Способ определения остаточной магнитной индукции вдоль полого 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 ПОЛОГО 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 полого 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 длину , а также внутренний 1 и внешний 2 радиусы указанного стержня, 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 индукциюм материала стержня в его центральном попе речном сечении, а также коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а затем определяют искомую относительную остаточную магнитную индукцию, гдеи 0 - значения индукции соответственно на заданном расстоянииот цен 0 трального поперечного сечения стержня и в его центральном поперечном сечении, в соответствии с выражением где/22 - относительная длина стержня(2-1)/2 - относительная толщина стенки стержня 0 - магнитная постоянная. Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для определения распределения остаточной магнитной индукции вдоль полого 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 сплошного 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 21 С 2 ,(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 полядля 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 1 в торцевом сечениях стержня, длиныи диаметрастержня и определении параметрав виде 1 С 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 длину , внутренний 1 и внешний 2 радиусы полого стержня, помещают стержень в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукцию м его материала 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 материала стержня в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а остаточную магнитную индукциюс относительно ее величины 0 в центральном поперечном сечении стержня 16056 1 2012.06.30 после его намагничивания в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш определяют по соотношению где/(22) - относительная длина,(2-1)/2 - относительная толщина стенки полого стержня, 0 - магнитная постоянная. В отличие от прототипа, дополнительно измеряют внутренний радиус стержня, 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 индукцию м 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 индукциис , остаточную м магнитную индукцию 0 в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, а остаточную магнитную индукциюс относительно ее величиныс 0 в центральном поперечном сече нии 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 параметрараспределения для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находился, и 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 1) и 724 А/м (кривая 2). На фиг. 2 представлены предельные петли магнитного гистерезиса для материалов с коэрцитивной силой 160 А/м (кривая 1) 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 стержня (о) с 2 и 0,1 из материала с 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 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 стержняс 50 и 0,1 из материала с 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 20000 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 ре 4 16056 1 2012.06.30 зультатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержняс 5 и 0,6 из материала с 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 2000 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 20 и 0,9 из материала с 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью вш 10000 А/м в разомкнутой магнитной цепи. Способ осуществляется следующим образом. Измеряют длину , внутренний 1 и внешний 2 радиусы полого стержня и определяют относительную длину/(22) и относительную толщину стенки(2-1)/2 полого стержня. 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 . Из фиг. 3 видно, что для стержня 2 и 0,1 из материала 160 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 40000 А/м, результаты определения распределения/ 0 по предлагаемому способу в области /0,35 лучше совпадают с результатами измерения остаточной магнитной индукции непосредственно в каждой точке вдоль стержня по сравнению с прототипом (кривая 1). Для стержня с 50 и 0,1 из того же материала, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 20000 А/м, определение по предлагаемому способу позволяет точнее описать распределение остаточной магнитной индукции вдоль всей длины стержня по сравнению с определением по прототипу (кривая 1). Для стержня с 5 и 0,6 из материала с 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 2000 А/м, определение по предлагаемому способу позволяет лучше описать распределение относительной магнитной индукции в области/0,3 по сравнению с определением по прототипу (кривая 1) (фиг. 5). Для стержня с 20 и 0,9 из материала с 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью вш 10000 А/м, результаты определения остаточной магнитной индукции по прототипу и по предложенному способу практически совпадают и дают величины, сравнимые с результатами измерения (фиг. 6). Таким образом, определение распределения остаточной магнитной индукции вдоль полого 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 ко 16056 1 2012.06.30 эрцитивную силуматериала стержня по предельному циклу, что в совокупности позволяет существенно упростить процесс. Дополнительное измерение внутреннего радиуса стержня и измерение в замкнутой магнитной цепи магнитной индукции м при поле, равном вш, остаточной магнитной индукциим после выключения этого поля и коэрцитивной силыпо предельному циклу материала стержня, а также 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 полого 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. 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.