Устройство для импульсного магнитного контроля температуры, при которой проводилась термообработка ферромагнитных изделий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, ПРИ КОТОРОЙ ПРОВОДИЛАСЬ ТЕРМООБРАБОТКА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Бурак Вероника Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для импульсного магнитного контроля температуры, при которой проводилась термообработка ферромагнитных изделий, содержащее генератор импульсов тока,соединенный с намагничивающим соленоидом, две измерительные катушки, расположенные на противоположных торцах соленоида, блок балансировки, два интегрирующих усилителя и два аналого-цифровых преобразователя, первая измерительная катушка подсоединена к первому интегрирующему усилителю, соединенному с первым аналого-цифровым преобразователем, между собой измерительные катушки соединены последовательно-встречно и подключены ко входу блока балансировки, выход которого через второй интегрирующий усилитель соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем, отличающееся тем,что оно дополнительно снабжено блоком управления, феррозондом-градиентометром,расположенным внутри соленоида на его оси, генератором переменного тока, подсоединенным к обмотке возбуждения феррозонда-градиентометра, конденсатором, блоком измерения второй гармоники, вход которого через конденсатор, а выход непосредственно 49592008.12.30 подсоединены к первому выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра,резистором, подсоединенным ко второму выводу измерительной обмотки феррозондаградиентометра, трехвходовым блоком обработки информации, первый вход которого подсоединен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход подсоединен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, а третий вход подсоединен ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, и индикатором,соединенным с блоком обработки информации, причем блок управления соединен с генератором импульсов тока и блоком обработки информации.(56) 1. А.с. СССР 331303, 1972. 2. Патент РБ на полезную модель 2055, 2005. 3. Патент РБ на полезную модель 3578, 2007. Полезная модель относится к исследованиям физических и химических свойств материалов и сплавов и может быть использована на машиностроительных и металлургических предприятиях для контроля температуры, при которой проводилась термообработка ферромагнитных изделий. Известно устройство для определения твердости ферромагнитных изделий 1, содержащее подключенный к источнику импульсного тока соленоид, внутри которого расположен феррозонд-градиентометр. Недостатком данного устройства является невозможность контроля температуры, при которой проводился отпуск изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , ввиду того, что градиент напряженности поля остаточной намагниченности неоднозначно зависит от температуры термообработки этих сталей. Известно также устройство 2, содержащее генератор импульсов тока, соединенный с намагничивающим соленоидом, первую измерительную катушку, расположенную на торце соленоида, обращенном к контролируемому изделию, и соединенную со входом первого интегрирующего усилителя, вторую измерительную катушку, расположенную на противоположном торце соленоида и соединенную со входом второго интегрирующего усилителя,блок вычитания, входы которого подсоединены к выходам соответствующих интегрирующих усилителей, а выход - к первому входу двухпараметрового блока регистрации,второй вход которого соединен с выходом второго интегрирующего усилителя. Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля температуры, при которой проводилась термообработка изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , из-за низкого коэффициента корреляции и большой дисперсии. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является устройство для импульсного магнитного контроля механических свойств ферромагнитных изделий 3, содержащее генератор импульсов тока, намагничивающий соленоид, две измерительные катушки, расположенные на противоположных торцах соленоида, два интегрирующих усилителя и двухканальный блок регистрации, блок балансировки и два аналого-цифровых преобразователя, причем первая измерительная катушка подсоединена к первому интегрирующему усилителю, а между собой измерительные катушки соединены встречно и подключены ко входу блока балансировки, выход которого соединен со вторым интегрирующим усилителем, выход первого интегрирующего усилителя через первый аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом двухканального блока регистрации, а выход второго интегрирующего усилителя через второй аналого 2 49592008.12.30 цифровой преобразователь соединен со вторым входом двухканального блока регистрации, причем внутренний радиус измерительных катушек равен внешнему радиусу намагничивающего соленоида или больше его. Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля температуры, при которой проводилась термообработка изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , из-за низкого коэффициента корреляции и большой дисперсии. Задачей заявляемой полезной модели является повышение достоверности контроля температуры, при которой проводилась термообработка изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 , определяемой коэффициентом корреляции и дисперсией. Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что она содержит генератор импульсов тока, соединенный с намагничивающим соленоидом, две измерительные катушки, расположенные на противоположных торцах соленоида, блок балансировки, два интегрирующих усилителя, два аналого-цифровых преобразователя, причем первая измерительная катушка подсоединена к первому интегрирующему усилителю, соединенному с первым аналого-цифровым преобразователем, между собой измерительные катушки соединены последовательно-встречно и подключены ко входу блока балансировки, выход которого через второй интегрирующий усилитель соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем, блок управления, феррозонд-градиентометр, расположенный внутри соленоида на его оси, генератор переменного тока, подсоединенный к обмотке возбуждения феррозонда-градиентометра, конденсатор, блок измерения второй гармоники, вход которого через конденсатор, а выход непосредственно подсоединены к первому выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, резистор, подсоединеный ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, трехвходовый блок обработки информации,первый вход которого подсоединен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя,второй вход подсоединен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, а третий вход подсоединен ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, и индикатор, соединенный с блоком обработки информации, причем блок управления соединен с генератором импульсов тока и блоком обработки информации. В отличие от известного устройства в предлагаемую полезную модель дополнительно введены блок управления, феррозонд-градиентометр, расположенный внутри соленоида на его оси, генератор переменного тока, подсоединенный к обмотке возбуждения феррозонда-градиентометра, конденсатор, блок измерения второй гармоники, вход которого через конденсатор, а выход непосредственно подсоединены к первому выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, резистор, подсоединенный ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, трехвходовый блок обработки информации,первый вход которого подсоединен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя,второй вход подсоединен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, а третий вход подсоединен ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра, и индикатор, соединенный с блоком обработки информации, причем блок управления соединен с генератором импульсов тока и блоком обработки информации. Это позволяет получить более высокий коэффициент корреляции и уменьшить дисперсию результатов контроля и, тем самым, повысить достоверность контроля температуры, при которой проводилась термообработка ферромагнитных изделий из сталей с содержанием углерода более 3 , за счет одновременного измерения градиента напряженности нормальной составляющей поля остаточной намагниченности и параметров динамической петли магнитного гистерезиса при импульсном намагничивании. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства по заявке. На фиг. 2 представлено взаимное расположение намагничивающего соленоида, феррозонда-градиентометра и измерительных катушек. 3 49592008.12.30 На фиг. 3 показана форма намагничивающего импульса. На фиг. 4 показана петля динамического магнитного гистерезиса и ее основные параметры. На фиг. 5 показано изменение градиента нормальной составляющей напряженности магнитного поля в процессе действия намагничивающего импульса. Устройство для импульсного магнитного контроля температуры, при которой проводилась термообработка ферромагнитных изделий, состоит (фиг. 1) из блока 1 управления,генератора 2 импульсов тока, соединенного с намагничивающим соленоидом 3, феррозонда-градиентометра 4, генератора 5 переменного тока, конденсатора 6, блока 7 измерения второй гармоники, резистора 8, измерительных катушек 9 и 10, блока 11 балансировки, интегрирующих усилителей 12 и 13, аналого-цифровых преобразователей 14 и 15,трехвходового блока 16 обработки информации, подсоединенного к индикатору 17. Феррозонд-градиентометр 4 расположен внутри соленоида 3 на его оси (фиг. 2). Обмотка возбуждения феррозонда-градиентометра 4 подсоединена к генератору 5 переменного тока,первый вход измерительной обмотки подсоединен к выходу блока 7 измерения второй гармоники, а через конденсатор 6 - к его входу, резистор 8 подсоединен ко второму выводу измерительной обмотки феррозонда-градиентометра 4 и третьему входу трехвходового блока 16 обработки информации. Измерительные катушки 9 и 10 расположены на противоположных торцах соленоида 3, соединены между собой последовательно-встречно и подключены к соответствующим входам блока 11 балансировки, причем первая измерительная обмотка 9 подсоединена через первый интегрирующий усилитель 12 и первый аналого-цифровой преобразователь 14 к первому входу трех-входового блока 16 обработки информации. Выход блока 11 балансировки соединен со вторым интегрирующим усилителем 13, выход которого через второй аналого-цифровой преобразователь 15 соединен со вторым входом блока 16 обработки информации, второй вывод измерительной обмотки феррозонда-градиентометра 4 подсоединен к третьему входу блока 16 обработки информации, а блок управления соединен с генератором 2 импульсов тока и блоком 16 обработки информации. Работает устройство следующим образом. Намагничивающий соленоид 3 устанавливают на контролируемое изделие (на фигуре не показано) торцом, в котором расположена измерительная катушка 10. Генератор 2 импульсов тока формирует импульсы (фиг. 3), которые, проходя через намагничивающий соленоид 3, намагничивают изделие. При этом в измерительной катушке 9 индуцируется сигнал, пропорциональный величине /, а в измерительной катушке 10 - пропорциональный величине /, где- напряженность намагничивающего поля,- магнитная индукция намагничиваемого изделия. Так как измерительные катушки 9 и 10 соединены между собой последовательно-встречно, то на их выходе будет сигнал, пропорциональный /. Блок 11 балансировки компенсирует разницу сигналов, снимаемых с каждой из измерительных катушек 9 и 10 в отсутствие контролируемого изделия. На выходе интегрирующего усилителя 12 при этом будет сигнал, пропорциональный , а на выходе интегрирующего усилителя 13 - пропорциональный В. Эти сигналы преобразуются соответственно аналого-цифровыми преобразователями 14 и 15 в цифровые коды, которые поступают соответственно на первый и второй входы трехвходового блока 16 обработки информации, который регистрирует параметры П динамической петли магнитного гистерезиса и - максимальную магнитную индукцию, Ви - индукцию при максимальной напряженностинамагничивающего поля, и - напряженность намагнин чивающего поля, при котором достигается максимальная индукция и, и /- скорость нарастания магнитной индукции по динамической петле гистерезиса, с /- скорость и 4 49592008.12.30 спада магнитной индукции по динамической петле гистерезиса,- площадь динамической петли гистерезиса, и - максимальная ширина динамической петли гистерезиса по индукции и- максимальная ширина динамической петли гистерезиса по полю (фиг. 4). В процессе действия намагничивающего импульса феррозонд-градиентометр 4 формирует сигнал, пропорциональный градиенту нормальной составляющей напряженности поля от намагничиваемого изделия(фиг. 5), который пропорционален току через резистир 8. Этот сигнал поступает на третий вход блока 16 обработки информации. После окончания намагничивающего импульса он пропорционален градиенту нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности изделия . После этого блок 1 управления блокирует генератор 2 импульсов тока и формирует импульс, по которому измеренные параметры П динамической петли магнитного гистерезиса и градиентпо уравнению множественной корреляции пересчитываются блоком 16 обработки информации в температуру , при которой проводилась термообработка контролируемого изделия.01 П,где а 0, а 1 и- коэффициенты множественной корреляции. Результаты пересчета регистрируются индикатором 17. При контроле температуры, при которой проводилась термообработка изделий из стали 45,по величинекоэффициент корреляциисоставляет 0, 8469, а дисперсия- 125,85 при контроле по любому из параметров динамической петли магнитного гистерезиса коэффициент корреляциине превышает 0,9558, а дисперсиясоставляет не менее 69,6 при контроле одновременно по величинеи по 5-ти параметрам динамической петли магнитного гистерезиса с использованием множественной корреляции коэффициент корреляциипрактически равен 1, а дисперсияблизка к нулю. То есть заявляемая полезная модель позволяет получить более высокий коэффициент корреляции и меньшую дисперсию, что обеспечивает более высокую достоверность контроля. Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в том, что она позволяет измерять дополнительный магнитный параметр - градиент нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности, который в совокупности с параметрами динамической петли магнитного гистерезиса при импульсном намагничивании обеспечивает более тесную корреляционную связь с температурой термообработки и тем самым повышает достоверность контроля. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.