УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применена, например, для определения коэрцитивной силы материалов, а также свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.
Известны приставные (накладные) магнитные устройства 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 (датчик) 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 в момент равенства нулю или заданному значению показаний датчиков магнитного поля производится отсчет тока, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением является устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, предварительно намагниченных с поверхности двухполюсным магнитом или электромагнитом [2], содержащее двухполюсный источник магнитного поля с полюсами, примыкающими к рабочей поверхности устройства, и два датчика магнитного поля, каждый из которых установлен у соответствующего полюса источника, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. Датчики включены последовательно-встречно по отношению к однородным магнитным полям (последовательно-согласно по отношению к магнитному полю намагниченного изделия). Коэрцитивная сила изделия в известном устройстве определяется по величине тока компенсации, подаваемого в источник магнитного поля и соответствующего показаниям датчиков магнитного поля, равным нулю или заданному значению.
Недостатком устройства-прототипа является сложность, обусловленная наличием источника магнитного поля в виде катушки (катушек), соединенного с соответствующим блоком питания, и устройства регулирования тока компенсации. Кроме того, известное устройство обладает низким быстродействием из-за необходимости компенсации магнитного поля в местах расположения датчиков.
Предлагаемая полезная модель направлена на упрощение устройства и повышение его быстродействия.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, намагниченных с поверхности двухполюсным магнитом или электромагнитом, содержащем два датчика магнитного поля с параллельными друг другу осями чувствительности, расположенные на рабочей поверхности устройства, согласно полезной модели, датчики магнитного поля подключены к измерительному преобразователю и индикатору, проградуированному в единицах измерения коэрцитивной силы.
а
а
Кроме того, датчики магнитного поля выполнены чувствительными к направлению последнего, расположены у полюсов намагниченного участка изделия и ориентированы в одном направлении, а их оси чувствительности перпендикулярны рабочей поверхности устройства. Кроме того, датчики магнитного поля могут быть расположены друг от друга на расстоянии b=(1,2-1,8), где  - расстояние между точками рабочей поверхности устройства, в которых касательная составляющая магнитного поля намагниченного изделия равна нулю.
Датчики магнитного поля могут быть выполнены чувствительными к направлению последнего, расположены между полюсами намагниченного участка изделия на минимальном расстоянии друг от друга и ориентированы в противоположных направлениях, а их оси чувствительности параллельны касательной составляющей магнитного поля намагниченного изделия.
Устройство может быть снабжено элементами качения по поверхности контролируемого изделия в направлении, перпендикулярном намагниченности последнего, а также измерителем пройденного пути.
Подключение датчиков магнитного поля к измерительному преобразователю и индикатору, проградуированному в единицах измерения коэрцитивной силы, позволяет упростить устройство и повысить его быстродействие за счет исключения специального источника магнитного поля с блоком питания и системы компенсации магнитного поля.
Выполнение датчиков магнитного поля чувствительными к направлению последнего, расположение их у полюсов намагниченного участка изделия с ориентацией в одном направлении и с осями чувствительности, перпендикулярными рабочей поверхности устройства, а также расположение датчиков, ориентированных в противоположных направлениях, между полюсами намагниченного участка изделия на минимальном расстоянии друг от друга с осями чувствительности, параллельными касательной составляющей магнитного поля намагниченного изделия, обеспечивает повышение точности определения коэрцитивной силы контролируемого изделия за счет снижения погрешности от неконтролируемых (например, температурных) изменений начальных выходных сигналов датчиков. Кроме того, устраняется влияние на показания устройства внешних однородных магнитных полей.
а
а
Расположение датчиков магнитного поля друг от друга на расстоянии b=(1,2-1,8), где  - расстояние между точками рабочей поверхности устройства, в которых касательная составляющая магнитного поля намагниченного изделия равна нулю, обеспечивает повышение точности измерения за счет минимизации погрешности, обусловленной неконтролируемым смещением устройства от нейтрального положения вдоль линии, соединяющей датчики магнитного поля (боковым смещением устройства при сканировании вдоль намагниченной полосы протяженных изделий).
Выполнение устройства с элементами качения по поверхности контролируемого изделия в направлении, перпендикулярном намагниченности последнего, расширяет функциональные возможности устройства за счет непрерывного определения коэрцитивной силы протяженных ферромагнитных изделий, предварительно намагниченных путем перемещения по поверхности изделия двухполюсного магнита или электромагнита вдоль линии, перпендикулярной направлению намагничивания.
Применение в устройстве измерителя пройденного пути (например, курвиметра) позволяет получать картину распределения величины коэрцитивной силы вдоль поверхности изделия и тем самым более точно определять состояние изделия.
Устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - топография магнитного поля намагниченного изделия и расположение датчиков магнитного поля у полюсов намагниченного участка; на фиг.3, 4 - расположение датчиков магнитного поля между полюсами намагниченного участка изделия; на фиг.5 - зависимость показаний А устройства от смещения l устройства относительно нейтрального положения на поверхности контролируемого изделия в сторону одного из полюсов намагниченного участка в зависимости от расстояния b между датчиками магнитного поля.
Устройство состоит из датчиков 1 и 2 магнитного поля (фиг.1), установленных на рабочей поверхности (плоскости, прилегающей к поверхности контролируемого изделия) устройства (фиг.2) у соответствующих полюсов намагниченного участка изделия либо на минимальном расстоянии друг от друга между полюсами намагниченного участка изделия (фиг.3, 4). Датчики 1 и 2 подключены к измерительному преобразователю 3 и индикатору 4, проградуированному в единицах измерения коэрцитивной силы (фиг.1; блоки питания функциональных элементов 1-4 на фигуре не показаны).
1
2
и
а
а
Датчики 1 и 2 выполнены чувствительными к направлению измеряемого магнитного поля (например, в виде преобразователей Холла), расположены у полюсов намагниченного участка изделия с ориентацией в одном направлении (вверх или вниз на фиг.2), а их оси чувствительности (O и О) перпендикулярны рабочей поверхности устройства. При этом датчики могут быть расположены друг от друга на расстоянии b, выбранном из интервала (1,2-1,8), где  - расстояние между точками рабочей поверхности устройства, в которых касательная составляющая магнитного поля намагниченного изделия равна нулю (магнитная индукция В магнитного поля изделия перпендикулярна рабочей поверхности устройства).
1
2
и
Датчики магнитного поля, выполненные чувствительными к направлению последнего, могут быть расположены между полюсами намагниченного участка изделия (фиг.3, 4) на минимальном расстоянии друг от друга с одинаковой ориентацией в пространстве и осями чувствительности (O и О), параллельными касательной составляющей магнитного поля намагниченного изделия (например, один из датчиков может быть ориентирован вдоль вектора В магнитного поля изделия, а другой датчик - в противоположном направлении, как показано на фиг.3, 4).
Во всех случаях для получения увеличенного полезного сигнала от магнитного поля намагниченного изделия сигналы с выходов датчиков 1 и 2 магнитного поля (фиг.1) поступают на измерительный преобразователь 3, в котором определяется алгебраическая разность сигналов, регистрируемая индикатором 4. При этом модули полезных сигналов складываются, а паразитные сигналы (например, дрейф сигналов датчиков из-за непостоянства окружающей температуры) компенсируются.
Устройство может быть снабжено элементами качения по поверхности контролируемого изделия в направлении, перпендикулярном намагниченности последнего, а также измерителем пройденного пути (на фигурах не показаны).
Устройство работает следующим образом. После предварительного намагничивания контролируемого изделия с помощью двухполюсного намагничивающего устройства (например, постоянного магнита, пунктир на фиг.2) над изделием образуется магнитное поле остаточного намагничения. При размещении устройства над намагниченным участком изделия (или над намагниченной полосой изделия, полученной при перемещении намагничивающего устройства вдоль заданного направления по поверхности изделия) на выходе датчиков 1 и 2 магнитного поля (фиг.1-4) появляются сигналы, пропорциональные магнитному полю в точках расположения датчиков. Сигналы складываются в измерительном преобразователе 3 (фиг.1) и регистрируются индикатором 4, проградуированным в единицах измерения коэрцитивной силы, например, в А/м. Благодаря высокому коэффициенту размагничивания участков изделия, намагниченных с поверхности двухполюсным магнитом или электромагнитом, магнитное поле (магнитная индукция, измеряемая датчиками магнитного поля) над намагниченным участком изделия однозначно и линейно связано с коэрцитивной силой материала данного участка.
а
а
а
а
а
а
а
1
2
02
3
03
04
4
При расположении датчиков магнитного поля у полюсов намагниченного участка изделия (фиг.2) расстояние (база) b между активными элементами преобразователей магнитного поля может быть выбрана из интервала (1,2-1,8), где  - расстояние между точками рабочей поверхности устройства, в которых касательная составляющая магнитного поля намагниченного изделия равна нулю. Выход параметра b за указанный интервал приводит к увеличению погрешности (уходу показаний А устройства от номинального значения, фиг.5), связанной с возможным неконтролируемым смещением l устройства от нейтрального положения вдоль линии, соединяющей датчики магнитного поля. Как видно из фиг.3, при базе b= и некотором смещении L устройства от нейтрального положения его показания значительно изменяются (уменьшаются). В то же время, при базе b=1,2 и том же смещении L показания устройства снижаются в значительно меньшей степени по сравнению с номинальным значением А, а при базе b,=1,6 они практически остаются на уровне номинального значения А. При дальнейшем увеличении базы (&4=1,8) показания устройства сначала увеличиваются от номинального значения А, а затем уменьшаются. При b>1,8 погрешность от неконтролируемого смещения устройства от нейтрального положения существенно возрастает, к тому же это сопровождается неоправданным увеличением габаритов устройства.
При контроле протяженных намагниченных участков (полос) ферромагнитных изделий устройство перемещается вдоль намагниченной полосы, благодаря чему производится непрерывное определение коэрцитивной силы на всей длине участка. Для удобства перемещения устройства вдоль намагниченной полосы оно может быть снабжено элементами качения по поверхности контролируемого изделия.
Предлагаемое устройство позволяет проводить многократные повторные измерения на одном и том же намагниченном участке (полосе) контролируемого изделия, поскольку, в отличие от устройств с элементами размагничивания (компенсации магнитного поля), в нем не происходит разрушения остаточной намагниченности изделия. Это, в свою очередь, повышает точность определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий за счет возможности многократных измерений на одном и том же участке (полосе), включая измерения после намагничивания контролируемого участка изделия в двух противоположных направлениях с целью исключения влияния на показания устройства внешних магнитных полей, например, поля Земли. Кроме того, появляется возможность многократного последовательного во времени контроля (мониторинга) намагниченных участков изделий, например, при определении их напряженно-деформированного состояния.
Источники информации
1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.
2. Приставное магнитное устройство. Описание изобретения по патенту на полезную модель РФ №99188, G01R 33/12.