Способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала Советский патент 1993 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для определе- ни:1 начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала, напри- ме з феррита, на образцах произвольной фоэмы. Предлагаемый способ может использоваться для контроля магнитной проницаемости феррита в процессе изготовления изделий из него, например, до термообработки.

Известен способ измерения магнитной проницаемости ферромагнитных сердечников, заключающийся в одновременном намагничивании полем эталонного и испытуемого сердечников, измерении сигнала с измерительной обмотки эталонного и испытуемого сердечников, сравнении фаз сигналов с измерительных обмоток. Способ

реализован в устройстве. Недостатком способа является отсутствие возможности непосредственного измерения начальной магнитной проницаемости материала образцов.

Известен другой способ измерения ста- магнитных параметров посредством измерения напряженности магнитного поля вблизи поверхности образцов. Способ включает намагничивание образца в соленоиде, измерение тангенциальной составляющей поля в образце с помощью измерительных преобразователей Холла, усиление и преобразование сигналов соответствующими устройствами и регистрацию результатов измерений. Недостатками известного способа являются необходимость значительных затрат времени на выполне sl

чэ со со ел ю

ние измерений в различных точках образца, наличие экстраполяционной и методической погрешностей измерений, вызванных наличием дополнительного магнитного поля от тока, питающего преобразователь Холла и т. д.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является способ, заключающийся в перемагничивании контролируемого образца переменным магнитным полем, измерении начальной магнитной проницаемости контролируемого образца и вычислении искомой магнитной проницаемости по формуле. Недостатком этого способа является вычисление коэффициентов размагничивания по приближенным эмпирическим формулам, что снижает точность определения начальной магнитной проницаемости материала, делает практически невозможным определение начальной магнитной проницаемости материала образцов сложной геометрической формы, поскольку приближенные эмпирические формулы для расчета коэффициентов размагничивания получены только для тел, имеющих форму эллипсоидов вращения, цилиндров и прямоугольных стержней.

Целью изобретения является обеспече- ние возможности определения начальной магнитной проницаемости изотропного ма гнитного материала произвольной формы, - --..- : - .

Цель достигается тем, что применяется вспомогательный образец, имеющий одинаковую с контролируемым форму, осуществляется перемагничивание вспомогательного образца магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца, производится измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца, причем начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца выбирается из условия

,2B+ ),

с целью упрощения процесса определения начальной магнитной проницаемости материала контролируемых образцов, имеющих одинаковые размеры, измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства с контролируемым образцом LK и с вспомогательным образцом LB, а начальная проницаемость материала контролируемого образца определяется по формуле

k Т

-1

0

5

0

5

где Lo-индуктивность катушки намагничивающего устройства без образца.

По сравнению с наиболее близким техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки.

Применяется вспомогательный образец, он имеет одинаковую с контролируемым форму. Перемагничивание вспомогательного образца осуществляется магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца. Производится измерение начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца fize- Начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца выбирается из условия

).

Измеряется индуктивность катушки на- п магничивающего устройства с контролируе- ® мым образцом. Измеряется индуктивность катушки намагничивающего устройства, с вспомогательным образцом. Начальная проницаемость материала контролируемого образца для контролируемого и вспомо5

0

5

0

5

гательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определяются по формуле

ш - U/U-1 LB/U - 1

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию новизна.

При реализации предлагаемого способа обеспечивается возможность определения начальной магнитной проницаемости материала на образцах произвольной формы, так как отсутствует операция вычисления коэффициентов размагничивания образцов по эмпирическим формулам, а для большинства форм образцов такие формулы либо отсутствуют, либо дают очень приближенные результаты. По той же причине сокращается время определения начальной магнитной проницаемости материала. Кроме того, для контролируемого и вспомогательного образцов, имеющих одинаковые размеры, определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала производится через измере- ни ; индуктивности катушки намагничиваю- ще го устройства с контролируемым об эазцом и индуктивности катушки намаг- ншивающего устройства с м образцом. За счет

жовидностей измерительных операций

вспомогатель- сокращения

н ь ра

упрощается процесс определения начальной магнитной проницаемости. Одновременно за счет исключения систематической по решности повышается точность определения магнитной проницаемости. Из перечисленного выше следует, что заявляемое техническое решение соответствует требованию Положительный эффект.

По каждому отличительному признаку приведен поиск известных технических ре- ше ний. Обнаружено, что все признаки обес- печивают новизну и достижение по южительного эффекта и поэтому являются

существенными.

Ранее и далее в тексте приняты следую- щуе обозначения и сокращения:

/Лк - определяемая магнитная проницаемость магнитного материала контролируемого образца;

JU-2.K - начальная магнитная проницаемость контролируемого образца;

/Лв - начальная магнитная проницае- :ть материала вспомогательного образ,«2в - начальная магнитная проницае- ;ть материала вспомогательного образмоца

МО

ца

д- погрешность определения начально магнитной проницаемости.

Сущность предлагаемого способа за- кл очается в следующем.

( Известно, что образец, выполненный из магнитного материала, характеризуется магнитными проницаемостями: проницаемостью материала (вещества) /л , проницаемостью образца (тела)цги пррницаеМостью формы .

Они связаны между собой выражением

№

Ж.

1 +N(«1 -1)

0)

которое с учетом того. что N -, запишется

(2)

в виде .

формы /из зависит только от формы тела и его относительных размеров.

В случае, если /л //з 1. то из выражения (2) следует, что

(«3.

(3)

Погрешность, с которой выполняется это равенство с учетом выражения (2),

№ + 1(} 01 3 № //з -ь/л -1 w

Если требуемая погрешность измере- ния магнитной проницаемости равна д , то согласно критерию ничтожной погрешности можно записать

5 -, д /«з + 1 3&б1 з%1-1Отсюда вытекает, что при проницаемости материала образца

25 +

(S)

равенство (4) выполняется с погрешностью

5l g.

Поскольку проницаемость формы определяется только формой образца и его отно- сительными размерами, то ее можно определить, используя вспомогательный

образец, имеющий такую же форму, как и контролируемый. Размеры вспомогательного образца при этом пропорциональны через один и тот же коэффициент пропорциональности соответствующим

размерам контролируемого образца. Контролируемый и вспомогательный образцы перемагничиваются в одинаковых условиях, т. е. при одинаковых параметрах перемагни- чивающего поля и его ориентации относительно перемагничиваемого образца. Амплитуда перемагничивающего поля выбирается такой, что образцы работают в области, соответствующей начальной проницаемости. При этом проницаемость материала вспомогательного образца должна удовлетворять условию, вытекающему из выражений.(3) и (5),

55 -№в +

(6)

Использование: магнитные измерения длн определения начальной магнитной про- ни аемости магнитного материала, напри- меэ феррита, на образцах произвольной тельного образца, имеющего одинаковую с контролируемым форму, перемагничивае- мого магнитным полем, направление по отношению к образцу и параметры которого такие же, как и при перемагничивании контролируемого образца, измерения начальной магнитной проницаемости вспомогательного образца цгв и определения начальной магнитной проницаемости материала вспомогательного образца из условия /Л в 1 + 3(«2в - 1) , где б - погрешность измерения начальной магнитной проницаемости. fe

Коэффициент размагничивания N, а следовательно, и магнитная проницаемость

В этом случае проницаемость вспомогательного образца //2в равна проницаемости формы вспомогательного образца , а

следовательно, и проницаемости формы контролируемого образца

3к

()

Далее, измерив начальную магнитную проницаемость контролируемого образца //2к. из формулы (2) находим проницаемость материала контролируемого образца

„, (И2в-1)2к 1К

(8)

Следовательно, для определения начальной магнитной проницаемости материала контролируемого образца необходимо измерить магнитную проницаемость контролируемого и вспомогательного образцов.

Таким образом, предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материа- ла за счет исключения операции определения коэффициентов размагничивания позволяет определять начальную магнитную проницаемость, изотропного магнитного материала на сердечниках произвольной формы.. . .

Если вспомогательный и контролируемый образцы имеют одинаковые размеры, то определение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала производится в такой последовательности...

Оба образца поочередно одинаковым образом помещают в намагничивающее устройство, где они перемагничиваются одинаковым по величине и направлению (по отношению к образцу) полем. При этом поочередно измеряют индуктивности катушки намагничивающего устройства с вспомогательным LB и контролируемым LK образцами. Так как перемагничивание осуществляется в одинаковых условиях, то

LB KjW2e; U ,

(9)

где К - постоянный коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков катушки, геометрических размеров образца и т. д.

Значение К находится из уравнения

LO -К/ воздуха ,

где LO - индуктивность намагничивающей

катушки без образца;

/«воздуха - магнитная проницаемость

воздуха, равная единице. Отсюда вытекает, что K L0.(Ю) Из уравнений (8), (9), (10) следует, что

LB/Lo-1 K-| B/U-1

(11)

Следовательно, зная индуктивность кэтушки намагничивающего устройства U и изменив индуктивность Ц и LB по формуле (11), определяют начальную магнитную проницаемость изотропного магнитного материала контролируемого образца.

Значения начальной.проницаемости измеряемых образцов могут определяться, например, с использованием данных, полученных при помощи установки на основе осциллографа CI-114/1, реализующей осциллографический метод измерений. Значения индуктивностей измеряются, например, при помощи стандартных приборов Е7-4, Е7-8, Е12-1Аидр.

В качестве примера ниже приводятся

результаты определения начальной магнитной проницаемости..Определение производится на двух спрессованных из ферритового порошка образцах типоразмера К31 -18 -6,5, не прошедших операцию

спекания, в результате чего они имеют низкую магнитную проницаемость вещества. Выбирается вспомогательный образец, имеющий с контролируемым одинаковую форму. При намагничивании магнитным полем, перпендикулярным к плоскости кольца (планарное намагничивание), измеряется начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца (тела) рг 1.62. Выбирается погрешность измерения искомой

начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала д 0,01. Тогда требуемая начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного

образца (формула (5)) .

- /г2в 1 - 1.62+3 ( оо21 1 186.4 .

В качестве вспомогательного образца выбирается кольцо К31 18 -6,5 из феррита 2000 НМ. Начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца, определенная по известной методике, составляет 1780.

Определяется начальная магнитная про- ницаемость контролируемых образцов при пленарном намагничивании:/ 2к() 1,43, №к(М)-1,40.

Теперь по формуле (8) находится искомое значение начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала контролируемых образцов: /Лк(М)4,66, /лк()3.95.

Определение искомой начальной маг- ни|ной проницаемости изотропного материала при одинаковых размерах контролируемого и вспомогательного об- ра|цов дало такие результаты: индуктив- но сть катушки намагничивающего устройства без образцов 17,92 мкГн, индуктивность той же катушки с вспомога- те/ ьным образцом LB 23.88 мкГн, индук- ти жость катушки с контролируемыми образцами 1к(М1) 22,22 мкГн, U(N2) 22,11 мк н, соответствующие искомые магнитные проницаемости, вычисленные по формуле (11), равны /Лк(М1) 4,48 , /Лк() 4,07.

За истинные значения /л к принимались значения, полученные по известной методике. При этом получено ) 4,67, Н()4,03.

Таким образом, предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материа- ла позволяет определять начальную ма-нитную проницаемость изотропного ма-нитного материала на сердечниках люФормула изобретения

Способ определения начальной магнитной проницаемости изотропного магнитного материала, включающий воздействие.на исследуемый образец магнитным полем и измерение начальной магнитной проницаемости исследуемого образца,, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, на вспомогательный образец, одинаковый .по форме исследуемому образцу,. воздействуют магнитным полем, одинаковым по величине и направлению магнитному полю, воздейс т-- вующему на исследуемый образец, измеряют начальную магнитную проницаемость вспомогательного образца, а начальную магнитную проницаемость материала вспомогательного образца выбирают из условия

бой формы, Кроме того, в настоящее время промышленность серийно не выпускает приборы, непосредственно измеряющие начальную магнитную проницаемость изотропных магнитных материалов. Существующие методы определения начальной проницаемости базируются на вычислениях по формулам, включающим результаты нескольких непосредственных измерений. Предлагаемый способ определения начальной магнитной проницаемости требует проведениятолько измерений соответствующих индуктивностей, что упрощает определение начальной магнитной проницаемости. При этом, так как измерение индуктивностей производится одним и тем же средством измерений, имеющим постоянную систематическую погрешность, то при вычислении искомой проницаемости

по формуле (11), где присутствуют отношения индуктивностей, систематическая погрешность измерения не влияет на результат вычисления. Это также способствует повышению точности определения искомой проницаемости.

„ЛЪ,.

а начальную магнитную проницаемость материала исследуемого образца определяют из соотношения

/Лк

№в -1)

-,«2к

где /л в - начальная магнитная проницаемость материала вспомогательного образца:

начальная магнитная проницаемость вспомогательного образца;

д- заданная погрешность измерения;

/Л к - начальная магнитная проницаемость материала исследуемого.образца;

/Лк - начальная магнитная проницаемость исследуемого образца.