве источника разнополярного напряжения последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя, усилителя мощности и токозадающего резистора. Такое соединение позволяет при высокой стабильности тока намагничивания исключить возникновение электрической дуги при коммутации тока намагничивания и более точно задавать значения зтого тока. Точность измерений повышается также за счет применения интегратора и аналогоцифрового преобразователя, позволяющих измерять приращения магнитной индукции в образце с меньшей погрешностью, чем при помощи баллистического гальванометра.

Производительность повышается за счет практически полной автоматизации процесса измерений и математической обработки данных.

Таким образом, при помощи предлагаемого устройства повьш аетс.я точность, производительность измерений и обеспечивается многопараметровый неразрушающий контроль физико-механических свойств ферромагнитных материалов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее усилитель мощности, намагничивающую и измерительную обмотки, токозадающий резистор, аналого-цифровой преобразователь и интегратор, отличающееся тем, что, с целью повьшения производительности измерений и расширения функциональных возможностей путем обеспечения многопараметрового неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий из ферромагнитных материалов, в него введены последовательно соединенные микропроцессов, регистр и цифроаналогоный преобразователь, а также нуль-орган и два аналоговых ключа, причем выход усилителя мощности подключен к последовательно соединенным намагничивающей обмотке и токозадающему резистору, а последний связан с вторым входом усилителя мощности, при этом измерительная обмотка подключена к нуль-органу и через первый аналоговый ключ к интегратору, параллельно которому подключен второй аналоговый ключ, а управляющие входы аналоговых клю(О чей подключены к выходам микропроцессора, выход интегратора соединен с выходом второго ключа и с входом аналого-цифрового преобразователя, параллельные выходы которого соединены с информационными входами микропроцессора, выход нуль-органа подключен к управляющему входу микропроцессора, а второй вход усилителя мощности связан с выходом цифроана00 логового преобразс Вателя. ел сх