Способ определения остаточной магнитной индукции вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ВДОЛЬ ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ, НАМАГНИЧЕННОГО В РАЗОМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ, ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЕ ЗНАЧЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ СТЕРЖНЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Осипов Александр Александрович Стрелюхин Александр Владиславович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения остаточной магнитной индукции вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем заданной напряженностивш , относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют диаметр указанного стержня и его длину , вычисляют отношениедлины стержня к его диаметру, затем помещают стержень в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукциюм его материала при напряженности внешнего магнитного поля, равнойвш , отключают магнитное поле и измеряют остаточную магнитную индукциюматериала стержня в его центральном поперечном сечении, а также коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а затем определяют искомую относительную остаточную магнитную индукцию, гдеи 0 - значения индукции соответственно на заданном расстоянии 0 от центрального поперечного сечения стержня и в его центральном поперечном сечении,в соответствии с выражением 16055 1 2012.06.30 Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для определения распределения остаточной магнитной индукции вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем. Известен способ 1 определения распределения магнитной индукциивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в однородном постоянном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения 0 в центральном поперечном сечении в виде степенного ряда, основанный на измерении длиныстержня и экспериментальном определении постоянного параметраэтого ряда, 4 2 12 ,(1)0 где- расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки. Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения распределения остаточной магнитной индукциивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения 0 в центральном поперечном сечении вследствие перераспределения магнитной индукции вдоль стержня после выключения намагничивающего поля, в котором стержень находился, использования только одного члена степенного ряда и необходимости определять параметрраспределения для каждого значения соотношения между длиной и диаметром стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находился. Известен способ 2 определения распределения намагниченностивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в однородном постоянном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно его значения 0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного ряда, основанный на измерении длиныи диаметрастержня, определении их отношения , измерении в разомкнутой магнитной цепи напряженности вш внешнего магнитного поля, в котором находится стержень, напряженности р размагничивающего поля и его магнитной индукции т в центральном поперечном сечении стержня, 22 3,2- расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, 0 - магнитная постоянная. Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения распределения остаточной магнитной индукциивдоль ферромагнитного стержня относительно ее значения 0 в центральном поперечном сечении из-за перераспределения магнитной индукции вдоль стержня после выключения намагничивающего поля, в котором стержень находился, и необходимости измерения размагничивающего поля р для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого он изготовлен, и величины магнитного поля. Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ 3 определения распределения остаточной магнитной индукциивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения после его намагничивания однородным постоянным магнитным полем в разомкнутой магнитной цепи относительно величины остаточной магнитной индукции 0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного ряда (1), основанный на измерении остаточной магнитной индукции 0 в центральном и 2 где- постоянный для данного материала коэффициент, зависящий от его магнитных свойств,- отношение длинык диаметрустержня. Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения распределения остаточной магнитной индукциивдоль ферромагнитного стержня относительно ее значения 0 в центральном поперечном сечении вследствие большой погрешности измерения магнитной индукции 1 на торце стержня из-за большого градиента магнитной индукции в этой области, использования только одного члена степенного ряда,зависимости параметране только от магнитных свойств его материала, но и от величины магнитного поля, в котором стержень находился, и от соотношения между длиной и диаметром стержня. Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности и упрощение операций по определению распределения остаточной магнитной индукции вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем, за счет исключения сложной операции определения параметрараспределения для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала, величины магнитного поля, в котором стержень находился, и размеров стержня и за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют длинуи диаметрстержня и определяют их отношение/, помещают стержень в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукцию м материала стержня при напряженности магнитного поля, равной напряженности вш внешнего постоянного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, после выключения которого необходимо определить величину его остаточной магнитной индукции, остаточную магнитную индукциюм материала стержня в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а распределение остаточной магнитной индукции относительно ее величины в центральном поперечном сечении стержня после его намагничивания в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш определяют по соотношению где 0 и- остаточная магнитная индукция соответственно в центральном поперечном сечении стержня и на расстоянииот него, 0 - магнитная постоянная. В отличие от прототипа, вместо определения параметрараспределения для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля,в котором он находился, стержень помещают в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукциюм материала стержня при напряженности магнитного поля, равной напряженности вш внешнего постоянного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, после воздействия которого на стержень необходимо определить величину его остаточной магнитной индукции, остаточную магнитную индукциюм 0 материала стерж 16055 1 2012.06.30 ня в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а остаточную магнитную индукциюотносительно ее величиныс 0 в центральном поперечном сечении стержня после его намагничивания в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем определяют по соотношению (5), что позволяет упростить процесс определения относительной магнитной индукции вдоль стержня за счет исключения сложной операции определения параметраи повысить точность определения магнитной индукции за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находился. На фиг. 1 представлены основные кривые намагничивания для материалов с коэрцитивной силой 160 А/м (кривая 7) и 724 А/м (кривая 2). На фиг. 2 представлены предельные петли магнитного гистерезиса для материалов с коэрцитивной силой 160 А/м (кривая 7) и 724 А/м (кривая 2). На фиг. 3 представлены распределения относительной величины магнитной индукции по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержняс 5 из материала с 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью Нвш 40000 А/м в разомкнутой магнитной цепи. На фиг. 4 представлены распределения относительной величины магнитной индукции по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о) с 50 из материала с 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 500 А/м в разомкнутой магнитной цепи. На фиг. 5 представлены распределения относительной величины магнитной индукции по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о) с 5 из материала с 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 20000 А/м в разомкнутой магнитной цепи. На фиг. 6 представлены распределения относительной величины магнитной индукции по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержняс 50 из материала с 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 40000 А/м в разомкнутой магнитной цепи. Способ осуществляется следующим образом. Измеряют длинуи диаметриспытуемого образца и определяют их отношение/. Помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи (например, магнитное поле пермеаметра баллистической установки) и измеряют магнитную индукцию м материала стержня при магнитном поле напряженностью вш, после воздействия которого на стержень в разомкнутой магнитной цепи определяется величина его остаточной магнитной индукции, остаточную магнитную индукциюм материала стержня после выключения внешнего магнитного поля замкнутой магнитной цепи, равного по величине вш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу(фиг. 2). Подставляют величины , вш, м,м ив предложенное соотношение и для за данных точек с координатойвдоль стержня определяют распределение относительной величины остаточной магнитной индукции 0 /. 16055 1 2012.06.30 Из фиг. 3 видно, что для стержня с 5 из материала 160 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 40000 А/м, результаты определения распределения относительной магнитной индукции по предлагаемому способу лучше совпадают с результатами измерения магнитной индукции непосредственно в каждой точке вдоль стержня по сравнению с прототипом (кривая 1). Для стержня с 50 из того же материала, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 500 А/м. результаты определения распределения относительной магнитной индукции по прототипу и по предложенному способу практически совпадают и дают величины, сравнимые с результатами измерения (фиг. 4). Для стержня с 5 из материала с 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 20000 А/м, результаты определения распределения относительной магнитной индукции по предлагаемому способу дают значения, более близкие к результатам измерений практически во всей области стержня за исключением его краев (фиг. 5). Значения по прототипу (кривая 1) дают несколько заниженные значения относительной магнитной индукции. Для стержня с 50 из материала с 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 40000 А/м, результаты определения относительной магнитной индукции по предлагаемому способу (кривая 2) несколько занижены по сравнению с результатами измерения, однако, по сравнению с прототипом (кривая 1), лучше описывают результаты непосредственно в каждой точке вдоль всей длины стержня (фиг. 6). Таким образом, определение распределения остаточной магнитной индукции вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, намагниченного однородным постоянным магнитным полем в разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении по предлагаемому способу содержит более простые операции вместо определения параметрадля каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находился, измеряют в замкнутой магнитной цепи магнитную индукцию м при поле, равном по величине вш, остаточную магнитную индукциюм после выключения этого поля и коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, что в совокупности позволяет существенно упростить процесс. Измерение в замкнутой магнитной цепи магнитной индукции м при поле, равном вш, остаточной магнитной индукциим после выключения этого поля и коэрцитивной силыпо предельному циклу и учет зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находился, по предложенному соотношению позволяют существенно упростить и повысить точность определения распределения относительной величины магнитной индукции по сравнению с прототипом во всем диапазоне рассматриваемых длин образцов и магнитных свойств материала. Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является повышение точности определения относительной магнитной индукции в связи с возможностью учета размагничивающего действия торцов и боковой поверхности стержня круглого сечения при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого стержень изготовлен, и величины внешнего магнитного поля и упрощение операций по определению распределения остаточной индукции за счет исключения сложной операции определения параметрадля каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором он находился. Источники информации 1. Розенблат М.А. Коэффициенты размагничивания стержней высокой проницаемости. - ЖТФ. - 1954. - Вып. 4. - С. 637-661. 5 16055 1 2012.06.30 2. Матюк В.Ф., Осипов А.А., Стрелюхин А.В. Учет магнитных свойств материала при определении центрального коэффициента размагничивания полых цилиндрических стержней // Весц Нацыянальнай Акадэм навук Беларус. Сер. фз.-тэхн. навук. - 2007.4. - С. 113-120. 3. Сандомирский С.Г. Продольное распределение остаточной намагниченности и размагничивающего поля в стальных стержнях // Дефектоскопия. - 1992. -4. - С. 75-81 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.