Способ измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ ВДОЛЬ ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ,НАХОДЯЩЕГОСЯ В ПОСТОЯННОМ ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ 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(56) МАТЮК В. Ф. и др. Весц Нацыянальнай Акадэм Навук Беларус. - 2007.4. - С. 113-119.2293344 1, 2007.1420561 2, 1988.1492327 1, 1989.1299455 , 1989.2007052413 1, 2007.(57) Способ измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют диаметр стержня и его длину , вычисляют отношениедлины стержня к его диаметру,измеряют напряженность вш магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, а затем помещают стержень в магнитное поле замкнутой магнитной цепи, равное вш, измеряют магнитную индукцию Вм материала стержня и его коэрцитив ную силупо предельному циклу и определяют искомую намагниченность 14387 1 2011.06.30 и 0 - намагниченности соответственно на расстоянииот центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении в соответствии с выражением 2 Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения,находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня. Известен способ 1 измерения намагниченностивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения 0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного ряда, основанный на измерении длиныстержня и экспериментальном определении постоянного параметраэтого ряда, 4 212 ,(1) 0 где- расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки. Недостатком известного способа является низкая точность и сложность измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие использования только одного члена степенного ряда и необходимости определять параметрраспределения для каждого значения соотношения между длиной и диаметром стержня в зависимости от его магнитных свойств и величины магнитного поля, в котором стержень находится. Известен способ 2 измерения намагниченностивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно его значения 0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного ряда, основанный на измерении длиныи диаметрастержня и определении их отношения ,16 4 где- расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки. Недостатком известного способа являются ограничение, накладываемое на величину, (1,7), при которой способ может быть реализован, и низкая точность измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие того, что не учитываются магнитные свойства материала стержня и величина магнитного поля, в котором стержень находится. 2 14387 1 2011.06.30 Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ 3 измерения намагниченностивдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном 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, напряженностиразмагничивающего поля и его магнитной индукции т, в центральном поперечном сечении стержня, 0,8(, )4 2 4 2 0,2(, ) 16 41,(5)0 ( вшр )- расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, 0 - магнитная постоянная. Недостатком известного способа является сложность его реализации из-за необходимости измерения р размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и низкая точность определения намагниченности на расстояниях более 0,3-0,35 длины стержня от его центрального поперечного сечения вследствие изменения величинывдоль длины стержня. Цель настоящего изобретения - упрощение и повышение точности измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня. Технической задачей настоящего изобретения является упрощение операций по измерению намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня за счет исключения сложной операции измерения р размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого он изготовлен, и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повышение точности измерения за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором стержень находится, и от расстояния заданной точки от его центрального поперечного сечения. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют диаметр стержня и его длину, вычисляют отношениедлины стержня к его диаметру, измеряют напряженность вш магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, а затем помещают стержень в магнитное поле замкнутой магнитной цепи, равное Нвш, измеряют магнитную индукцию Вм материала стержня и его коэрцитивную силупо предельному, гдеи 0 - намагниченности социклу, и определяют искомую намагниченность 0 ответственно на расстоянииот центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением 2 0 - магнитная постоянная. В отличие от прототипа вместо сложного измерения в разомкнутой магнитной цепи напряженности р размагничивающего поля стержня и его магнитной индукции т (магнитной индукции тела) дополнительно в замкнутой магнитной цепи измеряют индукцию м материала стержня при поле, равном вш, и его коэрцитивную силупо предельному циклу, а относительную величину намагниченности на расстоянииот центрального 0 поперечного сечения стержня определяют по соотношениям (6) и (7), что позволяет упростить процесс измерения намагниченности вдоль стержня за счет исключения сложной операции измерения р размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повысить точность измерения намагниченности за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, и от расстояния заданной точки от его центрального поперечного сечения. На фиг. 1 представлены основные кривые намагничивания для материалов с коэрцитивной силой 150 А/м (кривая 1) и- 724 А/и (кривая 2). На фиг. 2 представлены предельные петли магнитного гистерезиса для материалов с коэрцитивной силой ,150 А/м (кривая 1) и 724 А/м (кривая 2). На фиг. 3 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 150 А/м при вш 40000 А/м и 2 по прототипу(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о). На фиг. 4 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с с 150 А/м при вш 40000 А/м и 20 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о). На фиг. 5 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 724 А/м при вш 500 А/м и 2 по прототипу(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о). На фиг. 6 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 724 А/м при вш - 20000 А/м и 20 по прототипу(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о). Способ осуществляется следующим образом. Измеряют длинуи диаметриспытуемого образца и определяют их отношение/. Помещают испытуемый образец в магнитное поле разомкнутой магнитной цепи(например, магнитное поле соленоида) и измеряют величину вш этого поля. 1 14387 1 2011.06.30 Затем помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи(например, магнитное поле пермеаметра) и измеряют магнитную индукцию м материала стержня при магнитном поле, равном вш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу Н (фиг. 2). Подставляют величины , вш, м ив предложенное соотношение и для заданных точек с координатойвдоль стержня, определяют относительную величину намагниченности /0. Из фиг. 3 видно, что для короткого стержня (2) из магнитомягкого материала(150 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью вш 40000 А/м измерения по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадают с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня. Для длинного стержня (20) из того же материала, находящегося в магнитном поле той же величины, при /0,3 изменение намагниченности по прототипу (кривая 1) значительно отличается от результатов измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня. В то же время изменение намагниченности по предложенному способу (кривая 2) дает более приемлемые величины (фиг. 4). Для короткого стержня (2) из магнитожесткого материала (724 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью вш 500 А/м, изменение намагниченности по прототипу (кривая 1) дает при /0,25 существенно завышенные результаты, а по предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадает с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (фиг. 5). Для длинного стержня (20) из магнитожесткого материала (724 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью вш 20000 А/м, изменение намагниченности по прототипу (кривая 1) при /0,3 существенно отличается от результатов измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня, по предлагаемому способу значения относительной намагниченности несколько занижены в центральной области, однако гораздо лучше описывают результаты измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня в ближней к краю стержня области (фиг. 6). Таким образом, измерение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи,относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня по предлагаемому способу содержит более простые операции вместо измерения по сложной методике в разомкнутой магнитной цепи напряженности р размагничивающего поля стержня 4 и его магнитной индукции т (магнитной индукции тела), величины которых необходимо измерять для каждого размера стержня и для каждой величины напряженности вш внешнего магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, измеряют в замкнутой магнитной цепи индукцию м материала стержня (которая не зависит от размеров стержня) при поле, равном вш, и его коэрцитивную силупо предельному циклу, которая также является простой операцией и не зависит от размеров стержня, что в совокупности позволяет существенно упростить процесс измерения. Измерение в замкнутой магнитной цепи индукции м материала стержня при поле,равном вш, и его коэрцитивной силыпо предельному циклу и учет зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, и от расстояния заданной точки от центрального поперечного сечения стержня по предложенному соотношению позволяют существенно повысить точность измерения намагниченности по сравнению с прототипом, особенно на расстояниях более 0,3-0,35, от центрального поперечного сечения стержня. Например, для материала с 724 А/м при вш 20000 А/м и 20 в точке 0,45 погрешность измерения уменьшена со 107 до практически 0, в точке 0,4 погрешность уменьшена с 42 также практически до 0, а в точке 0,35 - с 13 до 3 . 5 14387 1 2011.06.30 Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является возможность учета размагничивающего действия торцов и боковой поверхности стержня при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины внешнего магнитного поля. Источники информации 1. Розенблат М.А. Коэффициенты размагничивания стержней высокой проницаемости // ЖТФ. - 1954. - Вып. 4. - С. 637-661. 2. Бурцев Г.А. Расчет коэффициента размагничивания цилиндрических стержней // Дефектоскопия. - 1971. -5. - С. 20-30. 3. 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 (прототип). 4. Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - . Энергия, 1969. - С. 21-22. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.