Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ к ПАТЕНТУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Осипов Александр Александрович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов,содержащее Преобразователь, состоящий из соосно расположенных двухсекционной измерительной катущки и намагничивающего соленоида, последовательно соединенного с измерительным резистором, усилителем, аналого-цифровым преобразователем канала измерения напряженности магнитного поля, блоком управления и регистрации и управляемым источником питания, интегратор, ко входам которого подключены две дифференциально включенные секции измерительной обмотки, в одну из которых помещается исследуемый образец, и блок управления интегратором, отличающееся тем, что к его выходу через аналого-цифровой преобразователь канала измерения магнитной индукции подключены вход блока регистрации сигнала В 1 до включения намагничивающего поля, вход блока регистрации сигнала В 2 в процессе действия намагничивающего поля и вход блока регистрации сигнала В 3 после выключения намагничивающего поля, причем выходы блоков регистрации сигналов В 1 и В 3 соединены со входами блока усреднения, выход которого подключен к блоку управления и регистрации через сумматор, ко второму входу которого подсоединен блок регистрации сигнала В 2.3. Антонов В.Г., Петров Л.М., Щелкин А.П. Средства измерения магнитных параметров материалов. - Л. Энергоатомиздат, 1986. - 216 с. (с. 48-51).Полезная модель относится К области магнитных измерений И может быть использована для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов и изделий.Известно устройство 1 для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов, состоящее из источника постоянного тока, соединенного последовательно с намагничивающей обмоткой, в которую помещают исследуемый образец, и, в зависимости от положения переключателя направления тока, либо с первым реостатом для регулировки тока в намагничивающей цепи и первым амперметром для измерения тока в этой цепи, либо со вторым реостатом для регулировки тока в размагничивающей цепи и вторым амперметром для измерения тока в этой цепи, которые шунтируются первым электрическим ключом, баллистического гальванометра, последовательно соединенного через второй электрический ключ с измерительной катушкой, вторичной обмоткой образцовой катушки взаимной индуктивности и магазином сопротивлений, первичная обмотка образцовой катушки взаимной индуктивности через последовательно соединенные третий реостат, третий амперметр и третий электрический ключ подсоединена ко второму источнику постоянного тока.Недостатком известного устройства является низкая производительность и точность измерений.Известно устройство 2 для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов, состоящее из преобразователя частоты, подключенного к управляемому фазорегулятором электромагниту, в который помещают исследуемый образец, измерительных обмоток индукции и напряженности поля, размещенных внутри электромагнита и подключенных последовательно к интегрирующим усилителям и управляемым фазорегулятором выпрямителям, выходы которых подсоединены к электронному осциллографу и вольтметрам средних значений.Недостатком известного устройства является низкая точность измерений из-за существенного влияния на их результаты смещения нулевого уровня интегрирующих усилителей в процессе измерения вследствие малой величины сигналов, индуцируемых при низкочастотном перемагничивании материала.Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов 3,содержащее преобразователь, состоящий из соосно расположенных намагничивающего соленоида и измерительной катушки, в которые помещается исследуемый образец, измерительный резистор, усилитель, управляемый источник питания, интегратор, блок компенсации дрейфа интегратора и блок управления и регистрации. Выход управляемого источника питания через намагничивающий соленоид соединен с измерительным резистором и входом усилителя, выход которого соединен с первым входом блока управления и регистрации. Вход интегратора соединен с измерительной катушкой и выходом блока компенсации дрейфа интегратора, а выход - со входом блока компенсации дрейфа интегратора и вторым входом блока управления и регистрации. Второй выход блока управления и регистрации соединен со вторым входом блока компенсации дрейфа интегратора.Недостатком известного устройства является низкая точность измерений при низкочастотном (доли Гц) перемагничивании материала из-за непостоянства во времени смещения нулевого уровня интегратора вследствие большой длительности процесса измерения.Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов и изделий за счет уменьшения влияния на результаты измерений дрейфа интегратора канала измерения индукции магнитного поля.Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что она содержит преобразователь, состоящий из соосно расположенных двухсекционной измерительной катушки и намагничивающего соленоида, последовательно соединенного с измерительным резисто 2ром, усилителем, аналого-цифровь 1 м преобразователем канала измерения напряженности магнитного поля, блоком управления и регистрации и управляемым источником питания,интегратор, ко входам которого подсоединены две дифференциально включенные секции измерительной обмотки, в одну из которых помещается исследуемый образец, и блок управления интегратором, а к его выходу Через аналого-цифровой преобразователь канала измерения индукции магнитного поля вход блока регистрации сигнала В 1 до включения намагничивающего поля, вход блока регистрации сигнала В 2 в процессе действия намагничивающего поля и вход блока регистрации сигнала В 3 после выключения намагничивающего поля, причем выходы блоков регистрации сигналов В 1 и В 3 соединены со входами блока усреднения, выход которого подключен к блоку управления и регистрации через сумматор, ко второму входу которого подсоединен блок регистрации сигнала В 2.В отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели дополнительно введены сумматор, блок усреднения, блок регистрации сигнала В 1 до включения намагничивающего поля, блок регистрации сигнала В в процессе действия намагничивающего поля и блок регистрации сигнала В 3 после выключения намагничивающего поля, входы которых подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя канала индукции,причем выходы блоков регистрации сигналов В 1 до включения намагничивающего поля и В 3 после выключения намагничивающего поля соединены со входами блока усреднения,выход которого подключен к блоку управления и регистрации через сумматор, ко второму входу которого подсоединен блок регистрации сигнала В 2 в процессе действия намагничивающего поля.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой полезной модели.На фиг. 2 представлены зависимости дрейфа проинтегрированного сигнала до включения магнитного поля и после его выключения, а также изменение во времени компенсирующего сигнала Вкдмд (г).Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов содержит преобразователь 1, состоящий из соосно расположенных намагничивающего соленоида 2 и измерительной катущки 3, содержащей две дифференциально включенные секции, в одну из которых помещается исследуемый образец 4, измерительный резистор 5, управляемый источник 6 питания, усилитель 7, интегратор 8, аналого-цифровой преобразователь канала измерения напряженности магнитного поля 9 и аналого-цифровой преобразователь канала измерения индукции магнитного поля 10, блок 11 регистрации сигнала В 1 до включения намагничивающего поля, блок 12 регистрации сигнала В в процессе действия намагничивающего поля и блок 13 регистрации сигнала В 3 после выключения намагничивающего поля, сумматор 14, блок 15 усреднения, блок 16 управления интегратором и блок 17 управления и регистрации.Работает устройство следующим образом.По сигналу блока 17 управления и регистрации блокируется управляемый источник 6 питания и запускается блок 16 управления интегратором, который устанавливает интегратор 8 в исходное состояние и начинается интегрирование э.д.с. индукции измерительной катущки в отсутствии намагничивающего поля. Этот сигнал преобразуется в аналогоцифровом преобразователе 10 канала измерения индукции магнитного поля в цифровой код и сохраняется в блоке 11 регистрации сигнала В 2. Затем по сигналу блока 17 управления и регистрации разблокируется управляемый источник 6 питания и снова запускается блок 16 управления интегратором, который устанавливает интегратор 8 в исходное состояние и начинается интегрирование э.д.с. индукции измерительной катущки в присутствии намагничивающего поля. Дифференциальное включение секций измерительной катущки 3 компенсирует э.д.с., создаваемую намагничивающим соленоидом. Исследуемый образец перемагничивается низкочастотным магнитным полем, величина которого пропорциональна величине тока через измерительный резистор 5. Сигнал с измерительного резистора 5 через усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 9 канала измерениянапряженности магнитного поля поступает в блок 17 управления И регистрации. Одновременно начинается интегрирование э.д.с. индукции измерительной катушки в присутствии намагничиваюшего поля. Этот сигнал, пропорциональный магнитной индукции исследуемого образца, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 10 канала измерения индукции магнитного поля в цифровой код и сохраняется в блоке 12 регистрации сигнала В 2. После окончания цикла перемагничивания исследуемого образца по сигналу блока 17 управления и регистрации снова блокируется управляемый источник 6 питания и запускается блок 16 управления интегратором, который устанавливает интегратор 8 в исходное состояние и начинается интегрирование э.д.с. индукции измерительной катушки в отсутствии намагничиваюшего поля. Этот сигнал преобразуется в аналогоцифровом преобразователе 10 канала измерения индукции магнитного поля в цифровой код и сохраняется в блоке 13 регистрации сигнала В 3. Время интегрирования на всех трех этапах выдерживается равным времени воздействия магнитного поля на испытуемый образец. По окончании процессов интегрирования сигналы В 1 и В 3 усредняются блоком 15 усреднения и суммируются с сигналом В 2 сумматором 14, чем достигается компенсация дрейфа нуля интегратора 8. Просуммированный сигнал поступает в блок 17 управления и регистрации и индицируется синхронно с запомненным функциональным изменением величины напряженности магнитного поля для получения значений магнитной индукции при соответствующей ей величине напряженности магнитного поля и для построения кривых намагничивания и петель магнитного гистерезиса.Из фиг. 2 видно, что устройство обеспечивает компенсацию (величина Вкошьа) В 1(г) В 3(г)/2 определяется в интервале изменения времени от гкомдн до гкомдк) дрейфа интегратора на всем протяжении изменения перемагничиваюшего поля Н(г), то есть от начала основного этапа измерения Н до его завершения гК.Эффективность предлагаемой модели обусловлена тем, что за счет компенсации дрейфа интегратора на всем этапе измерения и перемагничивания обеспечивается уменьшение погрешности определения магнитных характеристик исследуемого образца. Так, при испытании образцов стали 08 кп сечением 7 мм 2 и индукцией насышения В, 2 Тл на частоте 0,05 Гц погрешность измерений уменьшилась с 52 мТл для прототипа до 4,6 мТл для предлагаемого способа, то есть более чем на порядок.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.