ПРИСТАВНОЕ МАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применено, например, для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.
Известны приставные (накладные) магнитные устройства (ПМУ) для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров [1]. Они содержат разомкнутый П- или С-образный магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленными на нем одной или двумя катушками (обмотками), соединенными с источником питания, и преобразователь (измеритель) магнитного поля, соединенный с источником возбуждения и преобразования сигнала. При определении коэрцитивной силы устройство устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого в катушку подается ток размагничивания (компенсации) и производится отсчет тока, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является ПМУ в составе магнитометрического блока аппаратуры для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий [2]. Оно содержит двухполюсный источник магнитного поля в виде разомкнутого магнитопровода, замыкаемого контролируемым изделием, с обмоткой (катушкой) перемагничивания и измеритель магнитного поля, установленный у одного из полюсов источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства (поверхности контролируемого изделия). При определении коэрцитивной силы ПМУ устанавливается на предварительно намагниченный участок контролируемого изделия либо на заданный участок намагниченной полосы изделия, в катушку магнитопровода подается ток размагничивания (компенсации) и производится отсчет тока, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Недостатком известных устройств является сложность, обусловленная наличием магнитопровода в источнике магнитного поля, а также низкая точность определения коэрцитивной силы контролируемых изделий и необходимость дополнительных регулировок аппаратуры из-за влияния магнитных параметров (магнитной проницаемости и коэрцитивной силы) магнитопровода на результаты измерений.
Предлагаемое изобретение направлено на упрощение устройства и повышение точности определения коэрцитивной силы контролируемых ферромагнитных изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что в приставном магнитном устройстве, содержащем двухполюсный источник магнитного поля с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства, измеритель магнитного поля, установленный у одного из полюсов источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, согласно изобретению, источник магнитного поля выполнен без магнитопровода в виде одной или нескольких катушек с последовательно-согласным соединением по отношению к магнитному полю источника. Кроме того, устройство снабжено вторым измерителем магнитного поля с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, установленным у другого полюса источника магнитного поля симметрично по отношению к первому измерителю, причем измерители включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника.
Выполнение источника магнитного поля без магнитопровода, в виде одной или нескольких катушек с последовательно-согласным соединением по отношению к магнитному полю источника, позволяет упростить устройство, уменьшить его габариты и вес. Повышается точность определения коэрцитивной силы контролируемых изделий и отпадает необходимость специальных регулировок, поскольку устраняется составляющая тока компенсации, связанная с длиной магнитопровода, величиной коэрцитивной силы и магнитной проницаемости его материала. Кроме того, устранение ферромагнитного магнитопровода позволяет увеличить быстродействие аппаратуры при использовании системы автоматического измерения тока компенсации.
Введение второго измерителя магнитного поля, установленного в другом полюсе источника магнитного поля симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, с последовательно-согласным включением измерителей по отношению к магнитному полю источника обеспечивает устранение влияния на показания аппаратуры внешних магнитных полей (например, поля Земли). Кроме того, увеличивается общий сигнал с измерителей магнитного поля, что повышает точность отсчета тока компенсации, соответствующего заданному значению сигнала.
Приставное магнитное устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство с одной катушкой; на фиг.2 - с двумя катушками; на фиг.3 - с тремя катушками; на фиг.4 - направление магнитного потока остаточного намагничения контролируемого изделия; на фиг. 5 - магнитная цепь вдоль трубки магнитного потока остаточного намагничения изделия, проходящей через измеритель магнитного поля; на фиг.6 - то же для магнитного потока катушки (системы катушек).
Устройство состоит из двухполюсного источника магнитного поля в виде одной катушки 1 (фиг.1) или нескольких катушек (фиг.2, 3) с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства (поверхности со стороны контролируемого изделия), а также измерителя 2 магнитного поля, установленного у одного из полюсов источника (фиг.1), с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. При использовании нескольких катушек их соединяют последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника. Источник магнитного поля может быть выполнен в виде одной катушки П- или С-образной формы (на фигурах не показаны). Устройство может быть снабжено вторым измерителем магнитного поля (фиг.2, 3) с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства, установленным у другого полюса источника магнитного поля симметрично по отношению к первому измерителю, причем измерители включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю источника.
и
к
и
к
к0
к0
Приставное магнитное устройство работает следующим образом. После предварительного намагничивания контролируемого изделия с помощью двухполюсного намагничивающего устройства (электромагнита или постоянного магнита, пунктир на фиг.4) над изделием образуется магнитное поле остаточного намагничения (направление магнитного потока намагниченного изделия Ф показано на фиг.4). При размещении ПМУ над намагниченным участком изделия (или при перемещении устройства над намагниченной полосой изделия в передвижных коэрцитиметрах [2]) в катушки 1 (фиг.1-3) подается ток, создающий в месте расположения измерителей 2 магнитного поля магнитный поток компенсации Ф, направленный навстречу магнитному потоку Ф намагниченного изделия, проходящему через измерители (точки А и А' на фиг.4). При равенстве указанных потоков (показания измерителей 2 равны нулю) производится отсчет тока компенсации I=I. Покажем, что ток I прямо пропорционален коэрцитивной силе контролируемого изделия.
c
и
c
1
c
c
C
с
с
и
к
к
к
м
2
Рассмотрим магнитные цепи трубок магнитного потока, проходящих через измерители 2 магнитного поля (например, через активный элемент преобразователя Холла или через сердечник феррозонда), соответственно от намагниченного изделия (трубка потока, проходящая через точки А и А' на фиг.4) и источника 1 компенсирующего магнитного поля (фиг.1-3). Магнитная цепь трубки потока намагниченного изделия (фиг.5) состоит из источника - магнитодвижущей силы (м.д.с.) F магнитного потока Ф и двух последовательно соединенных магнитных сопротивлений - магнетика R и воздуха R. Здесь F = Hl, где Н - коэрцитивная сила на предельной петле гистерезиса изделия (в предположении, что контролируемый участок изделия намагничивался приставным магнитом или электромагнитом до технического насыщения), l - средняя длина магнитной силовой линии в трубке потока Ф. Магнитная цепь трубки потока Ф (фиг.6) от катушки или системы катушек (общее число витков W) с током I состоит из м.д.с. WI и двух последовательно соединенных магнитных сопротивлений - магнетика R и воздуха R. В соответствии с законом Кирхгофа для магнитных цепей имеем:
и
с
с
1
Ф=F/(R+R);
к
к
м
2
Ф=WI/(R+R).
и
к
При равенстве потоков Ф и Ф получаем:
к0
с
м
2
с
1
WI=F(R+R)/(R+R).
м
2
с
1
Поскольку магнитные сопротивления магнетика значительно меньше соответствующих магнитных сопротивлений воздуха (R<<R, a R<<R), то имеем:
к0
с
2
1
с
с
2
1
WI≈FR/R=HlR/R,
т.е. м.д.с. (ампер-витки) катушек в момент компенсации магнитного поля практически прямо пропорциональны коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Для исключения (снижения) влияния внешних магнитных полей на показания ПМУ симметрично измерителю 2 магнитного поля, установленному в одном из полюсов (фиг.1), может быть дополнительно установлен измеритель, расположенный в другом полюсе (фиг.2, 3), с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. Измерители соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю катушки, т.е. последовательно-встречно по отношению к внешним однородным магнитным полям, чем достигается устранение их влияния на показания устройства.
Предлагаемое изобретение позволяет проводить повторные измерения на одном и том же намагниченном участке контролируемого изделия, поскольку, в отличие от устройств с ферромагнитным магнитопроводом, при подаче в катушку тока компенсации не происходит частичного размагничивания предварительно намагниченных областей изделия. Это, в свою очередь, повышает точность определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий.
Источники информации
1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.
2. Приставное устройство коэрцитиметра. Описание изобретения по патенту РФ № 2327180, G01R 33/12.