Способ определения начальной магнитной проницаемости Советский патент 1989 года по МПК G01R33/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля магнитных параметров сердечников из ферромагнитных материалов.

Цель изобретения - повышение точности определения начальной магнитной проницаемости путем увеличения отношения сигнал/шум.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - зависимость амплитудной магнитной проницаемости (Ujy и дифференциальной, соответствующей моментам смены знака напряженности поля (Н О) lUjJH o от амплитуды 11„ перемагничивающего поля; на фиг. 3 - экспериментальные кривые

fdlH.o (Н ческие процессы, происходящие в образце при перемагничивании; на фиг.5- крнвая намагничивания образца и характер изменения намагнич {влющего поля.

На фиг, Г приняты следующие обозначения: генератор 1 намагничивающего тока; амплитудный детектор 2; усилитель 3; намагничивающая обмотка 4j

о

О1

00 СП

1465851

измерительная обмотка 5; третий ключ 6; делитель частоты 7; триггер 8; второй ключ 9} первый ключ 10; четвертый ключ I1; усилитель-ограничитель 12; дифференцирующий усилитель 13; интегратор 14; нуль-орган 15; токос ьемиый транзистор 16; сумматор 17; элементы И 18 и 19; фильтр 20

f ВоБр( неоер (Н) - соответст-: веино обратимая и необратимая состав ляющие индукции.

Начальная магнитная проницаемость при Н О обусловлена только обратимыми процессами в ферромагнитном материале, т.е. углом наклона касательной о1нач точке Н О, В 0.

низкой частоты (конденсатор). Уснли- ю При уменьшении напряженности магнит- тель 13 вьтолнен в виде парафазногоного поля от К „ до О изменяется

дифференцирующего усилителя 21 и дио- . только обратимая составляющая иидук- дов 22 и 23. Интегратор 14 может быть ция, а необратимая составляющая выполнен в виде операционного усилителя 24 и конденсатора 25. Сумматор 17 содержит резисторы 26-28.

Сущность изобретения в том что зависимость jltj ( f О Чп) сохраняет линейньа характер при больших значениях амплитуды напряженности магнитного поля, чем зависимость амплитудной магнитной проницаемости от напряженности |U f (К) в известном способе (фиг. 2). Зависимость JU f (Н) имеет линейный Характер только в очень малом диапа- зоие полей, когда отсутствуют потери (вязкая составляющая a mлитyднoй Проницаемости) и зтот диапазон не превышает 0,04-0,4 А/м, что и является основным недостатком известного способа определения магнитной проницаемости, который огргшичивает точность измерения, так как приходит ся оперировать очень малыми по значению сигналами.

На фиг. 3 представлены экспериментальные зависимости дифференциальной магнитной проницаемости |н 0 напряженности магнитного поля для различных марок ферритов. Объяснить увеличение линейного участ- ка зависимости (tij f л) можно следующим образом. Понятие вязкая и упругая составляющие исполь-

иеобр остается равной остаточной

15 индукции Вр. Позтому в точке Н О, В Вр, где определяется щ ( которая пропорциоиальна «.„о„ , имеют место только обратимые процессы, ии- тенсивность которых и определяет в

20 данной точке начальную магнитную проницаемость (кривая Ъ (Н) приподнята по оси индукции на величину В,). В идеальном случае (Uj |ц была бы равна начальной магнитной проницае25 мости при любом значении li, однако в реальном ферромагнетике (фиг. 2) в данной точке (К О, В В) имеют место и необратимые процессы небольшой интенсивиости (иапример скачки

30 Баркгаузеиа), поэтому |Uj ( линейно возрастает с увеличением поля. Линейный участок зависимости |Uj L.Q f (Н) увеличивается в 10-15 раз по сравнению с |Ц f (Н), Вследствие

25 этого улучшается точность экстраполяции. В частности, для двух значений амплитуд напряженности магнитного поля (Н и Н ), взятых в пределах диапазона линейной экстраполяции и

40 соответствующих им значений .диффереи- циальной проницаемости jUj, и J4j2. (н-о «результат экстраполяции равен

45

зуются в малых полях, когда не проявляется нелинейность намагничивания и петля гистерезиса представляет собой эллипс. При увеличении поля эти составляющие в физике магнитных явлений носят названия необратимая и обратимая.

, Кривую намагничивания В(Н) при из- менении напряженности от О до К/ можно представлять в виде двух состазля- gg ющих (фиг. 4)

Р

.(H 5W-| Ja|H.o

чаи

П)1 П)«

-,(1)

50

начальная магнитная проницаемость.

Способ осуществляют следующим образом.

На образец 29 воздействуют переменным полем с изменяющейся амплитудой Н или суммой переменного и по- , стоянного полей Н + HQ фиксированной-амплитуды. При этом значения амплитуд напряженности переменного магнитного поля выбирают из условия

В (Н)

Веер №)

Вцеобр (Н),

f ВоБр( неоер (Н) - соответст-:: веино обратимая и необратимая составляющие индукции.

Начальная магнитная проницаемость при Н О обусловлена только обратимыми процессами в ферромагнитном материале, т.е. углом наклона касательной о1нач точке Н О, В 0.

При уменьшении напряженности магнит- ного поля от К „ до О изменяется

только обратимая составляющая иидук- ция, а необратимая составляющая

иеобр остается равной остаточной

индукции Вр. Позтому в точке Н О, В Вр, где определяется щ ( которая пропорциоиальна «.„о„ , имеют место только обратимые процессы, ии- тенсивность которых и определяет в

данной точке начальную магнитную проницаемость (кривая Ъ (Н) приподнята по оси индукции на величину В,). В идеальном случае (Uj |ц была бы равна начальной магнитной проницаемости при любом значении li, однако в реальном ферромагнетике (фиг. 2) в данной точке (К О, В В) имеют место и необратимые процессы небольшой интенсивиости (иапример скачки

Баркгаузеиа), поэтому |Uj ( линейно возрастает с увеличением поля. Линейный участок зависимости |Uj L.Q f (Н) увеличивается в 10-15 раз по сравнению с |Ц f (Н), Вследствие

этого улучшается точность экстраполяции. В частности, для двух значений амплитуд напряженности магнитного поля (Н и Н ), взятых в пределах диапазона линейной экстраполяции и

соответствующих им значений .диффереи- циальной проницаемости jUj, и J4j2. (н-о «результат экстраполяции равен

.(H 5W-| Ja|H.o

П)1 П)«

-,(1)

g

0

начальная магнитная проницаемость.

Способ осуществляют следующим образом.

На образец 29 воздействуют переменным полем с изменяющейся амплитудой Н или суммой переменного и по- , стоянного полей Н + HQ фиксированной-амплитуды. При этом значения амплитуд напряженности переменного магнитного поля выбирают из условия

Н

п i Ь „ маке значение максимальной амплитуды напряженности магнитного поля соответствует максимальному значению амплитудной магнитной проницаемости образца 29. Определяют в момент смены знака напряженности дифференциальную магнитную проницаемость fij , находят зависимость дифференциальной магнитной проницаемости для момента смены знака напря- женности от амплитуды напряженности поля (Uj ,..0 f (HJ, а значение начальной магнитной проницаемости ст определяют по результатам линейной

д

:,

экстраполяции зтой зависимости в область нулевого значения напряженности магнитного поля.

В устройстве, реализующем способ определения начальной магнитной проницаемости, образец 29 перемагничивй- ют в режиме одновременного действия переменного и постоянного (Нд 11„) магнитных полей, а начальная магнитная проницаемость может быть определена в пределах одного цикла пере- магничивания, исходя из соотношения (равенство (1) и фиг. 5):

Изобретение может быть использовано для контроля магнитных параметров сердечников из ферромагнитных материалов. Способ определения начальной магнитной проницаемости состоит в следующем. На образец воздействуют переменным током с изменяющейся амплитудой Н или суммой менного и постоянного полей фиксированной амплитуды. В момент смены знака напряженности определяют дифференциальную магнитную проницаемость, находят зависимость дифференциальной магнитной проницаемости для момента смены знака напряженности от амплитуды напряженности поля, а значение начальной магнитной проницаемости определяют по результатам линейной экстраполяции этой зависимости в области нулевого значения напряженности магнитного поля. При больших измеряемых величинах (Н„ .п.мвкс где значение максимальной амплитуды напряженности магнитного поля соответствует максимальному значению амплитудной магнитной проницаемости образца) улучшается точность экстраполяции и одновременно повышается чувствительность измерения. 5 ил. с S (Л

1

на ч

(Uj. (Нп,) -(Uj, ),„, (Н, - Н,) (Н„-«- Н„) - ( Н„)

РНЯЦ

н

(J

I «

/Нгп -° Но

1, (dz

- соответственно значения дифференциальной магнитной 25 проницаемости на нисходящей и восходящей ветвях несимметричного гисте- резисного цикла в «30 моменты равенства нулю напряженности суммарного поля;

dB/dt

elH.o

.b.-

wH cos arcsin (-1-) е - ЭДС в измерительной обмотке 40 .

Начальна с учетом (2

в моменты смены знака на- пряженности суммарного поля перемагничивания.

е,|„.о №.+ Н„) - е2|н.о («п,- Н„)

2Н

TJ-1

arcs in (- )J

При условии Kjj -2 (4) упрощается

Н выражение

50

чивания соответственно на нисходящей и восходящей ветвях гистерезисного

Р

на ц

(5)

цикла.

Для определения начальной магнит- Ной проницаемости (фиг. 5) сут-tMa сигналов генератора I и амплитудного 55 детектора 2 через усилитель 3 подает- Iся на намагничивающую обмотку 4,

где е, и ej - ЭДС в измерительной об- обеспечивая тем самым режим одновре- мотке в моменты смены знака напря-менного действия постоянного и переженности суммарного поля перемагни-менного магнитного поля Н М„ РI

)

«н„

о -(с).|и.оФ- о. (2)

I

И - постоянная составляющая напряженности магнитного поля,

В режиме одновременного действия постоянного и переменного магнитного поля Н Ид + Н sinco t дифференциальная проницаемость в момент смены знака напряженности суммарного поля

/WJ Р

(-1-)

(3)

in (-1-)

Начальная магнитная проницаемость с учетом (2) и (3) равна

(А)

50

чивания соответственно на нисходящей и восходящей ветвях гистерезисного

I1

tr -iStixoff

J

(

JUH

0

X

ff to fO 20 Фиг Z

IH.

ff O

2000

500 0

.

fCf

20DOif

fOOOfff

700ftf

fO 15 20 /rrj/ фиаЪ

фfJгЛ

f/fn inOjt-f-Hn

ap.J5