Устройство для измерения магнитного потока постоянных магнитов Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в лабораторных и производственных условиях.

Известны устройства, в которых измерение компонентов магнитного поля производится путем изменения площади обмотки, пронизываемой исследуемым потоком.. В указанных устройствах колебания катушке сообщаются электромеханической системой или пьезоэлементом, а наведенная в катущке электродвижущая сила измеряется подключенным к ршй электроизмерительным прибором 1.

Эти устройства обладают низкой чувствительностью, что особенно неблагоприятно сказывается на точности измерений при испытаниях магнитов с объемом в несколько кубических миллиметров, т. е. с малым потоком.

Известно устройство, более простое по конструкции и эксплуатации, чем устройства с соленоидами, и обладающее большей чувствительностью, чем устройства с использованием катушек, соверщающих колебания в магнитном поле магнита. Оно выполнено в виде жестко укрепленного пьезоэлемента, на конце которого расположен якорь из магнитомягкого материала - магнитопровод. В зависимости от величины магнитного потока в месте расположения

якоря преобразователя возникающая сила притяжения якоря к полюсу магнита изгибает пьезоэлемент, что вызывает появление ЭДС на его электродах 2.

Описанное устройство может быть принято за прототип. Измерения с помощью устройства сложны, так как для обеспечения заданной стабильной чувствительности устройства необходимо соблюдать постоянную

скорость перемещения магнита относительно неподвижного преобразователя и неизменный зазор между якорем преобразователя и полюсом контролируемого магнита. Кроме того, при измерении параметров неподвижного магнита затруднена регистрация изменяющегося во времени показания прибора. Поэтому регистрирующий прибор должен обладать большим входным сопротивлением.

Устройство не может быть нрименено для измерения параметров магнитов с объемом в несколько кубических миллиметров, так как оно обладает недостаточной чувствительностью к малым магнитным потокам.

Целью изобретения является повышение чувствительности и упрощение процесса измерения.

Сущность предложения заключается в преобразовании постоянного потока испытуемого магнита в переменный электрический сигнал при вынужденных периодических деформациях пьезоэлемента.

Поставлеииая цель достигается тем, что в устройство для измерение магнитного потока постоянных магнитов, содержащее консольно закрепленный пьезоэлемепт, магнитопровод и регистрирующий прибор, введены источник переменного тока, источник постоянного тока с дополнительной катущкой, установленной на центральной части магнитопровода, а также неподвижное немагнитное основание, на котором закреплен магнитопровод, выполненный в виде двух коаксиальных частей, а радиальном зазоре которых размещена с возможностью возвратнопоступательного движения цилиндрическая катушка, жестко соединенная с подвижным концом пьезоэлемента и подключенная с пьезоэлемеитом к регистрирующему прибору и источнику переменного тока.

На чертеже представлена функциоиальная схема устройства - пример конкретного выполнения.

Устройство содержит, магнитопровод 1 с разомкнутой магнитной цепью, состоящей из двух коаксиальных частей и закрепленных на немагнитном основании 2, катушку 3, размещенную в радиальном зазоре магнитоировода 1 и закрепленную на подвижном конце пьезоэлемента 4. Выводы 5 пьезоэлемента 4 подключены к регистрирующему прибору 6. Выводы 7 катушки 3 подключены к источнику переменного тока 8. Испытуемый магнит 9 установлен одним из полюсов на среднюю часть магнитопровода 1.

Измерение магнитного потока испытуемого магнита производится следующим образом.

Магнит 9 размещается любым полюсом на поверхности центральной части магнитопровода. Магнитный поток магнита замыкается через магнитопровод 1, при этом в зазоре магнитопровода под влиянием взаимодействия постоянного магнитного поля и электромагнитного поля цилиидрической катушки 3, заиитанной от источника переменного тока 8, возбуждаются механические колебания катушки 3. Катушка 3, жестко связанная с подвижным концом пьезоэлемента 4, своим колебательным движением вынуждает пьезоэлемент к изгибным деформациям. На электродах пьезоэлемента появляются электрические переменные сигналы с частотой, равной частоте его колебаний. Эти сигналы поступают на регистрирующий прибор 6.

Магнитный поток в зазоре магнитопровода перпендикулярен направлению возвратно-поступательного движения катушки, что повыщает чувствительность устройства.

Повышению чувствительности способствует также и выбор частоты периодических сигналов, подаваемых на выводы катущки, равной частоте резонанса электромеханического преобразователя, образованного ньезоэлементом и закрепленной на его конце катушкой,. В этом случае амплитуда колебаний пьезоэлемеита наибольшая, т. е. наибольшую величину имеет и ЭДС на его электродах. Частота резонанса системы определяется гибкостью пьезоэлемента и суммарной массой пьезоэлемента и катушки.

Измерения с помощью предлагаеьЛго устройства просты, так как не требуют перемеихения магнита во время измерений и устаиовки зазора между магнитом и магнитопроводом, как это имеет место в прототипе. Устройство работоспособио и в том случае, когда регистрирующий прибор 6 подключей к выводам катушки 3, а источник переменного тока 8 - к выводам пьезоэлемента 4. При подаче периодических сигналов от источника переменного тока на пьезоэлемент возбуждаются периодические колебания пьезоэлемента и закрепленной на его конце катушки в постоянном магнитном поле испытуемого магнита, а переменное напряжение, возникающее на выводах катушки, измеряется регистрирующим прибором.

Для создания эталонного магнитного потока можно использовать дополнительную катушку 10 с питанием от источника постоянного тока И. В отсутствие магнита на катушку подается постоянный ток, возникает взаимодействие постоянного и переменного электромагнитных полей, при этом отклонение стрелки регистрирующего прибора пропорционально величине постоянного тока в калибровочной катушке. Использование калибровочной катущки позволяет отказаться от эталонного магнита, который может менять свои свойства в зависимости от условий хранения. Для определения полярности полюсов установленного на центральную часть магнитопровода испытуемого магнита подается питание на дополнительную калибровочную катушку, при этом направление создаваемого ею постоянного магнитного потока известно. При совпадении направления магнитных потоков катушки и магнита показание регистрирующего прибора увеличивается, и наоборот, если поля противоположные, показание регистрирующего прибора уменьшается.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитного потока постоянных магнитов, содержащее

консольно закрепленный пьезоэлемент, магнитопровод и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения процесса измерения, в него введены источник переменного тока, источник постоянного тока с дополнительной катушкой, установленной на центральной части магнитопровода, а также неподвижное немагнитное основание, на котором закреплен магнитопровод, выполненный в виде двух .коаксиальных частей, в радиальном зазоре которых размещена с возможностью возвратно-поступательного движения цилиндрическая катушка, жестко соединенная с подвижным концом пьезоэлемента и подключенная с пьезоэлементом к регистрирующему прибору и источнику переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2648046, кл. 324-43, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР № 317008, кл. G 01R 33/02, 1970.

:10