Устройство для измерения максимальной удельной магнитной энергии Советский патент 1979 года по МПК G01R33/12 

1

Изобретение относится к области магнитпых измерений и может быть использовано при разработках магнитонзмерительной аппаратуры.

Известны устройства для измерения максимальной удельной магнитной энергии магнитных материалов, содержащие магнитную систему, датчики напряженности магнитного поля и индукции и блок измерения 1.

Известно автоматическое устройство для измерения максимальной удельной магнитной энергии магнитных материалов. Это устройство содержит управляемый источник питания, магнитную систему, датчики напряженности магнитного поля и индукции и блок измерения 2.

Иедостатком известных устройств является невысокая точность и невозможность измерять образцы замкнутой формы.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения максимальной удельной магнитной энергии, содержащем блок намагничивания, блок измерения, блок управления и цифровой вольтметр, блок измерения содержит генератор счетных импульсов, два электронных ключа, делитель частоты на два, схему ИЛИ, реверсивный

счетчик импульсов с триггером знака, преобразователь код-напряжение, схемы И, экстремум-детектор п дискриминатор нулевого уровня, причем выход блока намагничивания через дискриминатор нулевого уровня подключен ко входу вычитания триггера знака реверсивного счетчика импульсов, выход генератора счетных импульсов подключен через делитель частоты ко входу одного электронного ключа, и непосредственно-ко входу другого электронного ключа, выходы ключей соединены со входами схемы ИЛИ, счетный вход реверсивного сче1чика импульсов соединен с выходом схемы ИЛИ, а выходы разрядов через схемы И - со зхода.ми преобразователя код-1 апряжение, опорный вход которого соединен с выходом блока намагничивания, а выход - со входом цифрового вольтметра и со входом экстремум-детектора, выход которого соединен с управляющим входом вольтметра, потенциальный вход ключа, соединенного с делителем частоты на два, и вход сложения триггера знака подключены к первому ВЫХОД) блока управления, потенциальный вход другого ключа и вторые входы схемы И подклочсны ко второму выходу блока управления.

На фиг. 1 показана структурная ехема предложенного устройства; на фиг. 2 - на3

магничивающее устройство, применяемое при измерении образцов замкнуто; формы; на фнг. За, б - графики, поясняюиик; nj.Muiп.ип работы устройства.

УстрО ство (см. фиг. 1) содержит блок 1 намагничивания, блок 2 измерения н блок 3 управления. Блок I намагничивания включает в себя стабилизатор 4 напряжения, вход которого нодключен к вы.ходу блока 3 унравлення, а выход через схему 5 сравнения нанряжений и унравляемый генератор 6 тока соединен со входом 7 намагничивающего устройства 8. Выход 9 намагничивающего устройства 8 соединен со вторым входом схемы 5 сравнения, а выход 10 связан с входом блока управления.

В состав намагничивающего устройства 8 входят электромагнит 11, между нолюсами которого помещен образец 12, измерителвная обмотка 13, один конец которой заземлен, а второй конец служит выходом индуктнрованной ЭДС, и потенциометр 14. один конец которого заземлен, а второй соединен с входом интегратора 15, ввьход 10 которого служит выходом нанряжения. нронорционального папряженностн магнитного поля в образце. Один конец обмотки 16 электромагнита 3a3eMvTen, а другой служит входом намагннчивающего устройства 8.

Блок 2 измерения содержит генератор 17 импульсов стабильной частоты, выход которого подключен через делитель 18 тастоты на два ко входу электронного ключа 19, а неносредственно - ко входу электронного ключа 20. Выходы ключей соединены со входами схемы 21 ИЛИ. Выход схемы 21 Р1ЛИ соединен со счетным входом )езереивного счетчика 22 импульсов. Вход днскримина ора 23 ну.тевого уровня соединен с выходом 10 намагничивающего устройства 8, а выход связан со входом 24 триггера 25 знака реверсивного счетчика 22.

Выходы реверсивного счетчика 22 через схемы 26 И соединены со входами преобразователя 27 код-напряжение, опорный вход которого соединен с выходом 10 налаагничивающего устройства 8, а выход - со в.ходом цифрового вольтметра 28 и со входом экстремум-детектора 29. Выход иослсдиего соединен с управляющим входом вольтметра 28.

Потенциальный вход ключа 19 и вход 30 сложения триггера 25 знака реверсивного счетчнка 19 иодключен к нервому выходу блока 3 унравления. Потенциальный вход ключа 20 и вторые входы схем 26 И подключены ко второму выходу блока 3 управления.

На фпг. 1 показано намагничивающее устройство, применяемое нри измерении образцов разомкнутой формы. В случае измерения образцов тороидальной формы намагничивающее устройство выполняют согласно фиг. 2. Оио содержит образен 31 с намагничивающей обмоткой 32 и обмоткой

33 обратной связи. Конец 34 намагничиваюн ей обмоткп 32 служит входом намагничивающего устройства, а конец 35 через калиброванный резистор 36 заземлен. Конец 35 служит выходом наиряжения L/H, иропорциональпого папряженноети магнитного поля. Один конец обмотки 33 заземлен, а второй конец 37 служит выходом индуктированной ЭДС. При измерении

максимальной удельной магнитной энергии образцов тороидальной формы вместо намагничивающего устройства В, изображенного на фиг. 1, к точкам 7, 9 и 10 соответственно подключают концы 34, 37 и 35 намагнпчивающего уетройства, изображенного на фиг. 2.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу от блока 3 унрав.чения включается стабилизатор 4 нанряжения. Его выходное нанряжение в качестве онорного подаетея на схему 5 сравнения, на другой вход которой ностуиает сигнал обратной связи. Ианряжение с выхода схе.мы 5 сравнения, равное разности опорного напряжения н нанряжепия обратной связи, воздейетвует па унравляемый генератор 6 тока, выходной ток которого ноетунает в обмотку 16 электромагнита 11. Возникающее нри

этом магнитное ноле перемагничивает образец 12 от -/-/т до +lim по иредельной нетле гиетерезиса (//т - максимальное значение нанряженности магнитного ноля в образце). ЭДС, индуктированная в обмотке 13, подается в качестве сигнала обратной связи на схему 5 сравнения.

Таким образом, блок 1 намагничивання обеснечпзает ностоянство ЭДС при намагничиванни, т. е. линейное во времени возраетание иидукцин в образце.

Одновременно е началом намагничивания сигнал запуска от блока 3 у 1равления нроходит на вход 30 сложения триггера 25 знака, который устанавливает реверсивный счетчик 22 на нря.мой счет, и тот же сигнал открывает электронный ключ 19, через который импульсы от генератора 17 через делитель 18 частоты на два и схему 21 ИДИ проходят на счетный вход реверсивного счетчика 22.

В процессе перемагничивания образца инд}кция в нем изменяется во времени, как показано на фиг. 3, а, а изменение во времени нанряжения L,, изображено кривой

на фиг. 3, б.

В момент времени 1, когда 6п 0 (а, следовательно, и нанряженность магнитноJ-0 ноля равна нулю), срабатывает дискриминатор 23 нулевого уровня. Его выходной

сигнал онрокидывает триггер 25 знака и тем самым переключает реверсивный счетчик 22 на обратный счет. ( момента времени /1 до момента времени 4 счетчик работает на вычитание. В момент времени tz,

когда 11анряжение {Уц достигает значения

+ Uum, соответствующего напряженности магнитного поля +Нт, блок 3 управления выдает сигнал на закрывание электронного ключа 19 и па нсремагничивание образца в обратном направлении, т. е. от +Нт до -Н„1. В момент времени /з, когда снова станет L,, 0 по сигналу от блока 3 управления открывается электронный ключ 20 и начинает подаваться разрешающий нотенниал на вторые входы схем 26 И.

Число Al импульсов, сосчитанное счетчиком 22 к моменту времени ti, равно

(-gr).A

Вг,г2

где /о - частота следования импульсов на выходе генератора 17; /о/2 - частота следования импульсов на выходе 18 делителя частоты на два; Вт - значение индукции при максимальном значении Нт. напряженности магнитного поля; Вт - значение остаточной индукции.

Число импульсов, сосчитанное счетчиком 22 к моменту времени t2, равно

Л : Л - .А . у В,п2В,,

г

Отнощенпе - характеризует скорость

2

изменения индукции в образце и является постоянной величиной, устанавливаемой заранее.

Такнм образом, код V2, записанный в счетчике 22, к моменту времени /а, т. е. к моменту, когда образец неремагничен до + Нт, нропорционален остаточной индукции образца.

Число N импульсов, сосчитанное счетчиком 22 в произвольный момент времени t после момента /з, когда имнульсы поступают на счетчик 22 с частотой /о, минуя делитель 18 частоты на два, равно

/V - Л/ f / - f f

J - l .,foZj - -;;- os

Вт

B,n

где в - значение индукции в момент времени /.

Следовательно, число Л импульсов в счетчике 22 пропорционально значению магнитной индукцин в произвольный момент времени / носле момента /з.

Линейно возрастающий во времени код iV индукции подается через схемы 26 И на входы преобразователя 27 код-напряжение. Питание этого преобразователя производится напряжением с выхода 10 намагничивающего устройства 8, пропорциональным напряженности ноля в образце в каждый момент времени. Поэтому напряжение на выходе преобразователя 27 в каждый момент времени пропорционально произведению напряженности магнитного поля и индукции в образце, т. е. удельной магнитной энергии образца. Выходное напряжение преобразователя 27 подается на вход

6

цифрового вольтметра 28 и на вход экстремум-детектора 29. Цифровой вольтметр может быть циклического действия или следящего уравновешивания. Па управляющий вход вольтметра с выхода экстремумдетектора 29 подается потенциал, разрешающий периодический запуск вольтметра или его следящий режим. По мере увеличения размагничивающего

поля производится непрерывное (следящим вольтметром) или периодическое (вольтметром с периодическим запуском) измерение магнитной энергии. Рост показаний вольтметра продолжается до того момента,

пока величина магнитной энергии не достигнет своего максимального значения. С этого момента уровень напряжения на выходе экстремум-детектора 29 изменяется и ири этом на управляющий вход вольтметра

28 начинает подаваться сигнал, запрещающий его следующий запуск или дальнейшее слежение. На счетном устройстве вольтметра 28 остается показание, пропорциональное максимальной удельной магнитной

энергии образца.

Процесс измерения максимальной удельной магнитной энергии образца замкнутой формы происходит аналогично предыдущему случаю.

Введение в устройство для измерения максимальной удельной магнитной энергии системы стабилизации индуктированной ЭДС и преобразователя код-напряжение создает преимущества по сравнению с прототипом, так как при этом повышается точность измерения максимальной удельной магнитной энергии. Повышение точности измерения максимальной удельной магнитной энергии - одной из основных характеристик магнитных материалов - дает воз.можиость повысить качество магнитных

материалов и технпческие характеристики

устройств, в которых они применяются.

Кроме того, с помощью предложенного

устройства возможно нроведение измерений на образцах как разомкнутой, так и замкнутой формы, что не требует изготовлеипя для ироведения испытаний образцов специальных размеров и формы. При этом

уменьшаются затраты на проведение испытаний.

Ф о 15 м у л а изобретения

Устройство для измерения максимальной удельной магнитной энергии, содерл ащее блок намагничивания, блок измерения, блок управления и цифровой вольтметр, о т л п ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенпя точности измерений, блок измерений содержит генератор счетных импульсов, два электронных ключа, делитель частоты на два, схему ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов с триггером знака, преобразоваТель код-напряжение, схемы И, экстремум