ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ШУНТ
FERROPROBE SHUNT

Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля конструкций из ферромагнитного материала, например корпуса судна.
Феррозондовый шунт как датчик магнитного потока предназначен для выявления в конструкциях зон с повышенной и пониженной концентрацией магнитного потока, определения пространственной ориентации потоков, а также в качестве звена системы автоматического регулирования, формирующего сигнал рассогласования между исходным магнитным потоком объекта и потоком компенсации.
Известна конструкция однокомпонентного феррозонда с двумя сердечниками из магнитомягкого материала с нанесенными на каждом из них обмотками возбуждения и общими для сердечников обмотками измерительной, обратной связи и компенсационной. Известны также конструкции феррозондов с замкнутыми для поля возбуждения сердечниками, например тороидальными и эллипсоидальными (Афанасьев Ю.В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969 г.; Ю.В.Афанасьев и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., Энергия, 1972 г.).
Регистрируемой величиной таких феррозондов является напряженность магнитного поля, действующего вдоль продольной оси измерительной обмотки. Датчики такого типа обычно устанавливают в окрестности конструкции и таким образом регистрируют компоненты ее поля рассеивания.
Наиболее близким по существу предложением является изобретение по патенту США №6.456.069 В1 от 24.09.2002 г., в котором сердечник феррозонда выполнен в виде буквы Е и при этом его ножки установлены на поверхность конструкции - прототип.
Обмотка возбуждения наматывается на среднюю ножку, измерительные обмотки - между ножками на основание, а калибровочные - на каждую ножку. Такой феррозонд регистрирует магнитный поток, ответвляющийся из корпуса объекта и проходящий по его сердечнику.
Недостатками прототипа являются:
1) зависимость режима возбуждения и, как следствие, зависимость чувствительности от магнитной проводимости промежутка между ножками датчика и телом конструкции и проводимости участка конструкции, примыкающего к ножкам датчика;
2) восприимчивость датчика к магнитным полям внешних источников, направления которых параллельны осям измерительных обмоток.
Сущность изобретения заключается в:
- выборе конфигурации сердечника, обеспечивающего постоянство магнитного сопротивления потоку возбуждения за счет замкнутости по магнитомягкому материалу;
- введении в конструкцию сердечника площадок для создания магнитного контакта с телом объекта;
- размещении измерительных обмоток в непосредственной близости от контактных площадок на ортогональных к поверхности объекта поперечных сторонах шунта.
В результате регистрируемой величиной феррозондового преобразователя становится магнитный поток.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конфигурация сердечника феррозондового шунта с месторасположением обмоток возбуждения, измерительных и обратной связи, а также путь магнитного потока возбуждения. На фиг.2 приведен вид в анфас установленного на поверхности объекта феррозондового шунта с обмотками, пути силовых линий магнитного потока в объекте, части этого потока, замыкающегося через магнитопровод, сердечника и потока внешних источников, параллельного продольной оси шунта.
Основой феррозондового шунта является сердечник специальной формы 1. В сборе сердечник представляет собой ферму с двумя контактными площадками 2, соединенными арочными пластинами 3. Из технологических соображений сердечник выполняется сборным. Обмотки возбуждения 4 наносятся на продольные стороны, а измерительные обмотки 5 и обратной связи 6 - на поперечные стороны пластин сердечника.
Обмотки возбуждения наносятся на каждую из продольных сторон и соединяются между собой так, чтобы образовывалось замкнутое поле возбуждения, как показывают силовые линии 7 (фиг.1).
Измерительные обмотки и отрицательной обратной связи наносятся на каждую пару поперечных сторон и соединяются между собой последовательно и согласно по отношению к полю, замыкающемуся через шунт.
Чтобы не загромождать чертежи, соединения между обмотками, а также возможно востребованные компенсационные и калибровочные обмотки на чертежах не показаны.
На фиг.2 показан феррозондовый шунт, установленный на корпусе объекта 8, силовые линии магнитного поля 9 внутри объекта, силовые линии поля 10, замыкающиеся через сердечник шунта и силовые линии магнитного поля внешних источников 11.
Феррозондовый шунт позволяет судить о магнитном потоке в корпусе и в других элементах объекта путем регистрации потокосцепления части потока, замыкающегося через сердечник феррозондового шунта с витками измерительных обмоток.
Стабильность и независимость работы шунта от магнитной проводимости материала объекта и магнитного сопротивления промежутка между корпусом объекта и сердечником обеспечиваются замкнутостью поля возбуждения полностью по магнитомягкому материалу сердечника, а высокая магнитная проницаемость материала, во много раз превышающая проницаемость материала объекта, обеспечивает эффект шунтирования.
В целях снижения магнитного сопротивления промежутка между корпусом объекта и шунтом сердечник предлагается выполнять с контактными площадками. При этом необходимо предусматривать возможность обработки поверхности объекта в местах соприкосновения с площадками шунта.
Измерительные обмотки и обмотки отрицательной обратной связи предполагается размещать на каждой из пар поперечных пластин сердечника шунта в непосредственной близости к контактным площадкам. Такое расположение обеспечивает максимальное потокосцепление витков обмоток с ответвляющимся из объекта магнитным потоком.
При этом потокосцепление с магнитными полями внешних источников, направление которых совпадает с плоскостью витков обмоток, отсутствует.
Техническими преимуществами феррозондовых шунтов перед прототипом являются:
1. Возможность определения в феррозондовых конструкциях зон с повышенной и пониженной концентрацией магнитных потоков, зависимостей их пространственной ориентации и уровней от режимов и условий работы объекта;
2. Возможность создания на базе феррозондовых шунтов датчиков магнитного потока, установленных во внутренних помещениях непосредственно на корпусе и других элементах конструкции, системы компенсации магнитного поля объекта, действующей по принципу замкнутого контура.