Способ определения магнитной проницаемости образцов Советский патент 1992 года по МПК G01R33/16 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в приборостроении для определения магнитной проницаемости деталей сложной формы

Целью изобретения является повышение производительности способа.

На фиг„ 1 представлена установка для реализации предлагаемого способа на фиг, 2 - графики изменения магнитной проницаемости измерительного и эталонного контуров.

Установка содержит два одинаковых измерительных контура 1 и 2, устаиов1- ленных и закрепленных на одном столе . вибростенда 3„ Каждый измерительный контур представляет собой цилиндрический стакан 4 из неферромагнитного материала, заполненный ферромагнитной дисперсной средой (ФДС) 5 до уровня верхнего края стакана 4. Излишку ФДС как при заполнении объема стакана ФДС, так и при последующем погружении исследуемого образца (ИО) удаляются из измерительного контура, осыпаясь на фланец 6.

Ферромагнитная дисперсия (дискретная) среда 5 представляет собой сыпучий порошковый материал, состоящий из частиц сплошного ферромагнитного материала, размер частиц которого много меньше, чем наименьший линейный размер исследуемого образца ИО, так что ФДС может рассматриваться как квазисплошная среда. Примерами ФДС являются порошки железа, никеля и т.п.

На внешней поверхности стакана 4 закреплен соленоид 7, расположенный

сд

на средней части стакана 40 При проведении измерений ИО 8 помещается в центре соленоида 7. Положение ИО 8 фиксировано, оно осуществляется закреплением образца на тонком неферромагнитном стержне 9, закрепленном на неподвижной опоре 10.

Магнитная проницаемость ФДС 5 ,/Ктдс берется заведомо большей, чем верх- няя граница диапазона возможных значений магнитной проницаемости ИО 8. Диапазон возможных значений магнитной проницаемости ИО 8 на практике известен из нормативно-технической документации на материал ИО (ГОСТ, ОСТ, ТУ). Например, при контроле магнитной проницаемости образцов, прессованных и спеченных из порошка железа ПЖЗМ, в качестве ФДС 5 можно ис- пользовать порошок никеля0

Способ осуществляют следующим образом,,

:В один из измерительных контуров, например в контур 1, помещают ИО 8, закрепляют в центре соленоида 7 на тонком неферромагнитном стержне 9, закрепленном на неподвижной опоре 10, не связаннрй со столом вибростенда 3. После того, как в контур 1 помещен ИО 8, этот контур становится измерительным, а контур 2 (без ИО) - эталонным Излишки ФДС удаляются из контура при помещении в него образца, ссыпаясь на фланец 6. Соленоиды контуров 1 и 2 подключают к измерителям индуктивности, например, типа Е7-4, Е7-8 и т.п„

Содержимое контура 1 (в контуре 1 ФДС с образцом, в контуре 2 - ФДС) играет роль сердечника соленоида 7.

В начальный момент после помещения ИО 8 в измерительный контур показания измерителей индуктивности, подключенных к измерительному 1 и эта- лонному контурам, различны: индуктивность контура 1 ниже.

После помещения ИО 8 в контур 1 подают на (вибростенд:; 3 монохромати-

5 при этом удаляются, ссыпаясь на фланец 6. Плавное уменьшение плотности ФДС приводит к плавному уменьшению ее магнитной проницаемости, так как ФДС является двухкомпонентной гетерогенной средой, одной компонентой которой является воздух, а другой - частицы ФДС-„

Пусть объемная доля частиц ФДС есть 9 , тогда объемная доля воздушной компоненты есть (1-0).

С учетом того, что магнитная проницаемость воздушной компоненты равна единице, на основе теории обобщенной проводимости гетерогенных сред выражение для магнитной проницаемости ФДС 5 (Ифдс как функции от 9 может быть записано в виде уравнения типа уравнения Релея

30

,523,fl«

fU+з

-,(1)

|U

где /ц - магнитная проницаемость материала.

Пренебрегая плотностью воздушной компоненты по сравнению с плотностью материала частиц ФДС 5, запишем выражение ДЛЯ ПЛОТНОСТИ ФДС Дфдс8 ВИДе:

рсрдс- 9- р ,

(2)

где р - плотность материала частиц

ФДС 5„ .

Из выражений (1) и (2) следует, что при уменьшении плотности ФДС уменьшается и магнитная проницаемость ФДС. Таким образом, при плавном увеличении амплитуды вибронагрузки плавно уменьшается |Кд)дс в контурах 1 и 2.

Необходимым условием, которое при этом должно выполняться, является то, что с увеличением амплитуды вибронагрузки в контурах 1 и 2 должна изменяться одинаково, т.е.. каждому значению- амплитуды вибро- нагрузки должно соответствовать одно

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в приборостроении для определения магнитной проницаемости деталей сложной формы. Цель изобре тения - повышение производительности способа. Способ заключается в помещении исследуемого образца в измерительный контур, выполненный с ферромагнитной дискретной средой ХФДС), переводе ФДС в состояние псевдоожижения путем воздействия вибрации, сопровождающемся плавным изменением магнитной проницаемости ФДС за счет изменения ее плотности0 Амплитуду вибрации увеличивают до равенства магнитной проницаемости исследуемого образца и ФДС, которое фиксируется с помощью эталонного.измерительного контура Магнитную проницаемость образца определяют по величине индуктивности одного из контуров. 2 ил. О (Л С

ческую вибронагрузку, плавно увеличи- 50 и то же значение плотности псевдовая ее амплитуду, начиная с нулевой,, При вибропогружении ФДС 5 переходит в состояние псевдоожижения.

При плавном увеличении амплитуды

сжиженной ФДС 5 и, следовательно,

одно и то же значение

NAC

в контурах 1 и 2„ Для этого необходимо, чтобы выполнялось условие квазиспло

вибронагрузки плавно уменьшается плот-$5ности псевдоожиженной ФДС 5, которое

ность псевдоожиженной ФДС 5 (имеетсяозначает, что максимальный разрез

в виду эффективная или средняя плот-частиц $ ФДС 5 должен быть много

ность ФДС, которая уменьшается вслед-меньше чем наименьший линейный раэ- ствие разуплотнения ФДС). Излишки ФДС

сжиженной ФДС 5 и, следовательно,

одно и то же значение

NAC

в контурах 1 и 2„ Для этого необходимо, чтобы выполнялось условие квазисплош51

мер ИО 8 (или наименьший размер зазора между ИО 8 и внутренней стен- кой стакана 4). Выполнение условия квазисплошности для псевдоожижённой ФДС 5 обеспечивает ее текучесть, а это означает, что при повышении вйб- ронагрузки нижние частицы ФДС 5 обтекают препятствие, каким является ИО 8, и в результате при условии квазисплошности псевдоожижённой ФДС 5 ее плотность р фдс и, следовательно магнитная проницаемость ДЛадс оказываются независимыми от наличия препятствия в виде ИО 8 и одинаковы в контурах 1 и 2 о На практике условие квазисплошности выполняется, когда отношение между величинами Д и & подчиняется условию

fl/S

ОР - число витков соленоида} ({ - диаметр витков соленоида; Ф - табличная величина, зависящая от отношения $Ј a/d, где а - длина соленоида. , На практике величину L0 проще и точнее определять на основе. измере- ния индуктивностей 1, и I, а% соле&оДо тех пор, пока /Коде в процессе увеличения амплитуды вибронагрузки остается вьппе, чем неизвестная магнит- 25 Идов КОНТУа и 2 отсутствия ная проницаемость ИО 8 /Urto , инте- в них ФДС 5 и образца 8. Эти индукгральная магнитная проницаемость сер- . 1 .VJ. дечника контура 1 jUj , уменьшаясь, остается ниже, чем интегральная магнитная проницаемость контура 2 Ala. при этом и индуктивность I, солеино- да 7 контура t ниже, чем индуктивность L соленоида 7 контура 2, что

30

Величина |UC определяется формулой

&«Ц,,Uc6)

1 l),84(Dc/lcf.C|b-0 J

и фиксируется измерителями индуктивности, подключеннымисоответственно к соленоидам 7 контуров 1 и 2, Поскольку амплитуда вибронагрузки увеличивается монотонно и непрерывно и при этом монотонно и непрерывно

где W - проницаемость материала сер- дечника;

D. - диаметр цилиндрического сер- 3г дечника;

1с - длина сердечника;

DK средний диаметр соленоида.

Подставляя 6) в (4) и выражая из полученного соотношения величину ./Ц.

уменьшается ( то неизбежно в не- $Q „случим

который момент величина ( сравняется с Д(ио .Это означает, что в этот

момент сердечники контуров 1 и 2 ц -Lu| U° , , , .-т . : .-..: .L f;,,: . (7) ляются однородньми и одинаковыми не гт магнитным- свойствам (магнитТОй про-г -.

МИцаемости), т„ё. ( где L0 определяется экспериментально В этот момент соответственно бдинако- либо из (5).

вы показания измерителей индуктивйос- Таким образом, измеряя индуктив- ти: L4 LЈ Lo При дальнейшем воз- ность L 1.г L (в момент равенст- растании амплитуды вибррнагрузки jtf , ва индуктивностей Тм и L) по форму- становится ниже, чем Лщ и, следова- ле (7) находят /U и, следовательно/U.

тельно, fU становится выше, чем Atf ,: -J ,.-. .i -

т0е,, L Ьг (фиг, 2)0

Получим соотношение, связывающее измеряемую индуктивность соленоида L

55

При проведении измерений необходимо обеспечить равномерность плотности псевдоожижённой ФДС 5 в контурах 1 и 2 о РавномернЬсть плотности ФДС 5 в объеме стакана 4 (фиг„ 1) обеспечивают эмпирическим Подбором частоты вибронагрузки для каждой конкретной ФДС. Контроль равномерности плотности

Р

с магнитной проницаемостью дечника о

Индуктивность L соленоида с ником определяется формулой

L

|UC .

jo

(4)

,

JO

где 1,0 - индуктивность этого же соле( ноида без сердечника; рс - эффективная магнитная проницаемоеть соленоида с сердечником, намотанного на каркасе В свою очередь -

№

от

гг7 Гн

(5)

15

20

Л - Н

где /U0 4rt-. 10 . -- - магнитная пос-

(М

тояяная;

ОР - число витков соленоида} ({ - диаметр витков соленоида; Ф - табличная величина, зависящая от отношения $Ј a/d, где а - длина соленоида. , На практике величину L0 проще и точнее определять на основе. измере- ния индуктивностей 1, и I, а% соле&ос25 Идов КОНТУа и 2 отсутствия в них ФДС 5 и образца 8. Эти индукТИВ 1Т И ДОЛ3. 1 .VJ.

Величина |UC определяется формулой

&«Ц,,Uc6)

1 l),84(Dc/lcf.C|b-0 J

,: -J ,.-. .i -

55

При проведении измерений необходимо обеспечить равномерность плотности псевдоожижённой ФДС 5 в контурах 1 и 2 о РавномернЬсть плотности ФДС 5 в объеме стакана 4 (фиг„ 1) обеспечивают эмпирическим Подбором частоты вибронагрузки для каждой конкретной ФДС. Контроль равномерности плотности

7171

ФДС 5 производится следующим образом. В стакан 4 с ФДС помещают контзролъ- ную катушку индуктивности, намотанную на трубку из немагнитного материала„ Ось катушки располагают вертикально, параллельно оси стакана Размеры катушки выбирают много меньшим размеров стакана, но много большими, чем размер частиц ФДС. Например, высота катушки «0,05-0,1 высоты стакана 4, внутренний диаметр трубки, на которой намотана катушка, Ф,1 внутреннего диаметра стакана 4. Катушку подключают к измерителю индуктивности,, Затем прикладывают вибронагрузку.некоторой начальной частоты. Перемещая катушку в различные точки объема ФДС 5 по вертикали и горизонтали, сохраняя при этом ориентацию оси катушки, измеряют ее. индуктивность. По величине ИНДУКТИВНОСТИ СУДЯТ О /U (рос и

следовательно, о плотность ФДС в разных точках стакана 4. В случае, если индуктивность оказывается различной в разных точках объема, занятого ФДС, изменяют частоту вибрации и вновь повторяют измерения индуктивности контрольной катушки в разных точках объема ФДС 5, и так до тех пор, пока не найдут частоту, при которой индуктивность контрольной катушки окажется одинаковой (с допустимой погрешностью) в разных точках объема ФДС 5. На практике число этих контрольных точек может быть выбрано равным, четырем: две точки у верхнего края стакана 4 с ФДС 5 (одна у стенки стакана 4, другая - на оси) и две такие же точки у дна стакана 4„ Найденную таким образом частоту вибронагрузки (для данной конкретной ФДС) и выбирают в качестве рабочей частоты при измерении fUw .. Эта частота устанавливается один раз и остается постоянной при проведении измеренийо

Предлагаемый способ определения магнитной проницаемости проще и, следовательно, производительнее, чем известный способ, поскольку ФДС выби рается, а рабочая частота вибронагруки определяется один раз при настройке установки для контроля образцов, магнитная проницаемость которых лежит в определенном, заранее известном диапазоне. В процессе измерений ни ФДС, ни частоту вибронагрузки не изменяют. Изменение амплитуды вибро

0

5

25

105

8

нагрузки осуществляется одним регулировочным органом„ Это занимает меньше времени, чем подбор магнитной проницаемости ферромагнитной жидкости, смешивание двух или нескольких ферромагнитных жидкостей или изменение концентрации дискретной фазы в жидкости перед каждым следующим измерением.Кроме того, после измерения в известном

-.

способе Лерромагнитная жидкость в общем случае не может быть использована для дальнейших измерений без соответствующей регенерации, а также требуются очистка и сушка образца. Предлагаемый способ свободен от этих недостатков„

В предлагаемом способе исключается воздействие (адсорбционное, хими- о ческое) ферромагнитной жидкости на поверхностный слой образца, изменяющее контролируемый параметр (особенно в случае пористых прессованных образцов). Воздействие ФДС на контролируемый образец исключается путем выбора степени дисперсности ФДСС Так, например, если проводится контроль магнитной проницаемости прессованных и(или) спеченных образцов и известно, что размер пор образца не превышает 20 мкм, то выбор ДС, у которой размер частиц составляет 30-50 мкм, исключает их проникновение в приповерхностный слой образца, т.е. адсорбцию. Химическая реакция между двумя твёрдыми металлами также не происходит. Использование предлагаемого способа измерения магнитной проницаемости позволит осуществлять экспрессный контроль магнитной проницаемости деталей сложной формы в приборостроении,.

30

35

0

Формула изобретения

Способ определения магнитной проницаемости ,образцов, включающий определение индуктивности контура с образцом и ферромагнитной средой в процессе изменения магнитной проницаемости ферромагнитной среды и регистрацию индуктивности контура с .образцом и ферромагнитной средой в момент равенства магнитной проницаемости об- разца и ферромагнитной среды, о т л И- чающийся тем, что, с целью повышения производительности способа, в качестве ферромагнитной среды

917

используют ферромагнитную дисперсную среду, изменение магнитной проницаемости ферромагнитной дисперсной среды осуществляют одновременно в контуре с образцом и ферромагнитной дисперсной средой и в эталонном контуре с ферромагнитной дисперсной средой, измеряя дополнительно индуктивность эталонного контура, причем момент равенства магнитной проницаемости об- разца и ферромагнитной дисперсной среды фиксируют по равенству индук- тивностей контура с образцом и фёрр}о- магнитной дисперсной средой и эталон- Horo jcoHTypa, а магнитную проницае 6 I

510

мость образца определяют из соотношения

/

L (п.о Ч

где L, LO - индуктивность контура с .образцом и ферромагнитной

дисперсной средой в мо- мент равенства индуктивностей контура с образцом и ферромагйитной дисперсной средой и эталонного контура;

/U п.о магнитная проницаемость образца,,

Д-I

.«Йв.: /

л

А -амплитуда Яидронагрузки

h-амплитуда fi момент рабенстба ju, и iuz

Фиг. 2