Способ определения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ ВДОЛЬ ПОЛОГО ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ 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. 113-119.1195313 , 1985.1492327 1, 1989.4031460 , 1977.2007052413 1, 2007.(57) Способ определения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют внутренний 1 и внешний 2 радиусы стержня, а также его длину ,вычисляют отношениедлины стержня к удвоенному значению его внешнего радиуса,измеряют напряженность Нвш внешнего постоянного однородного 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 циклу и определяют, гдеи 0 - намагниченности соответ 0 ственно на расстоянииот центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением 2 0 - магнитная постоянная. Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при определении намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня. Известен способ 1 определения намагниченностивдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности 0 в центральном поперечном сечении стержня, основанный на представлении этого распределения в виде степенного ряда и включающий измерение длиныстержня и экспериментальное определение постоянного параметраэтого ряда где- расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки. Недостатком известного способа является низкая точность и сложность определения по нему распределения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие использования только одного члена степенного ряда и необходимости определять параметрдля каждого значения длины, внешнего и внутреннего радиусов полого стержня в зависимости от его магнитных свойств и величины магнитного поля, в котором стержень находится. Известен способ 2 определения намагниченностивдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности 0 в центральном поперечном сечении, основанный на представлении этого распределения в виде степенного ряда и включающий измерение длиныи внешнего радиуса стержня и определение отношенияего длины к удвоенному значению внешнего радиуса где- расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки. Недостатками известного способа являются ограничение, накладываемое на величину, (1,7), при которой способ может быть реализован, и низкая точность определения распределения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие того, что не учитываются внутренний радиус полого стержня, магнитные свойства его материала и величина магнитного поля, в котором стержень находится. Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ 3 определения распределения намагниченностивдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности 0 в центральном по 2 14538 1 2011.06.30 перечном сечении стержня, основанный на представлении этого распределения в виде степенного ряда, включающий измерение длиныи внешнего радиуса стержня, определение отношенияего длины к удвоенному значению внешнего радиуса, измерение в разомкнутой магнитной цепи напряженности Нвш внешнего магнитного поля, в котором находится стержень, напряженности Нр размагничивающего поля и его магнитной индукции т в центральном поперечном сечении стержня, 0,8(, ) 4 2 0,2(, )16 4 1,(5) 0 (Н вшН р )- расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, 0 - магнитная постоянная. Недостатком известного способа является сложность его реализации из-за необходимости измерения напряженности Нр размагничивающего поля для каждого размера полого стержня с учетом магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находится, а также низкая точность определения намагниченности на расстояниях более 0,3-0,35 его длины от центрального поперечного сечения вследствие изменения величины , вдоль длины полого стержня в зависимости от магнитных свойств материала стержня, его размеров и величины внешнего поля. Технической задачей настоящего изобретения является упрощение операций определения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи,относительно ее значения в центральном поперечном сечении за счет исключения сложной операции измерения напряженности Нр размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повышение точности определения за счет учета зависимости магнитных свойств полого стержня от магнитных свойств его материала, величины магнитного поля, в котором стержень находится, его относительных размеров и расстояния точки измерения от центрального поперечного сечения полого стержня. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют внутренний 1 и внешний 2 радиусы стержня, а также его длину , вычисляют отношениедлины стержня к удвоенному значению его внешнего радиуса, измеряют напряженность Нвш внешнего постоянного однородного 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 силу, по предельному циклу, и определяют искомую относительную намагниченность 0 гдеи 0 - намагниченности соответственно на расстоянииот центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением 2 0 - магнитная постоянная. В отличие от прототипа по предлагаемому изобретению дополнительно измеряют внутренний радиус полого стержня и, вместо сложного измерения в разомкнутой магнитной цепи напряженности Нр размагничивающего поля стержня и его магнитной индукции т (магнитной индукции тела), в замкнутой магнитной цепи измеряют магнитную индукцию м материала стержня при поле, равном Нвш, и его коэрцитивную силупо предельному циклу, а относительную величину намагниченности /0 на расстоянииот центрального поперечного сечения стержня определяют по соотношениям (6) и (7), что позволяет упростить процесс определения намагниченности вдоль стержня за счет исключения сложной операции измерения Нр размагничивающего поля для каждого размера полого стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого он изготовлен и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повысить точность определения относительной намагниченности за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, относительных размеров полого стержня и расстояния заданной точки вдоль длины стержня 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/м (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 относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с- 150 А/м при Нвш 40000 А/м,22 и ( 21 ) / 20,012 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению 2(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня . На фиг. 4 представлено относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 150 А/м при Нвш 40000 2 А/м,10 и ( 21 ) / 20,00048 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобре 2 тению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня . На фиг. 5 представлено относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 724 А/м при Нвш 500 А/м,22 и ( 21 ) / 20,0525 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению 2(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня . На фиг. 6 представлено относительное изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с 724 А/м при Нвш 20000 А/м, 4 14538 1 2011.06.30 220 и ( 21 ) / 20,00062 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению 2(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня . Способ осуществляется следующим образом. Измеряют длину , внутренний 1 и внешний 2 радиусы полого стержня, вычисляют отношениеего длины к удвоенному значению внешнего радиуса 2. Измеряют величину Нвш внешнего постоянного однородного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи (например, магнитного поля соленоида), в которое помещается испытуемый образец. Помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи (например, магнитное поле пермеаметра) и измеряют магнитную индукцию м материала стержня при магнитном поле, равном Нвш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу(фиг. 2). Подставляют величины , , 1, 2, Нвш, м ив предложенное соотношение и для заданных точек с координатойвдоль стержня определяют относительную величину намагниченности /0. 2 Из фиг. 3 видно, что для короткого стержня 2 ( 21 ) / 20,012 из магнито 2 мягкого материала (150 А/м), находящегося в магнитном поле Нвш 40000 А/м,предлагаемый способ (кривая 2) позволяет точнее определить распределение относительную величину намагниченности вдоль полого ферромагнитном стержне по всей его длине,чем это можно сделать по прототипу (кривая 1). 2 Для длинного стержня 10 ( 21 ) / 20,00048 из того же материала, находя 2 щегося в магнитном поле той же величины, определение относительной намагниченности по прототипу (кривая 1) дает завышенные значения по сравнению с измерениями по предложенному способу в каждой точке вдоль всей длины стержня (фиг. 4). 2 Для короткого стержня 2 ( 21 ) / 20,0525 из материала с 724 А/м,2 находящегося в магнитном поле Нвш 500 А/м, определение относительной намагниченности по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадают с результатами определения относительной намагниченности при /0,25. Ближе к краю стержня измерения по прототипу лучше описывает распределение намагниченности(фиг. 5). 2 Для длинного стержня 20 ( 21 ) / 20,00062 из материала с 724 А/м,2 находящегося в магнитном поле Нвш 20000 А/м, измерения по предложенному способу дают немного заниженные значения относительной величины намагниченности в области/0,3, однако значительно точнее описывают результаты измерения намагниченности в ближней к краю стержня области (фиг. 6). Таким образом, определение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном 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 Нр 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 Нвш внешнего магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, измеряют дополнительно внутренний радиус полого стержня и в замкнутой магнитной цепи измеряют индукцию м материала стержня (которая не зависит от размеров стержня) при поле, равном Нвш, 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. 14538 1 2011.06.30 Измерение в замкнутой магнитной цепи индукции м материала стержня при поле,равном Нвш, и его коэрцитивной силыпо предельному циклу, и учет зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, его внутреннего радиуса и расстояния заданной точки от центрального поперечного сечения стержня по предложенному соотношению позволяют существенно повысить точность определения относительной 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 Нвш 20000 А/м и 20 в точке /0,45 погрешность измерения уменьшена с 51,2 практически до 0, в точке /0,4 - с 18 также практически до 0, а в точке /0,35 - с 6 до 3 . Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является возможность учета размагничивающего действия торцов и боковых поверхностей полого стержня при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого он 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. - М. Энергия, 1969. - С. 21-22. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.