Способ измерения коэрцитивной силы Советский патент 1980 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть ис пользовано для измерения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий. Известны способы определения коэ цитивной силы в разомкнутой магнитной цепи, заключающиеся в том, что образец намагничивают посредством электромагнита или соленоида, после чего подвергают действию размагничи вающего поля, а коэрцитивную силу о ределяют по значению напряженности внешнего размагничивающего поля в м мент, когда намагниченность (или ин дукция) образца принимает нулевое значение. Коэрцитивная сила указанным способом может быть определена как для изделия, так и для участка изделия (при локальном определении коэрцитивной силы) flJ. К недостаткам данного способа и устройств, реализующих его, следует отнести наличие погрешности измерения, обусловленной неточным определением состояния нулевой намагничен ности изделия, что объясняется, в частности, наличием порога чувствительности нуль-индикатора и нестабильностью коэффициента передачи си нала, пропорционального индукции (или намагниченности) изделия. Наиболее близким по технической сущности является способ измерения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, заключающийся в .том, что в процессе размагничивания предварительно намагниченного изделия (или его участка) фиксируют два значения возрастающего во времени внешнего магнитного поля, одно из которых несколько меньше, а второе несколько больше коэрцитивной силы, причем оба значения пропорциональны модулю индукции (или намагниченности) изделия, а коэрцитивную силу определяют по полусумме полученных значений напряженности внешнего размагничивающего поля, В данном способе достигнуто значительное уменьшение погрешности, обусловленной неточным определением состояния нулевой намагниченно сгти (или индукции) изделия, полученное при статическом или квазистатическом режимах размагничивания 2. Однако статический и квазистатический режимы характеризуются большой длительностью процесса размагничивания, что снижает производительность контроля. Кроме того, длительный процесс размагничивания при измерении высококоэрцитивных изделий, т.е. при больших значениях напряженности размагничивакяцего поля, вызывает нагрев источника поля (соленоида или электромагнита), а это приводит к необходимости использовать систему принудительного охлаждения или увеличивать габариты и вес источника поля для уменьшения активного сопротивления его обмоток. Указанные недостатки усложняют использование данного способа и устройств, реализующих этот способ, в условиях производства при массовом контроле. Устранение этих недостатков достигается повьвяением быстродействия процесса из мерения, например переходом от квазистатического режима размагничивания к динамическому прииспол)3овании коэрцитиметров с цифровым отсчетным устройством. Однако динамический режим перемагничивания ферромагнитного материаша характеризуется тем, что материал, находясь под воздействием возрастающего или убывающего внешнего магнитного поля, запаздывает в по лучении тех значений индукции и намагниченности, которые он должен был бы получить при квазистатическом режиме, т.е. значения параметров материала, измеренные на динамической петле гистерезиса, не совпадгиот со статическими значениями этих парамет ров. Указанные недостатки значительн снижают точность измерения и ограничивают возможности коэрцитиметров, реализующих известный способ измерения при динамическом режиме размагни чивания. Целью изобретения является повыше ние точности и быстродействия процес са измерения. Поставленная цель достигается тем что в способе измерения коэрцитивной силы, заключающемся в размагничивани возрастающим во времени магнитным по лем при одновременном определении на магниченности изд-елия и определении коэрцитивной силы по среднему значению напряженности внешнего размагничивакя11его поля, размагничивание ведут в динамическом режиме до получения первого нулевого сигнала с датчи ка намагниченности, затем уменьшают напряженность внешнего размагничиваю щего поля на величину, пропорциональ ную запаздыванию намагниченности, .на кладывают на размагничивакнцее поле переменное магнитное поле с амплитудой в пределах магнитной упругости м териала, после чего продолжают размагничивание, увеличивая напряженнос постоянной составляющей внешнего раз магничивающего поля до получения нулевой намагниченности изделия. На фиг. 1 представлены временные диаграммы напряженности размагничивакяцего поля; на фиг. 2 - структурая схема автоматического коэрцитиетра. Процесс размагничивания начинают быстрого увеличения напряженности нешнего размагничивающего поля, прием напряженность этого поля {кривая на фиг. 1) в каждый момент времени ревышает значение (кривая 2), проорциональное фактическому магнитноу состоянию материала изделия на веичину, пропорциональную запаздываию намагниченности (или индукции) зделия. Такое запаздывание обусловено влиянием вихревых токов, образующихся в поверхностных слоях издеия и защищающих внутреннюю часть ; его от быстрых изменений внешнего поя, а также влиянием магнитной вязкости материала изделия. По мере нарастания внешнего размагничивающего поля амплитуда выходного сигнала нуль-индикатора уменьшается и достигает нулевого значения, что, однако, не отражает фактического магнитного состояния материала изделия. К моменту поступления первого нулевого сигнала (момент времени t, фиг. 1) с выхода нуль-индикатора напряженность внешнего размагничивак5щего поля оказывается большей.значения, соответствующего коэрцитивной силе изделия (уровень Hg) . Поэтому после поступления такого сигнала.внешнееразмагвичивающее поле уменьшают (момент i) на величину, пропорциональную запаздыванию. В результате напряженность внешнего размагничивающего поля становится ниже уровня, соответствующего коэрцитивной силе. Затем на размагничиваквдее поле накладывают переменное магнитное поле, амплитуду которого выбирают и в дальнейшем поддерживают в пределах магнитной упругости материала изделия, т.е. в,пределах обратимых процессов, протекающих в материале при его перемагничивании. Продолжают размагничивание (от момента t, до t,), увеличивая напряженность постоянной составляющей внешнего размагничивающего поля до получения нулевой намагниченности (или индукции) изделия. Наложенное переменное магнитное поле совершает работу гистерезиса при перемагничивании материала изделия в полях, близких к значению коэрцитивной силы, что способствует установлению обратимых частотных циклов с малой амплитудой, петля гистерезиса которых близка к элипсу, а это исключает влияние магнитной вязкости материала на точность измерения коэрцитивной силы. Кроме того, наложение переменного поля на постоянное приводит к установлению разновесного магнитного состояния материала изделия, стремление к которому создается постоянной составляющей поля, не способной caгvrocтoятeльнo завершить переход к этому равновесному состоянию из-за наличия магнитной аккомодации, В этом случае наступление-магнитного равновесия достигается перемагничива нием материала в пределах его магнит ной упругости, что исключает многозначность функции намагниченности {или индукции) материала от значения напряженности установившегося размаг ничивающего поля, а это также повыша ет точность измерения. Установившиеся частные циклы с малой амплитудой, получаемые при наложении указанного переменного поля, исключают влияние магнитной вязкости материала на время установления магнитного равновесия, так как при перемагничивании ма териала в пределах его магнитной упругости влияние магнитной вязкости становится законопеременным, а это также повышает быстродействие процесса измерения. После установления магнитного равновесия материала изделия, т.е. после достижения изделием (или его участком) нулевой намагниченности (или индукции), выдерживают время (от момента t. до t. ) прохождения достаточного количества циклов перемагничивания материала в магнитном поле, близком к значению коэрцитивной, силы, что обусловлено магнитной аккомодацией материала, и производят измерение среднего значения внешнего размагничивающего поля, равного коэрцитивной силе. Автоматический коэрцитиметр (фиг. для осуществления предложенного способа содержит нуль-индикатор 1 (датчик намагниченности или индукции изделия), генератор 2 возбуждения, формирователь 3 прямоугольных импульсов схему 4 совпадения, генератор 5 строб импульсов, блок 6 разрешения, блок 7 управляющего напряже.ния, в состав которого входит генератор нарастающего напряжения, образованный резистором 8 и конденсатором 9, и формирователь управляющего напряжения, образованный резистором 10, регулятор 11 и источник 12 тока размагничивания, источник 13 размагничивающего поля (соленоид) цифровое отсчетное устройство 14 с электронно-преобразовательной схемой 15. Нуль-индикатор 1, формирователь 3, схема 4, блок б, блок 7, регулятор 11 и источник 13 образуют цепь обрат ной связи, замкнутую через магнитную связь между источником 13, контрол рУемым изделием 16 и нуль-индикатором 1 (магнитная связь показана пунк тиром) . Коэрцитиметр работает следующим образом. Нуль-индикатор 1 возбуждается от генератора 2. После намагничивания контролируемого изделия с выхода нуль-индикатора поступает сигнгш, пропорциональный модулю намагниченности (или индукции) изделия. Этот сигнал, пройдя через формирователь 3, поступает на один из входов схемы 4 совпадения в виде прямоугольных импульсов (или близких к прямоугольной форме). На второй вход схемы совпадения поступают строб-импульсы от генератора 5, синхронизированные ге ератором 2 возбуждения. При совпадении этих импульсов во времени они появляются на выходе схемы совпадения и поступают на вход блока 6, на выходе которого появляется потенциал, поступающий на вход блока 7. Этот потенциал приводит к нарастанию напряжения на конденсаторе 9 по мере его заряда через резистор 8, в результате чего на резисторе 10 формируется дополнительное напряжение, пропорциональное току заряда конденсатора 9. Величина формируемого дополнительного напряжения определяется сопротивлением резистора 10 и выбирается на уровне, пропорциональном запаздыванию намагниченности (или индукции) материала изделия, обусловленном влиянием вихревых токов и магнитной вязкости материала при динамическом режиме размагничивания. Cyм apнoe управляющее напряжение, снимаемое с конденсатора 9 и резистора 10, поступает на вход регулятора 11, включе)ного-между источником 12 тока размагничивания и источником 13 размагничивающего поля, что приводит к возрастанию этого поля. По мере возрастания размагничивающего поля импульсы, поступающие с выхода нуль-илдикатора 1, уменьшаются по амплитуде и в какой-то момент времени достигают нулевого значения, а при дальнейшем увеличении напряженности поля вновь возрастают по амплитуде, изменив cBOfi знак на обратный. Перемена знак;., выходных импульсов приводит к несовпадению их во времени со строб-импульсами, что приводит к исчезновению потенциала на выходе блока 6, и, следовательно, к прекращению заряда конденсатора 9. В результате прекращается формирование дополнительного управляющего напряжения и на вход регулятора 11 начинает поступать юлько напряжение, накопленное на конденсаторе 9, а это приводит к уменьшению тока размагничивания и, следовательно, к уменьшению напряженности внешнего магнитного поля на величину, пропорциональную запаздыванию намагниченности (или индукции) изделия. Так как после уменьшения напряженности величина внешнего размагничивающего поля становится ниже зьгачения, соответствующего коэрцитивной сил , с выхода нуль-индикатора 1 вновь поступают импульсы, совпадающие во времени со строб-импульсами, т.е. на выходе блока 6 вновь появляется потенциал. Однако теперь вступает в леПствне обратная связь, что приводит к (периодическому исчезновению этого погенциала, т.е. к периодическому изменению суммарного управляющего напряжения, снимаемого с конденсатора 9 и резистора 10, а следовательно, к периодическому изменению напряжейности внешнего размагничивающего поля. Такое изменение внешнего поля эквивалентно изложению на постоянное поле переменного поля. Кроме того, вследствие обратной связи амплитуда изменения напряженности внешнего поля устанавливается в пределах, обусловленных влиянием магнитной упругости материала изделия, т.е. в пределах обpaTHf4fjx процессов, протекающих в материале при перемагничивании.

По мере заряда конденсатора 9 среднее значение напряженности внешнего размагничивающего поля возрастает, что эквивалентно увеличению постоянной составляющей этого поля. Возрастание продолжается до установления равновесного магнитного состояния материала изделия в размагничивающем поле, т.е. до получения нулевой намагниченности (или индукции) изделия. После прохождения достаточного количества циклов перемагничивания материала, наложенным переменным полем электронно-преобразовательная схема 15 открывает вход цифрового отсчетного устройства 14, обеспечивая фиксацию среднего значения напряженности установившегося внешнего размагничивающего поля, соответствующего коэрцитивной силе. По истечении времени, необходимого для фиксации напряженности поля, схема 15 выключает регулятор 11 до следующего цикла измерения, переводя все элементы коэрцитиметра в исходное состояние.

Применение предложенного способа позволяет снизить затраты времени на одно измерение в десятки раз по сравнению с временем, затрачиваемым на одно измерение коэрцитиметрами, рвализуюшими известные способы, а также снизить в несколько раз массу ясточника размагничивающего поля.

Формула изобретения

Способ измерения коэрцитивной силы, заключающийся в размагничивании возрастающим во времени магнитным по-, лем при одновременном определении намагниченности изделия и определении коэрцитивной силы по среднег 1у значению напряженности внешнего размагничивающего поля, о. т л и ч , а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и. быстродействия процесса измерения, размагничивание ведут в динамическом режиме до получения первого нулевого сигнала с датчика намагниченности, затем уменьшают напряженность внешнего размагничивающего поля на величину, пропорциональную запаздыванию намагниченности, накладывают на размагничивакяцее поле переменное магнитное поле с амплитудой в пределах магнитной упругости материала, после чего продолжают размагничивание, увеличивая напрях енность постоянной составляющей внешнего размагничивающего поля до получения нулевой намагниченности изделия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Февралева Н.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. 1969, с. 188-197. .

2. Авторское свидетельство СССР № 458792, кл. G 01 R 33/12, 1975 (прототип).

/

/j -fS

j