Устройство для диагностики магнитной силы на разных расстояниях от полюсной поверхности

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для диагностики магнитной силы на том или ином расстоянии от полюсных поверхностей намагниченных тел: постоянных магнитов, магнитных сердечников, рабочих элементов аппаратов магнитного разделения материалов и пр. Может быть востребовано в испытательных лабораториях, в частности, при создании и тестировании образцов (электро)магнитного оборудования, элементы которого, имеющие рабочие полюсные поверхности, являются источниками силового магнитного воздействия (например, в магнитных сепараторах, когда требуется информация о характере изменения магнитной силы по мере удаления от полюсной поверхности).
Известно устройство [1] для измерения магнитной индукции на поверхности постоянных магнитов – с использованием тесламетра, а также известно устройство [2] для измерения компонент индукции, в котором используется катушка возбуждения с сердечником и измерительные катушки. Однако эти устройства не предназначены для диагностики магнитной силы ни на самой полюсной поверхности объекта, ни на удалении от нее.
Известно устройство [3] для измерения намагниченности объекта: с его поверхностью контактируют наконечники электромагнитной системы (сердечник, обмотка) устройства. Обладает недостатками, присущими предыдущим аналогам.
Известно устройство [4], которое состоит из контрольного ферромагнитного тела, принудительно отрываемого от полюсной поверхности посредством натяжения пружины, на конце которой закреплено это тело. Сила отрыва контрольного тела, фиксируемая измерителем силы, свидетельствует о величине магнитной силы, воздействующей на контрольное тело, контактирующее с полюсной поверхностью намагниченного тела. Однако данное устройство не позволяет диагностировать  магнитную силу на разных расстояниях от полюсной поверхности намагниченного тела.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ и устройство идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности [5,6]. Это техническое решение предусматривает использование неподвижного намагниченного тела (неподвижного постоянного магнита, названного в [5,6] магнитным отражателем), по отношению к которому осуществляется перемещение взаимодействующего с ним посредством магнитного поля контрольного ферромагнитного тела (в [5,6] – испытываемого постоянного магнита). Контрольное тело закреплено на принудительно перемещаемом (на разные расстояния от полюсной поверхности неподвижного намагниченного тела) неферромагнитном держателе: при помощи системы с винтовым механизмом. Соответствующее, возникающее между ними, усилие фиксируется обычным измерителем силы.
Прототип, предоставляющий возможность диагностировать магнитную силу на разных расстояниях от полюсной поверхности неподвижного намагниченного тела (магнита), к сожалению, обладает ограниченными, узко специфичными возможностями для использования, а именно исключительно для идентификации испытываемых перемещаемых постоянных магнитов (осуществляется контроль идентичности каждого из партии однотипных магнитов). При этом они взаимодействуют с неподвижным постоянным магнитом, обладающим определенными, заранее известными разработчику и пользователю, характеристиками. В то же время при решении многих научных и прикладных задач возникает потребность в изучении характеристик, в частности, магнитной силы на определенных расстояниях от той или иной, подлежащей испытанию, полюсной поверхности (например, поверхности рабочего узла магнитного сепаратора). В целях же повышения точности таких испытаний измерения предпочтительно проводить при плавном непрерывном перемещении контрольного тела (которое в таком случае может быть не обязательно постоянным магнитом, как в прототипе, а ферромагнитным). Что же касается перемещения контрольного тела (закрепленного в держателе), то в прототипе оно, осуществляемое при помощи системы с винтовым механизмом, приводимым в действие рукой оператора многократно повторяющимися поворотами рукоятки винта, является не плавным, а пошаговым (т.е. с усилиями разной интенсивности, тем более при обычно различающемся ручном воздействии оператора или зачастую разными операторами). Это вносит нежелательную погрешность в результат измерений магнитной силы, как и то, что в  прототипе не оговорена возможность использования современных, достаточно точных и быстродействующих средств получения информации об измеряемой силе.
Задача предлагаемого устройства заключается в расширении возможности диагностики магнитной силы полюсной поверхности на разных расстояниях от нее, повышении точности и оперативности определения этой силы.
Поставленная задача решается в устройстве для диагностики  магнитной силы на разных расстояниях от полюсной поверхности неподвижного намагниченного тела, включающем принудительно перемещаемое по отношению к нему и взаимодействующее с ним посредством магнитного поля контрольное ферромагнитное тело,  связанное с неферромагнитным держателем, систему его перемещения, а также включающее измеритель диагностируемой силы. В этом устройстве система перемещения держателя выполнена с возможностью осуществления его непрерывного перемещения, при этом держатель содержит тензодатчик диагностируемой силы.
Систему непрерывного перемещения держателя, которая бы обеспечивала плавное (без рывков) перемещение держателя (а вместе с ним и контрольное ферромагнитное тело), целесообразно выполнить  автоматизированной – с использованием, например, синхронного бесщёточного электродвигателя.
В качестве датчика для измерения диагностируемой магнитной силы удобно использовать тензодатчик, в частности, в виде закрепленной на держателе консоли, на свободном конце которой расположено контрольное ферромагнитное тело. Этот консольный тензодатчик, фиксирующий усилие на изгиб, соединен с микроконтроллером, который, преобразуя сигнал от тензодатчика, передает его на блок обработки, оцифровки и отображения данных, в частности, персональный компьютер (ПК), причем с соответствующей градуировкой данных в размерностях силы.
Еще одним вариантом датчика измерения диагностируемой магнитной силы может служить закрепленный на держателе тензодатчик, фиксирующий усилие на растяжение или сжатие. Как и в предыдущем случае, сигнал от тензодатчика поступает в микроконтроллер, а затем на блок обработки, оцифровки и отображения данных.
Технический результат, достигаемый от применения предлагаемого устройства, заключается, прежде всего, в расширении возможностей по диагностике магнитной силы, а именно применительно к разным изучаемым полюсным поверхностям. Кроме того, благодаря тому, что система перемещения держателя (в частности, автоматизированная) обеспечивает режим непрерывного плавного перемещения закрепленного в держателе (посредством тензодатчика) контрольного тела, повышается точность диагностики магнитной силы на тех или иных расстояниях от изучаемой полюсной поверхности. Использование же тензодатчика (например, консольного тензодатчика, воспринимающего усилие на изгиб или тензодатчика, воспринимающего усилие на растяжение или сжатие) позволяет достаточно точно и оперативно, в режиме реального времени регистрировать значения магнитной силы, действующей на контрольное ферромагнитное тело, на том или ином расстоянии от изучаемой полюсной поверхности.
На фиг. 1 изображен общий вид одного из вариантов предложенного устройства. Оно состоит из опоры 1 системы перемещения 2 с винтовым механизмом, обеспечивающей возможность передвижения вверх, вниз и даже в стороны (при определении магнитной силы, когда требуется информация о магнитной силе при удалении от разных точек на поверхности изучаемой полюсной поверхности) держателя 3 со встроенным, например консольным, тензодатчиком 4 магнитной силы. На концевой части тензодатчика 4 закреплено контрольное ферромагнитное тело 5 (в частности, шарообразной формы). Находясь в поле, создаваемом намагниченным телом 6, контрольное ферромагнитное тело 5 подвергается воздействию магнитной силы, диагностика которой осуществляется с помощью указанного консольного тензодатчика 4, сигнал от которого о том или ином силовом воздействии (на изгиб тензодатчика 4) после преобразования в микроконтроллере 7 подается на блок 8 обработки, оцифровки и отображения данных (ПК). Для получения, в частности, характеристики изменения магнитной силы по мере удаления контрольного ферромагнитного тела 5 от изучаемой полюсной поверхности 6, чему служит система 2 перемещения держателя 3, винтовой механизм которой приводится в непрерывное плавное движение посредством синхронного бесщеточного электродвигателя 9.
Вариант предлагаемого устройства, имеющего тензодатчик-консоль 4,  работает следующим образом, в частности, при получении характеристики изменения (убывания) магнитной силы по мере удаления контрольного ферромагнитного тела 5 от изучаемой полюсной поверхности 6. Для этого контрольное ферромагнитное тело 5 сначала вводится в соприкосновение с изучаемой полюсной поверхностью 6 в той или иной, интересующей оператора, точке этой поверхности. Затем при помощи системы перемещения 2 с винтовым механизмом, приводимым в действие синхронным бесщеточным электродвигателем 9, обеспечивается непрерывное плавное перемещение держателя 3, снабженного консольным тензодатчиком 4, сигнал от которого о том или ином магнитном силовом воздействии со стороны полюсной поверхности 6 на контрольное ферромагнитное тело 5, закрепленное на консольном тензодатчике 4, после преобразования в микроконтроллере 7 подается на блок 8 обработки, оцифровки и отображения данных. По мере удаления от полюсной поверхности проводят замеры магнитной силы, получая тем самым соответствующую характеристику убывания магнитной силы в цифровом и графическом виде.
1. Патент RU 2 699 235. Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов (Белокурова Н.А., Захаренко А.Б., Осикова К.С., Решетников М.Е.), 2019.
2. Патент RU 2 539 726. Феррозондовый магнитометр и способ измерения компонент индукции магнитного поля при помощи векторной компенсации (Колбин А.А., Донской А.В., Королев А.В.), 2015.
3. Патент RU 2 399 927. Устройство для контроля изменений во времени намагниченности объекта (Быстров В.А., Большаков В.И., Пермяков А.Л., Смирнов А.С.), 2010.
4. Патент RU 2 746 040. Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Ершова В.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н. Устройство для тестирования магнитной силы полюсных элементов магнитных аппаратов и приборов, 2021.
5. Патент RU 2 718 641. Способ и устройство идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности (Татевосян А.А., Татевосян А.С.), 2019.
6. Татевосян А.С., Педдер В.В., Буряков Н.Д., Пастушенко И.А. Экспериментальная методика идентификации высококоэрцитивных постоянных магнитов. Омский научный вестник. 2018. №6 (162). С.94-98.