УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИСТОВОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения динамической петли гистерезиса и основной кривой намагничивания листовой электротехнической стали (ЛЭС) на частотах от 1 до 10000 Гц.
Известен датчик для измерения механических характеристик ферромагнитных материалов [Пат. 2134428 Российская Федерация, МПК G01R 33/12. опубл. 10.08.1999.]. Датчик используется для экспресс-контроля механических характеристик ферромагнетиков при магнитном неразрушающем контроле. Датчик состоит из двух П-образных магнитопроводов, на внешние боковые стороны которых накладываются однослойные контактные пластины из фольгированного текстолита. На полюсах размещаются намагничивающие катушки (по две на каждый сердечник). В торцевые отверстия сердечников вставляются миниатюрные феррозонды, концы которых припаиваются к контактным пластинам. Намагничивающие катушки скрепляются друг с другом и надежно фиксируются на одном из сердечников, при этом второй сердечник свободно перемещается в вертикальной плоскости и отслеживает кривизну контролируемой детали. За счет изменения радиуса кривизны перемычки сердечников можно сужать или расширять диапазон использования конкретного преобразователя относительно кривизны контролируемых деталей.
Недостатком датчика является невозможность определения магнитной индукции междуполюсного пространства контролируемого материала, следовательно нельзя определить динамическую петлю гистерезиса и основную кривую намагничивания.
Известно устройство для неразрушающего контроля удельных потерь в анизотропной электротехнической стали [Пат. 2029313 Российская Федерация, МПК G01R 33/12. опубл. 20.02.1995.]. Устройство предназначено для оценки качества рулонной анизотропной электротехнической стали. Устройство содержит индуктивный преобразователь в виде броневого цилиндрического магнитопровода с намагничивающей обмоткой на внутреннем полюсе и измерительным элементом под внешним полюсом, блок отстройки от влияния воздушного зазора и регистрирующий прибор, снабжено датчиками толщины и натяжения полосы, блоком деления, функциональным блоком, двумя сумматорами, двумя усилителями-детекторами, фильтром нижних частот, модулирующим блоком, задатчиком смещения и тремя измерительными элементами, при этом измерительные элементы расположены на концах взаимно перпендикулярных диаметров внешнего полюса индуктивного преобразователя и подключены последовательно согласно к входам соответствующих усилителей-детекторов, выходы которых подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам первого сумматора, выход которого соединен с входом блока отстройки от влияния воздушного зазора, выход которого подключен к неинвертирующему входу второго сумматора, выход которого подключен к первому входу моделирующего блока, второй и третий входы которого подключены к выходам датчика толщины полосы и задатчика смещения соответственно, причем выход моделирующего блока подключен к входу регистрирующего прибора, а выходы датчика натяжения полосы и датчика толщины полосы - к входам блока деления, выход которого соединен с входом функционального блока, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сумматора.
Недостатком устройства является невозможность определения магнитной индукции электротехнической стали, следовательно нельзя определить динамическую петлю гистерезиса и основную кривую намагничивания.
Известно устройство для экспресс-испытания изделий из листовой электротехнической стали [Пат. 2434237 Российская Федерация, МПК G01R 33/12. опубл. 20.11.2011.] принятое за прототип, содержащее источник переменного тока, регистрирующий блок, дифференциальный магнитный мост, представляющий собой сердечник Н-образной формы, на нейтральное сечение которого нанесена измерительная катушка, а на четыре полюса - одинаковые намагничивающие катушки, соединенные последовательно, так что нижние и верхние катушки соединены между собой согласованно, а пара верхних и пара нижних между собой - встречно, и подключенные к выходу источника переменного тока, причем источник переменного тока состоит из генератора синусоидального напряжения и усилителя переменного напряжения, первый вход которого подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а второй - к выходу измерительной катушки, последовательно с намагничивающими катушками включен сенсор тока, запоминающее устройство, первый вход которого подключен к выходу измерительной катушки, а второй - ко второму выходу генератора синусоидального напряжения, причем регистрирующий блок имеет два входа, первый подключен к выходу запоминающего устройства, а второй - к выходу сенсора тока.
Недостатком устройства является невозможность повысить чувствительность к магнитному потоку, проходящему через испытуемый образец, так как используется одна измерительная катушка, которая охватывает нейтральное сечение сердечника дифференциального магнитного моста, при этом через измерительную катушку наряду с магнитным потоком, проходящим через испытуемый образец, протекают потоки рассеивания. Эти потоки индуцируют электро-движущую силу (э.д.с.), пропорциональную магнитному потоку, проходящему через испытуемый образец, и потокам рассеивания, что делает невозможным усиление магнитного потока, проходящего через испытуемый образец, и ослабление потоков рассеивания.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для экспресс-испытания изделий из ЛЭС.
Техническим результатом является обеспечение возможности определения магнитной индукции и напряженности магнитного поля участка ЛЭС, причем повышена чувствительность устройства экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС к магнитному потоку, проходящему через контролируемый участок ЛЭС.
Технический результат достигается за счет того, что устройство экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС содержит генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом усилителя переменного напряжения, выход которого соединен с одинаковыми намагничивающими обмотками, включенными последовательно, так что нижние и верхние обмотки соединены между собой согласованно, а пара верхних и пара нижних между собой - встречно, закрепленными на полюсах сердечника Н-образной формы, изготовленного из пермаллоя, последовательно с которыми включен сенсор тока, параллельно с которым включен первый функциональный блок, внутри каждого из четырех полюсов, в их торцевой части, расположена измерительная обмотка, причем измерительные обмотки левой и правой частей сердечника между собой соединены последовательно встречно, а пары обмоток слева и справа соединены последовательно и согласовано, последовательно с одинаковыми измерительными обмотками соединен интегратор, выход которого соединен с входом второго функционального блока, а выходы функциональных блоков подключены к входам двухканального цифрового осциллографа.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС. На фиг.2 показаны форма и геометрические размеры полюса сердечника. На фиг.3 показан механизм выделения магнитного потока Фи, проходящего через контролируемый участок ЛЭС, из потоков рассеивания Фр.
Устройство экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС содержит генератор синусоидального напряжения 1, выход которого соединен с входом усилителя переменного напряжения 2, выход которого соединен с одинаковыми намагничивающими обмотками 3-6, включенными последовательно, так что нижние 5, 6 и верхние 3, 4 соединены между собой согласованно, а пара верхних 3, 4 и пара нижних 5, 6 между собой - встречно, закрепленными на полюсах сердечника 7 Н-образной формы, изготовленного из пермаллоя, последовательно с которыми включен сенсор тока 8, причем параллельно с сенсором тока 8 включен первый функциональный блок 9, внутри каждого из четырех полюсов сердечника 7, в их торцевой части, расположена измерительная обмотка, причем измерительные обмотки левой 10, 11 и правой 12, 13 частей сердечника 7 между собой соединены последовательно встречно, а пары обмоток слева 10, 11 и справа 12, 13 соединены последовательно и согласовано, последовательно с одинаковыми измерительными обмотками 10-13 соединен интегратор 15, выход которого соединен с входом второго функционального блока 16, а выходы функциональных блоков 9, 16 подключены к входам двухканального цифрового осциллографа 17.
Рассмотрим работу устройства экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС.
ЛЭС 14 прикладывается к торцевой поверхности сердечника 7 сверху (как показано на фиг.1) или снизу. Генератор синусоидального напряжения 1 формирует сигнал синусоидального напряжения фиксированной амплитуды, который подается на вход усилителя переменного напряжения 2. Усиленный сигнал напряжения, приложенный к намагничивающим обмоткам 3-6, создает в них электрический ток, который создает магнитные потоки в верхней и нижней (7-образных частях сердечника 7, в листе электротехнической стали 14 и в окружающем воздушном пространстве.
Магнитные потоки протекающие в сердечнике 7 наводят в измерительных обмотках 10-13 э.д.с., причем э.д.с. обмоток 10 и 13 пропорциональна значениям магнитных потоков протекающих в нижней части сердечника 7 и воздушном пространстве внизу, э.д.с. обмоток 11 и 12 пропорциональна значениям магнитных потоков протекающих в верхней части сердечника 7, листе электротехнической стали 14 и воздушном пространстве вверху. В силу симметричной конструкции сердечника 7, с учетом соединения намагничивающих и измерительных обмоток, э.д.с. измерительных обмоток 10-13 пропорциональна значениям магнитного потока Фи, проходящего через контролируемый участок 18 ЛЭС 14. Четыре измерительные обмотки, по сравнению с устройством-прототипом, повышают чувствительность устройства экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС к магнитному потоку Фи, проходящему через контролируемый участок 18 ЛЭС 14. Форма, размещение на полюсах сердечника 7 и размеры измерительных обмоток 10-13 позволяют выделить магнитный поток Фи, проходящий через контролируемый участок 18 ЛЭС 14, из потоков рассеивания Фр, проходящих через ЛЭС 14, что достигается благодаря охвату каждой измерительной обмоткой не всего сечения полюса сердечника 7, а его части, по которой протекает магнитный поток идентичный магнитному потоку Фи, проходящему через контролируемый участок 18 ЛЭС 14. Охват измерительными обмотками 10-13 части сечения полюсов сердечника 7 приводит к уменьшению доли потоков рассеивания Фр в результате измерения магнитного потока контролируемого участка 18 ЛЭС 14, что повышает чувствительность устройства экспресс-контроля магнитных характеристик ЛЭС к магнитному потоку, проходящему через контролируемый участок 18 ЛЭС 14.
Э.д.с. измерительных обмоток 10-13 интегрируется блоком 15 (интегратор), на выходе которого формируются мгновенные значения потокосцепления измерительных обмоток 10-13. Функциональный блок 16 формирует мгновенные значения магнитной индукции в контролируемом участке 18 ЛЭС 14:
где Ψ(t) - мгновенные значения потокосцепления измерительных обмоток 10-13;
S
W - сумма числа витков измерительных обмоток 11 и 12;
Fe
A - площадь поперечного сечения контролируемого участка 18 ЛЭС 14;
S
U(t) - э.д.с. измерительных обмоток 10-13.
Напряженность магнитного поля контролируемого участка 18 ЛЭС 14 определяется по мгновенным значениям электрического тока, протекающего в намагничивающих обмотках 3-6. Значения тока измеряются с помощью сенсора тока 8. Напряжение сенсора тока преобразуется функциональным блоком 9 в напряженность магнитного поля по формуле:
где U(t) - мгновенные значения напряжения сенсора тока;
p
W - сумма числа витков намагничивающих обмоток 3 и 4;
R - значение активного сопротивления сенсора тока;
Fe
L - длина участка ЛЭС, равная расстоянию между осями измерительных катушек 11 и 12.
Сигналы напряженности магнитного поля и магнитной индукции подаются на первый и второй каналы цифрового осциллографа 17 соответственно. На дисплее цифрового осциллографа 17 отображаются динамическая петля гистерезиса контролируемого участка 18 ЛЭС 14, тем самым достигается технический результат. При изменении амплитудных значений сигнала генератора синусоидального напряжения 1, на дисплее цифрового осциллографа 17 будет отображен ряд частных петель гистерезиса. Вершины петель гистерезиса образуют динамическую основную кривую намагничивания участка 18 ЛЭС 14.