Устройство для контроля магнитных материалов и изделий Советский патент 1993 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для серийного контроля и оперативной разбраковки образцов магнитопроводящих материалов, а также элементов и узлов, применяемых в приборостроении, энергетике и измерительной технике.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и производительности измерений.

Конструкция заявляемого устройства изображена на чертеже.

Немагнитный цилиндрический корпус 1, выпрлненный, например, из латуни, снабжен немагнитной крышкой 2, в которую запрессованаантифрикционнаяфторопластовая втулка 3, через осевое отверстие которой свободно проходит немагнитный шток 4, снабженный на своем

верхнем конце ручкой-индикатором 5, а на нижнем конце - постоянным магнитом 6, выполненным в.форме усеченного конуса, обращённого своим большим основанием книзу.

На средней части немагнитного штока 4 последовательно соосно укреплены три цилиндрических ферромагнитных сердечника 7, 8, 9. При этом нижний ферромагнитный сердечник 9 свободно охвачен измерительной кольцевой обмоткой 10, снабженной немагнитным каркасом 11 и внешним магнитомягким круговым экраном-концентратором П-образного радиального сечения, состоящим из железного стакана 12 и фланца 13.

Стакан 12 и фланец 13 экрана-концентратора измерительной обмотки 10 фиксируются s полости немагнитного корпуса 1 при

00

N5 СП (5 Ы

помощи стгжанообразных упорных немагнитных кронштейнов 14, 15.

Закрепленный на подвижном штоке 4 средний ферромагнитный сердечник 8 свободно концентрически охватывается кольцевым постоянным магнитом 16 радиального либо максимального намагничивания, фиксируемым в средней части немагнитного корпуса 1 парой стаканообразных упорных кронштейнов 15, 17.

Верхний ферромагнитный сердечник 7 на немагнитном штоке 4 свободно охватывается дополнительной кольцевой обмоткой 18, размещенной на немагнитном каркасе 19, снабженном внешним круговым магнитомягким экраном-концентратором Л-образного радиального сечения, составленным ферромагнитным стаканом 20 и фланцем 21, которые зафиксированы в немагнитном корпусе 1 стаканообразным кронштейном 17 и цилиндрической втулкой 22.

В верхней части корпуса 1 установлена пара нормально замкнутых электрических контактов 23, размещенных на двух пружинящих металлических пластинах 24 и 25, укрепленных в стенке немагнитного корпуса 1. Нижняя пластина 25 контактной пары 23 удлинена, непосредственно электрически замкнута на заземленный немагнитный корпус 1 и снабжена на свободном конце направленным кверху амортизирующим резиновым бойком 26. На верхней части немагнитного штока.4 укреплено ударное кольцо 27, расположенное над амортизиру- ющим бойком 26 контактной пары 23.

Одна степень свободы перемещения немагнитного штока 4 - вдоль его вертикальной оси - обусловлена наряду с центри- рующим действием антифрикционной фторопластовой втулки 3, установленной в крышке 2 корпуса 1, также дополнительным центрирующим действием другой фторопластовой втулки 28, которая запрессована в осевом отверстии стаканообразного кронштейна 14.

Верхняя пружинящая пластина 24 контактной пары 23 изолирована от корпуса 1 и электрически параллельно связана как с потенциальной входной клеммой электронного вольтметра 29, вторая входная клемма которого заземлена, так и с одним из концов измерительной обмотки 10, другой конец которой присоединен к емкостному накопителю 30 заряда, связанному через ключ (тумблер) 31 с первым выходом источника 32 стабилизированного постоянного напряжения, второй выход которого через последовательно включенные постоянный

33 и переменный 34 резисторы соединен с дополнительной кольцевой обмоткой 18. К упругим пластинам 24, 25 контактной пары 23 наряду со входными клеммами электронного вольтметра 29 параллельно подключен также блокировочный конденсатор 35, а вход источника 32 стабилизированного постоянного напряжения, представляющего собой выпрямительный блок со стабилиза0 цией выходного потенциала, связан через спаренный тумблер 36 со входными клеммами 37 устройства, подключаемыми к переменой силовой питающей сети.

Перед проведением измерений произ5 водят исходную тарировку устройства, для чего корпус 1 вертикально устанавливают на поверхность пластины или плиты из немагнитного материала и спаренным тумблером 36 подают питание силовой сети на

0 источник 32 стабилизированного постоянного напряжения и на электронный вольтметр 29. Затем движок (подвижный контакт) переменного резистора 34 переводят в левое по схеме положение и при разомкнутом

5 ключе 31 шток 4 приподнимают в верхнее

положение с помощью ручки-индикатора 5.

При этом подвижный узел устройства,

составленный штоком 4 и закрепленными

на нем элементами 5, 6, 7. 8. 9, самофикси0 руется в подвешенном верхнем положении ка; бпагодаря втягивающему воздействию на ферромагнитный сердечник 8 поля кольцевого магнита 16, так и благодаря одновременному с этим втягивающему воздействию

5 на ферромагнитный сердечник 7 магнитного поля, создаваемого постоянным током, протекающим через дополнительную кольцевую обмотку 18. Затем, плавно перемещая подвижный контакт переменного

0 резистора 34 слева направо, находят такое граничное положение движка резистора 34, при котором подвижный узел устройства, составленный элементами 4-9, находится на грани срыва, но еще удерживается коль5 цевым магнитом 16 и магнитным полем дополнительной кольцевой обмотки 18 (ток через измерительную обмотку 10 при этом отсутствует ввиду разомкнутого состояния ключа 31).

0 После проведения указанной предварительной тарировки устройство готово к измерениям.

Функционирует устройство следующим образом.

5 Ключ 31 устанавливают в замкнутое положение, при котором емкостный накопитель 30 заряда с измерительной обмоткой .10 параллельно приключаются к первому выходу источника 32 стабилизированного постоянного напряжения. При этом через

измерительную обмотку 10 и через замкнутую контактную пару 23 протекает макси- мальное значение постоянного тока, определяемое полной величиной стабилизированного постоянного напряжения на емкостном накопителе 30, а через дополнительному кольцевую обмотку 18 протекает постоянный ток, величина которого при сохранении ранее установленного положения движка потенциометра 34 является достаточной для удержания совместно с кольцевым магнитом 16 подвижного узла 4-9 устройства в подвешенном состоянии (даже при отсутствии тока в измерительной обмотке 10, если корпус 1 устройства установлен на немагнитном образце).

Затем на поверхность подлежащего исследованию объекта 38 (образца магнитного материала или детали) вертикально устанавливают СЁОИМ открытым рабочим основанием немагнитный корпус 1 устройства, а ключ 31 переводят в открытое (разомкнутое), показанное на чертеже положение, при котором рвется цепь связи емкостного накопителя 30 заряда и параллельно подключенной к нему через замкнутую контактную пару 23 измерительной обмотки 10 с первым выходом источника 32 стабилизированного постоянного напряжения.

После разрыва ключом 31 цепи связи между емкостным накопителем 30 и измерительной обмоткой 10 - с одной стороны, и выходом источника 32 стабилизированного постоянного напряжения - с другой, потенциал на обкладках емкостного накопителя 30 начинает плавно падать в связи с разрядом емкостного накопителя через многовитковую высокоомную измерительную обмотку 10.

В процессе разряда накопителя 30 на обмотку 10 через замкнутую контактную пару 23 одновременно со снижением потенциала на обкладках конденсатора 30 происходит и плавное падение величины постоянного тока, протекающего через, измерительную обмотку 10, что сопровождается плавным снижением втягивающего усилия, воздействующего на ферромагнитный сердечник 9 со стороны тороидального магнитного поля, создаваемого током обмотки 10 и замыкающегося через стенки экрана-концентратора 12, 13 и через Сердечник 9.

Подвижный узел устройства, составленный элементами 4-9, находится в процессе проведения измерительного цикла в подвешенном состоянии благодаря одновременному втягивающему воздействию поля постоянного кольцевого магнита 16 на сердечник 8, постоянного магнитного поля дополнительной обмотки 18 на сердечник 7, а также изменяющегося магнитного поля измерительной обмотки 10 на ферромагнит- 5 ный сердечник 9.

Воздействующие на сердечники 7 и 8 подвижного узла 4-9 удерживающие силы определяются при этом постоянными параметрами кольцевого магнита 16 и постоян0 ным значением тока, протекающего через дополнительную кольцевую обмотку 18, вто время как воздействующее на ферромагнитный сердечник 9 подвижного узла 4-9 втя- гиваючцее усилие по мере разряда

5 емкостного накопителя 30 плавно падает.

Таким образом, если удерживающие (подъемные) усилия, воздействующие на ферромагнитные сердечники 7,8 и предназначенные для компенсации и уравновешиQ вания силы тяжести, воздействующей на весь подвижный узел 4-9, поддерживаются в ходе измерений постоянными, то подъемное усилие, которое действует на сердечник 9 подвижного .узла 4-9 со стороны измери5 тельной обмотки 10 и которое предназначено для компенсации силы воздействия исследуемого образца 38 на постоянный конический магниг 6, в процессе разряда емкостного .. накопителя 30 плавно

0 уменьшается, непрерывно сравниваясь с сидой взаимодействия магнита 6 с исследуемым объектом 38.

При этом подвижный узел 4-9 будет оставаться в подвешенном состоянии до тех

5 пор, пока величина постоянного тока, проходящего через измерительную обмотку 10, создает магнитное поле, втягивающее усилие которого, воздействующее на ферромагнитный сердечник 9, превосходит силу

0 взаимодействия магнита 6 с исследуемым образцом.

В момент достижения уменьшающимся током разряда накопителя 30 через измерительную обмотку 10 критического значения,

5 при котором втягивающая сила магнитного поля измерительной обмотки 10 станет недостаточной для компенсации силы взаимодействия магнита 6с исследуемым образцом 38 и соответственно станет недо0 статочной для удержания в подвешенном состояний всего подвижного узла 4-9, - происходит скачкообразное вертикальное перемещение узла 4-9 вниз - в направлении исследуемого образца 38. Вертикаль- 5 ное скачкообразное перемещение штока 4 подвижного узла 4-9 сопровождается при этом импульсном воздействием ударного кольца 27 штока 4 на амортизирующий боек 26 нижней пластины 25 контактной пары 23, в результате чего контактная пара 23 размыкается ударным кольцом 27, которое мягко фиксируется на верхнем торце амортизирующего бойка 26.

Размыкаясь вследствие нажима ударного кольца 27 на боек 26. контакты 23 пру- жинной пары пластин 24, 25 разрывают цепь питания измерительной обмотки 10, приостанавливая дальнейший разряд емкостного накопителя 30, потенциал которого самофиксируется и застывает на значе- нии, соответствующем моменту ска,чкооб- разного перемещения подвижного узла 4-9.

Одновременно с разрывом цепи разряда накопителя 30 (в момент скачкообразного перемещения подвижного узла 443) размыкающиеся контакты 23 прекращают свое шунтирующее воздействие на функционален и вход вольтметра 29. индицирующие элементы которого выдают и запоминают значение конечного потенци- ала на емкостном накопителе 30 в момент вертикального скачка подвижного узла 4-9.

Конденсатор 35, блокирующий функциональный вход вольтметра 29, предохраняет последний от начального импульсного всплеска в момент размыкания контактной пары 23.

Запоминаемый вольтметром 29 потенциал на накопителе 30 после разры&а удзр- ным кольцом 27 контактов 23 несет непосредственную информацию о матнит- ных свойствах контролируемых образцов материалов и деталей, поскольку величина тока разряда емкостного накопителя 30 и через измерительную обмотку 10 & момент скачкообразного падения подвижного узла -4-9 при постоянстве параметров магнитов 6 и 16, а также при постоянном значении тока через обмотку 18 непосредственно зависит от магнитных свойств исследуемого образца 38. характеризуемых либо магнитной проницаемостью пассивных магнито- проводящих объектов, либо степенью намагниченности активных магнитных деталей.

Повышенная оперативность, технологическое удобство и производительность проводимых устройством измерений при сведенной к минимуму трудоемкости контроля достигаются, помимо отмеченного вы- ше, тем, что шкала вольтметра 29 заранее градуируется непосредственно в единицах контролируемого параметра ц с помощью набора эталонных образцов, обладающих гаммой калиброванных дискретных значе- ний магнитной проницаемости.

Поскольку вольтметр 29 выдает полезные показания непосредственно в единицах контролируемого параметра только по завершении всего измерительного цикла.

будучи на протяжении всего остального времени цикла закороченным по входу контактной парой 23 и не выдавая никаких побочных показаний, то этим исключается присущее базовому обьекту-прототипу непрерывное отвлекающее действие электронного вольтметра на внимание оператора-испытателя, что способствует снижению утомляемости оператора и повышению технологического удобства магнитного контроля материалов и изделий.

Кроме того, исключение из контролируемого тока измерительной обмотки 10 побочной компоненты, используемой у прототипа для компенсации силы тяжести подвижного узла, позволило резко увеличить в заявляемом устройстве коэффициент использования шкалы вольтметра, который фиксирует лишь ту составляющую разрядного тока емкостного накопителя, которая несет только полезную информацию о магнитных свойствах иеследуемэго обьекта. Указанный фактор вместе с отмеченным выше разделением функций между компенсационными и собственно измерительными элементами заявляемого устройства обеспечил повышенную разрешающую способность последнего и максимальную достоверность результатов проводимых измерений.

Формула изо бретени я Устройство для контроля магнитных материалов и изделий, содержащее немагнитный цилиндрический корпус с крышкой и двумя антифрикционными втулками, одна из которых размещена в крышке корпуса, подвижный узел в виде центрального штока с ручкой-индикатором на верхнем конце, постоянным магнитом на нижнем конце и цилиндрическим сердечником в средней чатси, измерительную обмотку в цилиндрическом экране-концентраторе, размещенную сооено с цилиндрическим сердечником штока, и боек с контактной парой, один контакт которой соединен с первым выводом накопителя заряда, первой входной клеммой вольтметра и общей шиной источника постоянного напряжения, первый которого соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с вторым выводом накопителя заряда и первым выводом измерительной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым контактом контактной пары, а также узел защиты вольтметра, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и производительности измерений, оно снабжено кольцевым постоянным магнитом, кольцевой обмоткой в цилиндрическом экране-концентраторе, ударным

кольцом, переменным резистором и двумя цилиндрическими сердечниками, расположенными на штоке выше первого цилиндрического сердечника в полости кольцевого постоянного магнита и кольцевой обмотки соответственно, .постоянный магнит выполнен в виде усеченного конуса с большим нижним основанием, а элемент защиты выполнен в виде блокировочного конденсатора, при этом ударное кольцо размещено на штоке между первой антифрикционной втулкой и верхним цилиндрическим сердечником, контактная пара расположена в вер0

хней части немагнитного цилиндрического корпуса, в нижней части которого размещена вторая антифрикционная втулка, а второй выход источника постоянного напряжения соединен с первым выводом переменного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом кольцевой обмотки, второй вывод которой соединен с первой входной клеммой вольтметра и первым выводом блокироЁочного конденсатора, второй вывод которого соединен с второй входной клеммой вольтметра и вторым выводом первой измерительной обмотки.

Перед проведением измерений корпус устройства устанавливают на поверхность неферромагнитной плиты, а подвижный узел (ПУ) устройства устанавливают в верхнее положение. Затек переменным резистором при разомкнутом ключе устанавливают минимальное значение тока в обмотке подвеса, при котором ПУ сохраняет свое положение. После этого ключ замыкают и корпус устройства вертикально устанавливают на поверхность подлежащего исследованию ферромагнитного образца. Для определения магнитных параметров образца ключ переводят в разомкнутое положение, при котором начинается плавный разряд накопителя через измерительную обмотку. По достижении разрядным током величины, при которой, благодаря силе взаимодействия конусного магнита с исследуемым образцом, ПУ скачком перемещается вниз, происходит разрыв контактной пары. В результате одновременно с прекращением разряда выдается результат измерения. 1 ил.