Магнитный датчик для контроля качества термообработки и магнитной анизотропии

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТЕРМООБРАБОТКИ И МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики НАН Беларуси(72) Авторы Гусев Александр Петрович Косовец Сергей Александрович Загорский Иван Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики НАН Беларуси(57) Магнитный датчик для контроля качества термообработки и магнитной анизотропии,содержащий корпус, установленные с возможностью вращения в корпусе кольцевой магнит, выполненный из двух цилиндрических секторов, соединенных между собой направлением намагниченности в противоположные стороны, и два магниточувствительных элемента, отличающийся тем, что в корпусе соосно с кольцевым магнитом установлен вращающийся трансформатор, магниточувствительные элементы размещены в цилиндрической полости кольцевого магнита и выводами соединены с вращающимся трансформатором, направление максимальной чувствительности одного из элементов сориентировано параллельно рабочей поверхности кольцевого магнита и плоскости соединения цилиндрических секторов кольцевого магнита, а направление максимальной чувствительности второго элемента - перпендикулярно плоскости соединения секторов кольцевого магнита.(56) 1. А.с. 662887 СССР, МКИ 301 33/12. Устройство для определения степени совершенства кристаллографической текстуры в отдельных участках листовых магнитных материалов / Г.С. Корзунин, В.Е. Щербинин, В.В. Ляпунов и М.П. Уварова (СССР).2104770/18-21 Заявл. 14.02.75 опубл. 15.05.79 // Бюл.18. Открытия. Изобретения. 1979. -18. - С. 191. 2. А.с. 1640117 СССР, МКИ 301 27/90. Магнитный датчик / А.П. Гусев (СССР).4620317/28 Заявл. 12.12.88 опубл. 07.04.91 // Бюл.13 Открытия. Изобретения. 1991. -13. - С. 178. Полезная модель относится к области неразрушающего контроля магнитным методом и может быть использована для контроля твердости и магнитной анизотропии стальных изделий машиностроения. Известен датчик устройства для определения степени совершенства кристаллографической текстуры в отдельных участках магнитных материалов 1, содержащий магнитную систему, измерительную катушку, ось которой параллельна поверхности контролируемого материала, и измерительный блок. Магнитная система датчика выполнена в форме кольцевого постоянного магнита, намагниченного вдоль оси кольца с магнитопроводом в виде шайбы с цилиндрическим выступом, по оси которого выполнено сквозное отверстие. Торцовая поверхность цилиндрического выступа, обращенная к контролируемому материалу, расположена выше торцовой поверхности кольцевого постоянного магнита, а измерительная катушка установлена в зазоре между кольцевым постоянным магнитом и магнитопроводом с возможностью вращения над поверхностью контролируемого материала. Недостатком известного устройства является отсутствие отстройки от величины зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия, что снижает достоверность контроля, кроме того, после контроля требуется проведение дополнительной операции размагничивания изделия, для чего необходимо иметь дополнительное устройство размагничивания. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является датчик 2, содержащий размещенные в корпусе два идентичных магнита, каждый из которых составлен из двух цилиндрических секторов, соединенных между собой с направлением намагничивания в противоположные стороны, привод вращения магнита вокруг его оси и магниточувствительные элементы. При этом второй магнит установлен соосно под первым магнитом с возможностью свободного вращения вокруг общей оси, а магниточувствительные элементы установлены вблизи торцов магнитов и закреплены на корпусе датчика. Недостатком этого магнитного датчика является отсутствие отстройки от величины зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия, что снижает достоверность контроля, а также датчик не может быть использован для контроля магнитной анизотропии материала изделия. Задачей настоящей полезной модели является повышение достоверности контроля качества термообработки и возможности использования устройства для измерения магнитной анизотропии ферромагнитных материалов. Сущность магнитного датчика для контроля качества термообработки и магнитной анизотропии заключается в том, что он содержит корпус, кольцевой магнит, два магниточувствительных элемента и вращающийся трансформатор. Кольцевой магнит и магниточувствительные элементы установлены в корпусе с возможностью вращения. Кольцевой магнит выполнен из двух цилиндрических секторов, соединенных между собой направлением намагниченности в противоположные стороны. Магниточувствительные элементы размещены в цилиндрической полости кольцевого магнита и выводами соединены с роторной обмоткой вращающегося трансформатора. Кроме того, направление максимальной 2 22042005.09.30 чувствительности одного из элементов сориентировано параллельно рабочей поверхности магнита и плоскости соединения секторов магнита, а направление максимальной чувствительности второго элемента - перпендикулярно плоскости соединения секторов магнита. По результатам регистрации ЭДС от магниточувствительных элементов за период вращения кольцевого магнита определяют качество термообработки изделия, с отстройкой от зазора между рабочей поверхностью датчика и изделием, и величину магнитной анизотропии материала контролируемого изделия, по которой судят либо о приложенных или внутренних механических напряжениях в изделии, либо о кристаллографической текстуре материала. На фиг. 1 представлена схема устройства магнитного датчика в целом. На фиг. 2 схематически показано расположение магниточувствительных элементов относительно цилиндрических секторов кольцевого магнита, а также направление силовых линий магнитного поля. Магнитный датчик (фиг. 1) содержит кольцевой магнит 1, два магниточувствительных элемента 2 и 3, вращающийся трансформатор 4, шаговый двигатель 5, ротор 6 и корпус 7. Датчик соединен кабелем с электронным блоком 8. Кольцевой магнит 1 и магниточувствительные элементы 2 и 3 установлены на роторе 6, соединенном с валом шагового двигателя 5. Кольцевой магнит 1 выполнен из двух цилиндрических секторов 9 и 10 (фиг. 2),соединенных между собой направлением намагниченности 11 в противоположные стороны. Магниточувствительные элементы 2 и 3 (фиг. 1) размещены в цилиндрической полости кольцевого магнита 1 и выводами соединены с роторной обмоткой вращающегося трансформатора 4, статорные обмотки которого соединены с электронным блоком 8. Направление 12 (фиг. 2) максимальной чувствительности элемента 2 сориентировано параллельно рабочей поверхности 13 кольцевого магнита 1 и плоскости 14 соединения цилиндрических секторов 4 и 5 кольцевого магнита 1, а направление 15 максимальной чувствительности элемента 3 сориентировано перпендикулярно плоскости 14 соединения цилиндрических секторов 4 и 5 кольцевого магнита 1. Количество магниточувствительных элементов в датчике может быть больше двух. Например, в случае применения дифференциального феррозонда в качестве магниточувствительного элемента 2 общее число магниточувствительных элементов в датчике будет равно трем. Магнитный датчик установлен на контролируемое изделие 16. Магнитный датчик для контроля качества термообработки и магнитной анизотропии работает следующим образом. На магниточувствительные элементы 2 и 3 через вращающийся трансформатор 4 и на шаговый двигатель 5 от электронного блока 8 подают ЭДС возбуждения. Шаговый двигатель 5 приводит во вращение ротор 6, и установленные на нем кольцевой магнит 1 и магниточувствительные элементы 2 и 3. При вращении вокруг своей оси кольцевой магнит 1,состоящий из цилиндрических секторов 4 и 5, намагниченных в противоположные стороны, перемагничивает контролируемый участок изделия 16 вращающимся магнитным по лем. При вращении вектора намагничивающего поля Н 0 вектор напряженности Н магнитного поля намагниченного изделия вращается за вектором Н 0 с отставанием от него на некоторый угол , величина которого зависит от коэрцитивной силы материала контролируемого изделия. При этом выходные ЭДС 2 и 3 магниточувствительных элементов 2 и 3 соответственно будут пропорциональны составляющим вектора напряженности Н магнитного поля намагниченного изделия 33, где 2 и 3 - выходные ЭДС магниточувствительных элементов 2 и 3 соответственно 3 22042005.09.30 2 и 3 - коэффициенты преобразования магниточувствительных элементов 2 и 3 соответственно Н у - модуль проекции вектора напряженностимагнитного поля намагниченного изделия на направление максимальной чувствительности магниточувствительного элемента 2 Н х - модуль проекции вектора напряженностимагнитного поля намагниченного изделия на направление максимальной чувствительности магниточувствительного элемента 3. При равенстве коэффициентов преобразования 23 величина 23 уне зависит от зазорамежду рабочей поверхностью датчика и изделием 16 и определена коэрцитивной силой контролируемого объекта, зависящей от его термообработки. При наличии в контролируемом объекте магнитной анизотропии материала, например по причине приложенных к изделию механических напряжений, намагниченность изделия зависит от направления вектора 0 намагничивающего поля. Поэтому при повороте кольцевого магнита 1 на полный оборот (на 360) конец вектораописывает эллипс,отношение большой и малой осей которого зависит от величины анизотропии. Таким образом, по результатам регистрации ЭДС 2 за период вращения кольцевого магнита 1 определяют величину магнитной анизотропии материала контролируемого изделия, по которой судят либо о приложенных или внутренних механических напряжениях в изделии,либо о кристаллографической текстуре материала. При удалении датчика от поверхности изделия после окончания измерений намагниченный участок изделия автоматически размагничивается убывающим по амплитуде маг нитным полем 0 вращающегося кольцевого магнита 1. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.