Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи Советский патент 1992 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к магнитным измерениями может быть использовано для определения магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности.

Известен способ определения остаточной намагниченности по петле магнитного гистерезиса при напряженности магнитного поля, равном нулю, реализуемый на измерительной системе У5045.

Недостатком этого способа является низкая производительность и возможность его применения только на образцах кольцевой формы, т.е. в замкнутой магнитной цепи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения характеристик ферромагнитного материала, основанный на измерении напряженности внешнего намагничивающего поля и намагниченности ферромагнитного образца.

Согласно данному способу находят опытным путем зависимость намагниченности М испытуемого ферромагнитного образца от напряженности Не внешнего магнитного поля М (Не)и, зная коэффициент размагничивания Мгграфически строят зависимость намагниченности от напряженности Hi внутреннего намагничивающего поля Hi (M), используя соотношение

2

О GJ СО 00

Hi He-NM(1)

Однако данный способ характеризуется недостаточной точностью. Это объясняется тем, что получение статических магнитных характеристик вещества на основе измерений характеристик образца связано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего поля по методике Ре- лея, которая предполагает коэффициент размагничивания испытуемого образца известным и не зависимым от величины намагниченности. Использование такой методики для измерений статических магнитных характеристик на неэллипсоидальных стержневых образцах дает низкую точность, так как коэффициент размагничивания для таких образцов не является постоянной величиной, а, как известно, имеет магнитный гистерезис и в значительной степени зависит от намагниченности относительной магнитной восприимчивости. Погрешность определения внутреннего намагничивающего поля таким методом будет тем больше, чем больше проницаемость испытуемого материала. Резюмируя изложенное о точности измерений внутреннего намагничивающего поля в разомкнутой магнитной цепи, авторы делают следующий вывод. Испытание материалов с магнитной проницаемостькугМакс 10000 указанным методом должно быть исключено, так как это требует или очень тонких образцов либо обусловит весьма малую точность измерений параметров петли магнитного гистерезиса материала испытуемого образца, в том числе и остаточной намагниченности.

Целью изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности магнитомягких материалов в разомкнутой магнитной цепи.

Цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанного в снятии зависимости намагниченности М образца от напряженности внешнего намагничивающего поля катушки индуктивности Не, дополнительно измеряют коэрцитивную силу Нем образца, при этом измерение намагниченности М образца проводят в области приближения к насыщению, а остаточную намагниченность материала Мг определяют, исходя из соотношения

Mr

Ms -Не

К + Нем где Ms - намагниченность насыщения;

К - коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению, при этом

используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетворяют условию

Sk 2So6p,

где Sk - площадь поперечного сечения катушки;

Зобр - площадь поперечного сечения образца

и образец, длина которого удовлетворяет соотношению

10

10 V,

i6p

Достижение поставленной цели.объясняется следующим образом. Известна аппроксимация Фрелиха для предельной петли магнитного гистерезиса (ППМГ) материала

М

Ms «Hi 1 +aHi

(2)

Здесь HI - напряженность внутреннего намагничивающего поля; MS - намагниченность насыщения; М - намагниченность 25 вещества ферромагнетика

Мг

(М5-Мг)Н

см

(3)

где Мг - остаточная намагниченность;

Нем - коэрцитивная сила по намагниченности.

Эта аппроксимация достаточно точно описывает ППМГ магнитомягких материа- лов. Чтобы получить выражение, описывающее ППМГ ферромагнитного образца, необходимо в (2) подставить известное соотношение (1)

40

м (1 -NMX) X-ba(t-NMX)1

(4)

гдеХ 1/Не.

Разложив уравнение (4) при Не - посте- пеням 1/Не и, ограничиваясь первыми двумя членами разложения, можно записать

M(-rj-) M,-

Не

ML С Не

(5)

Измеряя п значений намагниченности Mi,

MaМп и п соответствующих им значений

напряженности Hei, He2,...,Hen внешнего намагничивающего поля в области полей, для которых выполняется закон приближения к насыщению и в соответствии с (5) определяет величины Ms и К Ms/ a. Отсюда с учетом (3) получим

Ms

Mr

K1 ( Ms - Мг ) Нем

(6)

случае намагниченность образца определяется из соотношения

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности. Целью изобретения является повышение точности определения остаточной намагниченности магнитомяг- ких материалов в разомкнутой магнитной цепи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанному на снятии зависимости намагниченности М образца от напряженности внешнего намагничивающего поля Не в области приближения к насыщению, дополнительно измеряют коэрцитивную силу образца Нем. а остаточную намагниченность материала Мг определяют исходя из соотношения Мг 3;-цсм , где К т Нем М8 - намагниченность насыщения; К- коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению. Ьо

Из уравнения (6) следует, что

Mr

Ml Нем

К1 + Ms Нем

Как видно из формулы (7), для определе- 10 ния остаточной намагниченности ферромагнитного материала предлагаемым методом необходимо измерить дополнительно коэрцитивную силу по намагниченности Нем. Повышение точности 15 определения остаточной намагниченности

материала образца предлагаемым способом обеспечивается возможностью досто- верного определения в разомкнутой магнитной цепи коэрцитивной силы, намаг- 20

ниченности насыщения и коэффициента К.

Реализацию предлагаемого способа измерения остаточной намагниченности маг- нитомягких материалов можно осуществить на выпускаемой промышленностью уста- 25 овке типа БУ-3.

С этой целью ферромагнитный образец помещают в соленоид установки вдоль его оси так, чтобы центр образца совпадал с центром соленоида. На образец надевают 30 измерительную катушку так, чтобы торцы образца были расположены симметрично по отношению к катушке. Измерительная катушка наматывается медным изолированным проводом на полый цилиндрический 35 каркас из изоляционного материала. Катушка должна быть короче образца не менее чем в три раза. Отношение длины образца к корню квадратному из площади поперечного сечения его должно быть не 40 менее десяти. Удовлетворение требования I 10 V$o6p необходимо для однородного намагничивания испытуемого образца в центральном поперечном сечении. Тогда величина коэрцитивной силы образца равна 45 коэрцитивной силе вещества.

Для того, чтобы измерить намагниченность образца последовательно с измерительной обмоткой, включают точно такую же компенсирующую обмотку и располага- 50 ют их так, чтобы без образца в них отсутствовала бы ЭДС индукции. Если теперь поместить образец в одну из измерительных обмоток, то при изменении внешнего намагничивающего поля в системе 55 дифференциальных обмоток возникает ЭДС, которая пропорциональна только намагниченности образца. ЭДС. обусловленная изменением внешнего намагничивающего поля, будет отсутствовать. В этом

М

Су/Оср

2р0(0изм KS06p

,А/М

10 15

20

25

30 354045

50 55

Здесь Су - баллистическая постоянная установки, Вб/дел;

Оср - среднее арифметическое полученных отклонений гальванометра, дел; Н.257ИО 6 В«с/(А-м) - магнитная постоянная; (Мйам.к число витков измерительной катушки; Зобр. - площадь поперечного сечения образца, м . При этом Зобр 1/2 Sk. Это условие необходимо для точного определения намагниченности, чтобы погрешность определения намагниченности не превышала 1 % из-за неопределенности величины коэффициента размагниченности испытуемого образца. Далее по методике определения петли магнитного гистерезиса, изложенной в инструкции по эксплуатации установки БУ-3, определяют Н значений намагниченности Mi, M2,...,Mn и п, соответствующих напряженности Hei,He2Непвнешнего намагничивающего поля в области полей, для которых выполняется закон приближения к насыщению. На

основании полученных значений строят гра-j

фик зависимости М f (-тт-) . Из этого

графика определяют путем экстраполяции графика на ось ординат намагниченность насыщения Ms а также коэффициент К, т.е. наклон графика к оси абсцисс.

Коэрцитивную силу образца определяют методом сдергивания измерительной катушки. При этом, так как в соленоиде находится уже предварительно намагниченный образец, то при передвижении измерительной катушки ее потокосцепление с полем образца изменится, что вызовет отброс баллистического гальванометра. Если же в соленоид дать ток, создающий размагничивающее поле, то при сдергивании измерительной катушки отклонение гальванометра меньше. В момент, когда магнитное поле соленоида равно коэрцитивной силе образца, сдергивание катушки не вызовет отклонения баллистического гальванометра. Таким образом, величина магнитного поля намагничивающей катушки, при которой баллистический гальванометр не дает отклонения при сдергивании, равна коэрцитивной силе образца, которая определяется по формуле

Нсм К„Т1 + К„02-11)

«1ср

«1ср + I G&cp I

Здесь Кн - постоянная соленоида, м ; OMcp и Ойср - среднее арифметическое отклонений «1 и аг соответственно, дел; И и 2 - значения намагничивающего тока, соответствующие отклонениям «1 и G2 соответственно, А,

Найденная таким образом коэрцитивная сила соответствует равенству нулю намагниченности в центре образца.

Основное техническое преимущество изобретения заключается в точности определения параметров петли магнитного гистерезиса. Повышение точности определения обеспечивается тем, что при определении петли магнитного гистерезиса и ее параметров, в частности остаточной намагниченности, нет необходимости учитывать коэффициент размагничивания -испытуемого образца. Известному способу свойственны большие погрешности определения напряженности внутреннего намагничивающего поля для магнитомягких материалов, обусловленные методикой расчета коэффициента размагничивания. Согласно предлагаемому способу необходимости определения напряженности внутреннего намагничивающего поля, т.е. в нем устранены причины (необходимость знания величи- ны коэффициента размагничивания, определения напряженности внутреннего намагничивающего поля), обуславливающие низкую точность определения остаточной намагниченностью магнитомягких материалов в известном способе.

Формула изобретения Способ определения остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, заключающийся в снятии зависимости намагниченности М образца от напряженности внешнего намагничивающего поля катушки индуктивности Не, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении остаточной намагниченности магнитомягких материалов, используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетворяют условию

Sk 2So6P,

где Sk - площадь поперечного сечения катушки;

Зобр. - площадь поперечного сечения образца, при этом используют образец, длина которого удовлетворяет соотношению

.

и дополнительно измеряют коэрцитивную силу Нем образца, при этом измерение намагниченности М образца г рс водят в обла- сти приближения к насыщению, а остаточную намагниченность материала Mr определяют исходя из соотношения

30

Мг

Ms Нем К + Нем

35

где Ms - намагниченность насыщения;

К - коэффициент линейного члена закона приближения к насыщению.