Способ определения магнитных параметров постоянных магнитов Советский патент 1992 года по МПК G01R33/12 

устройств, принцип работы которых основывается на его применении. Это объясняется тем, что в известном способе не предусматривается учет влияния магнитной цепи испытуемых образцов (магнитной сие- темы) на результаты измерений. Внешняя цепь испытуемых образцов магнитотвердых материалов и постоянных магнитов, по которой замыкается их поток, содержит маг- нитотвердый материал и массивную магнитную систему. В режиме измерений эта цепь намагничивается как намагничивающими обмотками, так и намагниченностью испытуемых образцов, на что испытуемые образцы должны создать определенное ко- личество внешней энергии и, тем самым, уменьшаются значения магнитной индукции в их магнитном потоке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, является способ измерения магнитных параметров постоянных магнитов, заключающийся в том, что испытуемый постоянный магнит помещают в рабочий объем магнитной системы и перемагничивают его по предельной петле гистерезиса. В этом процессе измеряют напряженность приложенного магнитного поля в плоскости нейтрального сечения испытуемого постоянного магнита, у его боковой поверхности, и индукцию его магнитного потока в измерительном зазоре, а значения намагниченности испытуемого образца для каждой точки петли гистерезиса определяют согласно уравнениям, обеспечивающим устранение влияния немагнитных промежутков в магнитной системе на результаты измерений.

Недостаток известного способа заключается в невысокой точности, которую он обеспечивает. Невысокая точность измере- ний объясняется тем, что способ не предус- матривает устранение влияния магнитопровода магнитной системы на точность измерений. Магнитное сопротивление магнитопровода соизмеримо с магнитным сопротивлением измерительных зазоров и имеет нелинейную характеристику, что приводит к значительным погрешностям измерений, особенно при регистрации значений коэрцитивной силы и остаточной индукции.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения магнитных парамет- ров постоянных магнитов, заключающемся в перемагничивании испытуемого постоянного магнита в рабочем объеме магнитной системы по предельной петле гистерезиса и в измерении, в этом процессе индукции магнитного потока испытуемого постоянного магнита перед началом измерений замыкают полюса магнитной системы, перемагничивают ее по предельному циклу гистерезиса и измеряют в этом процессе зависимость намагничивающей силы обмоток от значений магнитной индукции, а затем устанавливают испытуемый постоянный магнит в рабочий объем магнитной системы, перемагничивают его по предельному циклу гистерезиса и по значениям намагничивающей силы магнитной системы, индукции магнитного потока испытуемого постоянного магнита, а также по его длине, для каждой точки петли гистерезиса определяют значения напряженности приложенного магнитного поля и намагниченности с помощью соотношений Hi (FM,-UMi)

Mi (Км, - F MI ) Icf1 + k , где Hi - напряженность приложенного к постоянному магниту магнитного поля;

Mi - намагниченность постоянного магнита;

UMJ - величина падения магнитного напряжения между полюсами магнитной системы;

FMI - величина магнитодвижущей силы;

BMI - измеренное значение магнитной индукции;

1о - длина испытуемого постоянного магнита;

/io - магнитная постоянная.

, 5и

к -к- - конструктивная постоянная

00

магнитной системы;

Зи - площадь магнитной цепи в месте установки измерительного зазора;

So - площадь сечения испытуемого образца.

Повышение точности в способе определения магнитных параметров постоянных магнитов достигается тем, что параметры каждой точки петли гистерезиса определяются путем выполнения математических операций над значениями измеряемых в процессе измерений величин индукции и намагничивающей силы, а также зависимостью падения магнитного напряжения во внешней цепи испытуемого образца, которая определяется в дополнительной операции перед проведением измерений. Таким образом устраняется влияние ненулевого магнитного сопротивления магнитной системы на результаты измерений.

На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Способ определения магнитных параметров постоянных магнитов заключается в следующем. Замыкают полюса магнитной системы и перемагничивают ее по предельному циклу гистерезиса.. В процессе пере- магничивания измеряют ток обмоток магнитной системы и индукцию потока в полюсах магнитной системы. По соответствующих значениях тока и индукции регистрируют функциональную зависимость падения магнитного напряжения между полюсами магнитной системы, в ее объеме, от индукции магнитного потока. Устанавливают испытуемый образец в рабочий обьем магнитной системы и перемагничивают по предельному циклу гистерезиса. В этом процессе измеряют намагничивающую силу по току обмоток магнитной системы и индукцию магнитного потока. По измеренным значениям намагничивающей силы, индукции, а также по значениям длины испытуемого образца и измеренной ранее зависимости падения магнитного напряжения от индукции для каждой точки петли гистерезиса значения приложенной напряженности и соответствующие им значения намагниченности испытуемых образцов определяют с помощью следующих выражений

HI-(FMI -UMI )

Mi (UMi - FMi ) kf1 + k Ви уиГ1 где HI - напряженность приложенного к постоянному магниту поля;

MI - намагниченность постоянного магнита;

DM - величина падения магнитного напряжения между полюсами магнитной системы;

Fiv - величина магнитодвижущей силы;

ВИ1 - измеренное значение магнитной индукции;

1о - длина испытуемого постоянного магнита;

fio - магнитная постоянная;

о

k - - конструктивная постоянная

Ьо

магнитной системы;

Зи - площадь магнитной цепи в месте установки измерительного преобразователя индукции; So площадь сечения испытуемого образца.

Способ измерений основан на следующем. Магнитный поток, пересекающий испытуемый постоянный магнит и магнитную систему, создается м.д.с. обмоток магнитной системы и намагниченностью испытуемого постоянного магнита. Уравнение .для контура замыкания магнитного потока имеет вид

1

2

/ Mdi +FM / HM+HI di+

JЈ

2 -Ј7

+/Hcdl,(1)

Ј где IQ-длина испытуемого постоянного маг-4

нита;

М - намагниченность испытуемого по- стоянного магнита;

FM - намагничивающая сила обмоток магнитной системы;

1Н - значение тока в обмотках; W - количество витков обмоток; Нм-составляющая напряженности магнитного поля в испытуемом постоянном магните, созданная его намагниченностью; Hi - составляющая напряженности магнитного поля, созданная м.д.с. обмоток маг- нитной системы;

Не - общая напряженность магнитного поля в объеме магнитной системы.

Исходя из условий однородности магнитного поля в объеме испытуемого посто- янного магнита, элементы уравнения (1) можно заменить выражениями

0

+

/ М dl М 10 ;

$м +

(2)

(Нм + Hi) fla Во;

+

/ (Нм + Hi)dl (Нм + Hi) to,

5 Г

где - магнитная постоянная;

BQ- индукция.магнитного поля в объеме испытуемого постоянного магнита.

Интеграл от полной напряженности, магнитного поля в объеме магнитной системы по длине является падением магнитного напряжения UM между торцами полюсов магнитной системы, зависящим от индукции Ви магнитного поля в ее полюсах, изме- ряемой преобразователем

/ Нс dl - им(Ви). 1о

(3)

Ун

читывая рассеяние магнитного потока в измерительном зазоре и форму полюсов магнитной системы, между значением индукции Во и измеренным значением Ви существует зависимость

Во кВи,W

где k -гД - конструктивная постоянная

Ьо магнитной системы;

Зи - площадь измерения зазора;

So - площадь сечения испытуемого постоянного магнита.

Для каждой составляющей напряженности магнитного поля Нм и Hi в объеме испытуемого магнита, созданной их источ- . никами - намагниченностью М и м.д.с. FM iMW, получают зависимости величин Hi и М от измеряемых значений н и Ви в процессе перемагничивания магнита и измеренной

ранее зависимости ии(Ви) H,-(FMi -UMi )f1;

(5)

-1

MI (UMI -Fwi )lo 1 + кВИ|,Мо ,(6)

По значениям величин Hi и Mi, согласно уравнениям (5) и (6), определяют значение индукции в объеме испытуемого постоянного магнита

Во, /c0(Hi + M,).(7)

Устройство состоит из магнитной системы 1 с намагничивающими обмотками 2, измерительным зазором 3 и технологическим зазором 4, а также из преобразователя 5 индукции, источника б тока, измерительного шунта 7, первого усилителя 8, первого аналого-цифрового преобразователя 9, второго усилителя 10, второго аналого-цифрового преобразователя 11, блока 12 цифрового вычислителя, блок 13 управления и ввода информации, блока 14 цифровой памяти и блока 15 вывода результатов измерений.

Испытуемый постоянный магнит 16 установлен в рабочий объем магнитной системы 1, между ее полюсами, на которых расположены намагничивающие обмотки 2. В измерительный зазор 3 установлен преобразователь 5 индукции. К выводам обмоток 2 подключен источник 6 тока и измерительный шунт 7, соединенные последовательно между собой. Выход преобразователя индукции 5 подключен к входу первого усилителя 8, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя 9, а потенциальные выводы измерительного шунта 7 подключены к входу второго усилителя 10, выход которого соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя 11. Разрядные выходы аналого- цифровых преобразователей 9 и 11 подключены к блоку 12 цифрового вычислителя. С блоком 12 цифрового вычислителя сопряжены блок 13 управления и ввода информации, блок 14 цифровой памяти и блок 15 вывода результатов измерений. В качестве блока 12 используется типовой одноплатный микроконтроллер.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений замыкают полюса магнитной системы 1 и перемагни- чивают ее по предельному циклу гистерезиса, изменяя ток обмоток 2 источником 6 тока. В этСм процессе напряжение с потенциальных выводов шунта 7 усиливается усилителем 10 и преобразуется в цифровой

код преобразователем 11. Выходной сигнал индукции преобразователя 5 усиливается усилителем 8 и преобразуется в цифровой код преобразователем 9. По команде блока 13 блок 12 цифрового вычислителя выход0 ной код второго аналого-цифрового преобразователя 11 записывает в ячейки памяти блока 14, используя выходной код первого аналого-цифрового преобразователя 9 в качестве адресного.

5 Таким образом, после перемагничивания магнитной системы 1 в ячейках блока 14 цифровой памяти записана зависимость намагничивающей силы обмоток 2 от индукции магнитного потока, пересекающего

0 полюса магнитной системы 1, что является зависимостью падения магнитного напряжения в магнитной системе 1 от индукции в ее полюсах. Посредством блока 13 управления и ввода информации вводят в блок 12

5 цифрового вычислителя значения длины магнита 16. Испытуемый магнит 16 устанавливают между полюсами магнитной системы 1 и перемагничивают его по предельному циклу гистерезиса, измеряя

0 при этом индукцию в полюсах магнитной системы преобразователем 5 и ток намагничивающих обмоток 2 шунтом 7. Сигналы с выходов преобразователя 5 и шунта 7 усиливаются усилителями 8 и 10 и преобразован5 ные аналого-цифровыми преобразователями 9 и 11 в цифровые параллельные коды подаются на входы блока 12 цифрового вычислителя, который согласно заложенной в него программе вычислений по соотноше0 ниям (5)-(7) определяет значения приложенной напряженности поля, намагниченности испытуемого магнита 16 и его индукции.

Использование изобретения позволит повысить точность измерений магнитных

5 параметров постоянных магнитов и образцов магнитотвердых материалов за счет введения коррекции на ненулевое магнитное сопротивление магнитной системы, в которой проводятся измерения.

0 Формула изобретения

Способ определения магнитных параметров постоянных магнитов, включающий перемагничивание магнитной системы с испытуемым постоянным магнитом по пре5 дельной петле гистерезиса,измерение магнитной индукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности способа, предварительно замыкают полюса магнитной системы, перемагничивают магнитную систему без испытуемого постоянного магнита по предельной петле гистерезиса, определяют зависимость падения магнитного напряжения между полюсами магнитной системы от магнитной индукции, а после перемагничивания магнитной системы с испытуемым постоянным магнитом по предельной петле гистерезиса определяют зависимость магнитодвижущей силы от магнитной индукции, затем для каждой точки предельной петли гистерезиса постоянного магнита определяют координаты из следующих соотношений:

Hi (F-Mi -Uwi ),

Mi (UMi - FMI ) Iff1 + k Bui , где HI - напряженность приложенного к постоянному магниту магнитного поля;

0

Mi - намагниченность постоянного магнита;

UMI - величина падения магнитного напряжения между полюсами магнитной системы;

FMi - величина магнитодвижущей силы;

ВИ| - измеренное значение магнитной индукции;

lo - длина испытуемого постоянного магнита;

//о магнитная постоянная;

k - S

k s

конструктивнаяпостоянная

магнитной системы;

So-площадь сечения испытуемого образца;

5и - площадь измерительного зазора магнитной системы.

Использование: область магнитных измерений в средствах производственных испытаний постоянных магнитов, а также в лабораторных устройствах измерения магнитных свойств образцов магнитотвердых материалов. Цель изобретения - повышение точности измерений. Сущность изобретения: перед проведением измерений замыкают полюса магнитной системы, в которой проводят измерения, перемагничиваИзобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для использования в средствах производственных испытаний постоянных магнитов, а также в лабораторных устройствах измерения магнитных свойств образцов магнитотвердых материалов. Известен способ испытания постоянных магнитов и образцов магнитотвердых материалов, заключающийся в том, что испытуемый постоянный магнит устанавливают в рабочий объем магнитной системы и перемагничивают по предельному циклу гиют ее по предельному циклу гистерезиса и в этом процессе регистрируют зависимость падения магнитного напряжения в магнитной системе от индукции магнитного потока в ее полюсах 11м(Ви). Устанавливают испытуемый образец в рабочий объем магнитной системы и перемагничивают его по предельному циклу гистерезиса, измеряя при этом ток iH намагничивающих обмоток и индукцию Ви в полюсах магнитной системы, а значения напряженности приложенного к испытуемому образцу магнитного поля Hi и намагниченность испытуемого образца MI для каждой точки петли гистерезиса определяют согласно выражениям Н| Он Л/-им(Ви)) Mi (им(Ви) IHW) + k Ви /«Г1. где W - количество витков обмоток магнитной системы; lo - длина испытуемого образца; k - коэффициент пропорциональности между измеренными значениями индукции и значениями индукции в объеме испытуемого образца; и0 - магнитная постоянная. 1 ил. стерезиса. В этом процессе значения напряженности приложенного магнитного поля измеряют преобразователем Холла, установленным в плоскости нейтрального сечения испытуемого постоянного магнита, у его боковой поверхности, а индукцию магнитного поля измеряют преобразователем Холла, установленным в щели пластины из магнитотвердого текстурованного материала, являющейся продолжением испытуемого образца. Недостаток испытуемого способа заключается в невысокой точности измерений сл VI со ю со о (