Устройство для измерения магнитных характеристик материалов Советский патент 1990 года по МПК G01R33/12 

го

датчика 3 магнитной индукции, образца 4, установленного на контактных площадках 5 ярма. С помощью зажимного устройства образец 4 прижимается к контактным площадкам ярма, а датчики напряжения прижимаются к поверхности образца в зоне измерения. В обмотку

намагничивания подается намагничивающий ток. Сигналы с датчиков магнитной индукции и напряженности магнитного поля подаются в измерительный блок, в которьй также поступают сигналы с датчика толщины. 5 ил.

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для измерения магнитных характеристик листовых материалов, обладающих магнитной анизотропией. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство состоит из накладного ферромагнитного ярма 1, намагничивающей обмотки 2, датчика 3 магнитной индукции, образца 4, установленного на контактных площадках 5 ярма. С помощью зажимного устройства образец 4 прижимается к контактным площадкам ярма, а датчики напряжения прижимаются к поверхности образца в зоне измерения. В обмотку намагничивания подается намагничивающий ток. Сигналы с датчиков магнитной индукции и напряженности магнитного поля подаются в измерительный блок, в который также поступают сигналы с датчика толщины. 5 ил.

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано преимущественно для измерения магнитных характеристик листовых материалов, обладающих магнитной анизотропией.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена конструкция устройства для измерения магнитных характеристик материаловt на фиг.2 - обозначения основных линейных и угловых размеров испытуемого образца в виде сектора кольца и его ориентация к оси отсчета угловых положений намагничивания материала-, на фиг.З - зависимости относительных методических погрешностей измерения f Hy и

tf Hp соответственно тангенциальной - и радиальной составляющих напряженности магнитного поля при изменении углового положения направления намагничивания d для различных уровней анизотропии магнитных свойств материала К, равного отношению проницаемостей в ненасыщенных режимах вдоль осей легкого и трудного намагничивания на фиг,4 - зависимости наибольшего значения методической погрешности измерения напряженности магнитного поля

угла (9„при различных г для

ffl О( К С

предельного случая магнитной анизотропии К 30; на фиг.З - зависимост наибольшего допустимого значения угла ни соответствующего ему соотношения 1/4R от величины г для К 30. Устройство состоит из накладного ферромагнитного ярма 1, намагничивающей обмотки 2, датчика 3 магнитной индукции, образца 4, установленного на контактных площадках ярма 5. На противоположных поверхностях образца 4 установлены датчик 6 для измерения тангенциальной Н,д направленной по касательной к средней линии образца в точке измерения, и датчик 7 для измерения радиальной Ир, перпендикуляр5

0

5

0

5

0

5

0

5

ной к средней линии образца в точке измерения, составляющих напряженности магнитного поля. Датчики 6 и 7 закреплены на штоках 8, размещенных на направляющих 9, Штоки связаны с датчиком толщины 10 и зажимным устройством (не показано), служащим для прижатия образца 4 к контактным площадкам 5 ярма 1 и одновременной установки на поверхность образца датчиков 6 и 7 напряженности. Образец 4 соединен с указателем 11 углового положения.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый образец 4 устанавливают на контактные площадки 5 ярма 1 и соединяют с указателем 11 угловрго положения образца, с помощью которого путем углового перемещения достигается совпадание оси отсчета углов намагничивания с риской О на лимбе указателя, обеспечивающее размещение исследуемой части образца в зоне намагничивания, так что исследуемое угловое положение oL всегда оказывается на оси симметрии датчиков напряженности магнитного поля Н р. С помощью зажимного устройства образец 4 прижимается к контактным площадкам 5 ярма 1, а датчики 6 и 7 напряженности прижимаются к поверхности образца 4 в зоне измерения. В обмотку 2 намагничивания подается намагничивающий ток. Сигналы с датчиков магнитной индукции 3 и напряженности 6 и 7 подаются в измерительный блок (не показан). Туда же поступает сигнал с датчика 10 толщины.

Для установки образца в следующее угловое положение с помощью зажимного устройства датчики 6 и 7 отводятся от поверхности образца 4, а сам образец освобождается от прижатия к контактным площадкам 5 ярма 1. С помощью указателя углового положения образец устанавливается в новое угловое положение и процесс измерения повторяется и т.д.

Характер распределения магнитного поля и методические погрешности из- . мерения магнитных характеристик материала зависят от конфигурации зоны намагничивания образца и степени анизотропии магнитных свойств материала. Выполнение образца в виде сектора кольца, средней линией у которого яв-

ляется дуга окружности радиуса R

ср

(фиг.2) позволяет обеспечить неизменность конфигурации зоны намагничивания, а значит, и неизменность распо- ложения измерительных датчиков при изменении углового положения намагничивания образца, неизменность положения оси указателя углового положения образца, линейность шкалы на лимбе указателя углового положения образца, относительную простоту мещения датчика магнитной индукции, охватывающего образец в зоне намагничивания, связанную с незамкнутостью образца криволинейной формы по сравнению с известной кольцевой формой.

С учетом условия непрерывности магнитного потока магнитная индукция в материале В ставится в соответстви средней по сечению образца в зоне измерения индукции Вср. При этом в каждом угловом положении намагничивания образца d методические погрешности измерения связаны с определением составляющих напряженности маг

нитного поля Н и.Н0 и рассчитываются по выражениям:

Я

значения соответствующих составляющих напряженности магнитного поля анизотропного маВ Вср, а

значения

териала при

Ну, Нр- значения составляющих, измеренные соответствующими датчиками.

При неизменной форме зоны намагничивания устройства погрешности не зависят от абсолютных размеров устройства и образца, а также от магнитных свойств материала. В то же время они зависят от соотношения этих размеров и степени анизотропии магнитных свойств материала К. В результа

53930

те расчетов определены форма зоны намагничивания в виде сектора кольца, что обеспечивается пересечением пря

10

20

15 мых, являющихся продолжением внутренних контуров контактных площадок ярма, в точке на оси указателя углового положения образца, и расположение датчиков напряженности магнитного поля центрами симметрии на средней линии образца на равных удалениях от контактных площадок ярма. При этом размер датчиков напряженности вдоль средней линии образца должен быть не 1, .а в направлении, перпендикулярном средней линии образца - вен ширине зоны 4R, что обеспечивает гарантируемые погрешности измерения. В связи с постоянством магнитного потока внутри зоны намагничивания место расположения охватывающего датчика магнитной индукции произвольно в пределах зоны.

В результате математического моде25 лирования установлено, что наибольшие погрешности измерения магнитных характеристик, также, как и при намагничивании замкнутых кольцевых образцов анизотропных материалов, имеют место

30 в ненасыщенном режиме намагничивания, когда анизотропия магнитных свойств наиболее выражена. Поэтому все исследования были ограничены ненасыщенным режимом намагничивания. При этом погрешности сГн и оказываются зависимыми только от параметров г, К, вни (У. Зависимости с/ ц и сРНр от углового положения намагничивания образца о(, ввиду симметрии магнитных

энс осей магнитной анизотропии также симметрична относительно этих осей, что позволило ограничить диапазон -исследования по крайними значениями 0 и 90 .

хс Осью отсчета углов намагничивания образца qf, позволяющей установить нулевое положение указателя углового положения образца, является линия ON (фиг.2), перпендикулярная в плоскости листового материала к направлению его прокатки, вдоль которого материал обладает наиболее высокими магнитными свойствами. При переходе через линию ON знак угла меняется на противоположный.

Характер зависимости измерения составляющих напряженности магнитного поля от угла независимо от ве- личины Киви практически не меняет35

40

50

55

ся и отмечается наличием максимумов i погрешностей при углах намагничивания, близких к с 0, причем погрешность измерения Рце значительно превосходит погрешность fHt«,a общий уровень погрешностей растет с увеличением Kt В качестве примера на фиг.З приведены кривые н W) и сСно (of) для 9И 13°, г 1,1 и различных JQ значений К const. На основании об- работки аналогичных кривых Нц(°0 ) для различных , г и наибольшей возможной степени анизотропии магнитных свойств материалов К 30 15 получены зависимости изменения максимальной методической погрешности измерения напряженности магнитного поля от углового размера сектора зоны намагничивания образца 0Н при раз- 20 личных значениях соотношений радиусов образца г const, представленные на фиг,4.

В соответствии с требованиями ГОСТ максимальная погрешность измерения 25 напряженности магнитного поля не должна превышать значения | сГмо|кс | Ј 1, 5%, Ограничивая этим значением кривые, можно получить зону допустимых зна- чений в зависимости от отношения -30 радиусов испытательного образца. На фиг.5 построен полученный таким образом график зависимости наибольшего допустимого значения центрального угла зоны намагничивания относительно оси поворота указателя углового положения образца 0н(г), Учитывая, что

Q «

1 2/T-R

R

ср

ср збо

ЛК-( J.) 2(т

40

где /3R R н - R в, получаем выражение 1ft

е

(г + 1)

AR 360° н(г - 1) связывающее отношение размеров зоны намагничивания с отношением радиусов образца г и соответствующего ему значения 6rt, определяемого графически по фиг.5. В качестве иллюстрации на фиг.5 представлена также зависимость l/uR(r), соответствующая за- висимости ви(г). Таким образом относительные размеры зоны намагничивания устройства, а значит и размеры измерительных датчиков находятся в

Q 5 0

5 0

0

5

CQ

жесткой зависимости от отношения радиусов образца и наибольшей степени анизотропии магнитных свойств анизотропного материала.

С целью экономии материала, необходимого на изготовление образца, размер образца по углу должен быть таким, чтобы обеспечить возможность магнитного контакта образца с накладным ярмом при измерении магнитных характеристик материала для направлений намагничивания с/, соответствующих крайним угловым положе- ниям о/, и dг указателя углового положения. При этом из простых рассуждений следует, что величина угла определяется по формуле

/е Кг + бн + 20k. Минимальный расход материала на изготовление образца, где &к- угловой размер контактной площадки ярма относительно оси поворота указателя углового положения образца, накладывает дополнительные требования на ориентацию его при изготовлении, по отношению к выбранной оси отсчета. Поскольку необходимо, чтобы сектор кольца с центральным углом о сгарантировал измерение магнитных свойств в крайних угловых положениях о/, , of , из геометрических рассуждений следует, что ось симметрии образца должна при этом составлять с осью ON угол 0, равный полусумме крайних направлений намагничивания, что соответствует равенству

б Ы, + .

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитных характеристик материалов по авт. св. № 1307415, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, вершина угла $и, образованного пересечением прямых, являющихся продолжением внутренних контуров контактных площадок ярма, расположена на оси поворота указателя углового положения образца, а величина вw не превышает значения, находящегося в функциональной зависимости от отношения наружного радиуса образца R м к внутреннему радиусу R j - г RH/Rj - и определенного в соответствии с ее графиком 0„(г), область расположения датчиков напряженности

магнитного поля ограничена линейными размерами зоны намагничивания, 1 и AR соответственно вдоль и поперек средней линии образца, причем центры Р

v К-7

симметрии датчиков напряженности расположены на средней линии ярма на разных удалениях от контактных площадок ярма.

nanpaSflSHue

О

прокатки

Фиг. 2

JL

г

J/w

HJ

г /,/

Фиг.З

№182,2 2,6 3}0

Фиг. 5

Фиг А