Устройство для контроля свойств изделий по измерению коэрцитивной силы

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПО ИЗМЕРЕНИЮ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Булатов Олег Владимирович Чурило Василий Романович Шарандо Владимир Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для контроля свойств изделий по измерению коэрцитивной силы, состоящее из П-образного магнита, установленного полюсами наконечников на поверхность контролируемого изделия, магниточувствительного элемента и измерительного блока, отличающееся тем, что П-образный постоянный магнит установлен подвижно на поверхность контролируемого изделия для регистрации измерительным блоком сигнала в различных положениях магнита, магниточувствительный элемент закреплен неподвижно между полюсами наконечников, а измерительный блок подключен к магниточувствительному элементу для получения сигнала, пропорционального коэрцитивной силе.(56) 1. Испытание магнитных материалов и систем / Е.В. Комаров, А.Д. Покровский,В.Г. Сергеев, А.Я. Шихин Под ред. А.Я. Шихина. - М. Энергоатомиздат, 1984. - С. 318. 2. Горкунов Э.С. Магнитные приборы контроля структуры и механических свойств стальных и чугунных изделий (Обзор) // Дефектоскопия. - 1992. -10. - С. 7. 39322007.10.30 Полезная модель относится к средствам магнитного контроля и может быть использована для контроля свойств, связанных с коэрцитивной силой. Известно устройство для определения твердости ферромагнитных изделий, содержащее намагничивающий соленоид, ось которого перпендикулярна поверхности контролируемого участка, подключенный к соленоиду источник импульсного тока и феррозондовый измеритель магнитного поля внутри соленоида 1. Устройство позволяет измерять нормальную составляющую остаточной индукции над выбранным участком поверхности ферромагнитного изделия, пропорциональную коэрцитивной силе и твердости этого участка. Однако устройство требует внешнего источника питания для создания достаточно сильных магнитных полей, имеет значительные габариты и вес, является стационарным и требует перемещения изделий в зону контроля. Наиболее близким к полезной модели является коэрцитиметр Михеева 2, состоящий из П-образного электромагнита с расположенными на его наконечниках двумя намагничивающими катушками, находящегося в центре его перемычки подвижного магниточувствительного элемента, используемого в качестве индикатора нуля потока магнитного поля, и измерительного блока в виде амперметра, подключенного к намагничивающим катушкам. Коэрцитиметр позволяет путем намагничивания и последующего плавного размагничивания участка контролируемого изделия по величине тока в намагничивающих катушках судить о коэрцитивной силе и других связанных с ней свойствах этого участка. Недостатками коэрцитиметра являются сложность конструкции, большие габариты и вес,потребность во внешнем источнике питания. Цель полезной модели - упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса. Сущность устройства для контроля свойств изделий по коэрцитивной силе заключается в том, что оно представляет собой П-образный постоянный магнит, подвижно установленный полюсами его наконечников на поверхность контролируемого изделия, магниточувствительный элемент, жестко закрепленный между этими полюсами, и подключенный к названному элементу измерительный блок. Перемещением П-образного постоянного магнита по поверхности контролируемого изделия осуществляют его динамическое намагничивание, которое приводит к возникновению в материале изделия магнитного вращательного гистерезиса. В процессе динамического намагничивания магниточувствительным элементом отслеживают обусловленное гистерезисом изменение магнитного поля,возбуждающее в этом элементе сигнал, пропорциональный величине данного изменения. По зарегистрированной измерительным блоком величине сигнала определяют коэрцитивную силу, по которой судят о связанных с ней свойствах изделия (твердости, механических напряжениях, фазовом составе и др.). Использование магнитного вращательного гистерезиса для определения коэрцитивной силы позволяет заменить электромагнит постоянным магнитом, т.е. избавиться от намагничивающих катушек и питающего их источника, что упрощает конструкцию полезной модели и уменьшает ее габариты и вес. При этом варианты исполнения постоянного магнита могут быть различными (например, магнитожесткая перемычка с магнитомягкими наконечниками или вариант с обратным сочетанием материалов, магнитожесткие перемычка и наконечники и т.д.), а магниточувствительным элементом может быть любой измеритель магнитного поля (индуктивная катушка с магнитомягким сердечником или без него, датчик Холла, феррозонд и др.). На фиг. 1 показана схема устройства для контроля свойств изделий по измерению коэрцитивной силы, подвижно установленного на поверхность контролируемого изделия. На фиг. 2 представлены результаты измерений на стальных образцах с известной коэрцитивной силой- магнитный поток, мкВб- коэрцитивная сила, кА/м. На фиг. 3 изображена зависимость, полученная в ходе измерений мер твердостимагнитный поток, мкВб- твердость в единицах шкалы Роквелла. Полезная модель (фиг. 1) представляет собой П-образный постоянный магнит, выполненный в виде перемычки 1 с сопряженными с ней наконечниками 2 и 3, с жестко закреп 2 39322007.10.30 ленным под этой перемычкой между северным полюсом 4 и южным полюсом 5 магниточувствительным элементом 6, подключенным к измерительному блоку 7, и подвижно установленный этими полюсами на поверхность контролируемого изделия 8. Рассмотрим работу полезной модели с П-образным постоянным магнитом, состоящим из магнитожесткой перемычки 1 и магнитомягких наконечников 2 и 3, и с магниточувствительным элементом 6 в виде индуктивной катушки с магнитомягким сердечником (фиг. 1). Полезную модель подвижно устанавливают полюсами 4 и 5 на поверхность контролируемого изделия 8, образуя замкнутую магнитную систему, после чего перемещают в плоскости осей полюсов 4 и 5 в любом из двух направлений. При этом в пределах непрерывно перемагничиваемого полезной моделью участка поверхности возникает магнитный вращательный гистерезис. Сущность гистерезиса заключается в том, что между вектором напряженности намагничивающего поля и вектором намагниченности материала контролируемого изделия 8 имеется некоторый угол, зависящий от величины намагничивающего поля и коэрцитивной силы. В процессе движения полезной модели в индуктивной катушке возникает и растет сигнал, пропорциональный углу между векторами напряженности и намагниченности. Поскольку угол между этими векторами благодаря постоянству намагничивающего поля определяется только коэрцитивной силой, по интегральной величине поступающего с индуктивной катушки сигнала судят о коэрцитивной силе и других свойствах контролируемого изделия 8 (твердости, поверхностных неоднородностях, механических напряжениях и т.д.). Вариант исполнения П-образного постоянного магнита (например,магнитомягкая перемычка 1 в сочетании с магнитожесткими наконечниками 2 и 3, магнитожесткие перемычка 1 и наконечники 2 и 3 и т.д.) на принцип работы полезной модели не влияет. Однако в случае использования в качестве магниточувствительного элемента 6 датчика Холла, феррозонда или другого измерителя магнитного поля вместо интегрирования сигнала определяют разность между его начальным и конечным значениями и используют ее как количественную оценку контролируемого свойства. Работоспособность полезной модели подтверждается экспериментальными данными,полученными на стальных образцах с известной коэрцитивной силой (фиг. 2), а также на мерах твердости (фиг. 3). Полезная модель может использоваться для контроля коэрцитивной силы и других связанных с нею свойств (твердости, механических напряжений, химического и фазового состава, макро- и микронеоднородностей и т.п.). Определение коэрцитивной силы на основе магнитного вращательного гистерезиса позволяет сделать П-образный магнит постоянным, что упрощает конструкцию полезной модели и уменьшает ее габариты и вес. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3