ПРИСТАВНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ К КОЭРЦИТИМЕТРУ
ATTACHED ELECTROMAGNET TO COERCIVE FORCE METER

Изобретение относится к области измерений магнитных величин, затрагивает средства измерений механических свойств ферромагнитных материалов, имеющих корреляционную связь с их магнитными характеристиками, например коэрцитивной силой, и может быть использовано при неразрушающем контроле качества термической обработки ферромагнитных изделий.
Известен приставной электромагнит коэрцитиметра, описанный в книге М.А. Мельгуя «Магнитный контроль механических свойств сталей», Минск, «Наука и техника», 1980, стр.112. Приставной электромагнит имеет П-образный магнитопровод, состоящий из двух полюсов, замкнутых ферро-зондовым чувствительным элементом. Электромагнит устанавливают на контролируемое стальное изделие, намагничивают участок изделия между полюсами, а затем уравнивают магнитный поток изделия, пропуская ток через катушки намагничивания электромагнита в обратном направлении. Фиксируют ток размагничивания в момент, когда выходной сигнал феррозонда становится равным нулю. Напряженность магнитного поля, создаваемая размагничивающим током, корреляционно связана с механическими свойствами ферромагнитного изделия.
Положительным качеством описываемого приставного магнита является использование его чувствительного элемента в качестве перемычки между полюсами. При таком расположении чувствительного элемента весь магнитный поток от контролируемого изделия проходит через его сердечник.
Недостаток такого расположения чувствительного элемента проявляется в вероятности насыщении его сердечника при намагничивании контролируемого изделия. Величина тока намагничивания ограничена величиной, при которой сердечник чувствительного элемента насыщается и контролируемое изделие не может намагнититься до предельного значения.
Известно приставное устройство коэрцитиметра, описанное в а.с. СССР №1205089, G01R 33/12, опубликованном 15.01.86. Приставное устройство состоит из П-образного магнитопровода, устанавливаемого на контролируемый участок изделия, и чувствительного элемента, состоящего, как минимум, из одного звена, установленного с внутренней стороны магнитопровода под определенным углом между контролируемым изделием и полюсным наконечником вблизи его контакта с изделием. Чувствительный элемент реагирует на «выпуклость» магнитного потока, возникающего из-за зазора между приставным электромагнитом и изделием.
Положительным качеством изобретения является сплошной сердечник для намагничивания изделия, позволяющий намагнитить контролируемое изделие до предельных значений индукции.
Недостатком изобретения является невозможность измерения «выпуклости» магнитного потока при сложной конфигурации контролируемого изделия или применения полюсных наконечников, повторяющих форму изделия, поскольку расположить и закрепить чувствительный элемент становится сложно.
Частично недостатки устранены в приставном устройстве коэрцитиметра, описанном в а.с. СССР №2035745, G01R 33/12, опубликованном 20.05.95. Устройство содержит П-образный магнитопровод, замыкаемый испытуемым изделием и, как минимум, два чувствительных элемента, расположенных в плоскости магнитопровода между его полюсами и обмоткой намагничивания и установленных в определенных эмпирически подобранных местах. При размагничивании изделия током, проходящим через катушку устройства, фиксируют момент, когда поле между его сердечниками становится равномерным и измеряют величину сигнала одного из преобразователей, по которому судят о величине коэрцитивной силы или механических свойствах испытуемого изделия.
Положительное качество изобретения заключается в простоте конструкции и возможности применить приставной магнит к любой форме изделия.
Недостатком изобретения можно считать применение нескольких чувствительных к магнитному полю элементов, в совокупности составляющих чувствительный элемент всего приставного устройства коэрцитиметра. Чувствительный элемент приставного устройства установлен вне основного магнитного потока полюсных наконечников, поэтому он реагирует только на часть магнитного поля между ними, теряя информационное магнитное поле в самих наконечниках и снижая чувствительность всего приставного устройства в целом.
Приставной электромагнит для измерения коэрцитивной силы, описанный в а.с. СССР №279145, G01N 27/86, опубликованный 21.08.70, содержит магнитопровод, состоящий из симметричных Г-образных полюсных наконечников, помещенных в катушку намагничивания с зазором, катушек размагничивания, расположенных на концах кернов, и чувствительный элемент, установленный между кернами, образующий перемычку, расположенную выше катушек размагничивания.
Магнитное поле катушки намагничивания, преодолевая сопротивление зазора сердечника, намагничивает испытуемое изделие, причем чувствительный элемент прибора выключается из схемы прохождения магнитного потока за счет своего сердечника, имеющего малую индукцию насыщения.
После намагничивания, магнитный поток испытуемого изделия через полюсные наконечники замыкается, в основном, через чувствительный элемент прибора и частично через зазор магнитопровода. Магнитная индукция в чувствительном элементе становится ниже индукции насыщения его сердечника, и он переходит в рабочее состояние.
Положительная сторона изобретения состоит в простоте конструкции приставного электромагнита.
К недостаткам изобретения следует отнести увеличение тока намагничивания контролируемого изделия за счет преодоления магнитного сопротивления искусственного зазора сердечника, увеличения тока размагничивания за счет шунтирующего действия части магнитопровода электромагнита в намагничивающей катушке.
Известен приставной электромагнит к коэрцитиметру, описанный в а.с. СССР №626408, G01N 27/86, опубликованный 30.09.78, содержащий магнитопровод П-образной формы, перемычка которого состоит из двух частей: феррозондового преобразователя, являющегося чувствительным элементом, и магнитопроводящей скобы. На кернах магнитопровода закреплены намагничивающие и размагничивающие катушки. При намагничивании контролируемое изделие помещается на полюсы кернов магнитопровода. Пропускают через катушки намагничивания импульсный ток, достаточный для намагничивания контролируемого изделия. В момент намагничивания чувствительный элемент выключается из схемы прохождения магнитного потока, за счет насыщения его сердечника, а весь остальной магнитный поток намагничивания проходит через магнитопроводящую скобу перемычки и контролируемое изделие.
Ток размагничивания, протекающий через размагничивающие катушки приставного электромагнита, создает магнитный поток в его перемычке, противоположный по направлению потоку от намагниченного изделия. Ток размагничивания постепенно увеличивают от нуля до величины, при которой его магнитный поток уравновешивает магнитный поток изделия. Фиксируют величину тока размагничивания. Магнитный поток от контролируемого изделия и катушек размагничивания по закону Кирхгофа разделяется на три основных составляющих: магнитный поток через чувствительный элемент, магнитный поток через магнитопроводящую скобу и суммарный магнитный поток первой и второй составляющих через испытуемое изделие.
Положительной стороной изобретения следует считать применение магнитопроводящей скобы в перемычке приставного электромагнита, позволяющей иметь замкнутый, сплошной магнитопровод.
Недостаток изобретения проявляется в разветвлении магнитного потока от контролируемого изделия и размагничивающих катушек на составляющие. Фиксация тока размагничивания, при котором части магнитного потока от намагниченного контролируемого изделия и катушек размагничивания, проходящих через чувствительный элемент, происходит в тот момент, когда они уравновешивают друг друга. Остальная часть магнитного потока от намагниченного изделия и катушек размагничивания не участвует в измерении, что приводит к увеличению погрешности измерения тока размагничивания и магнитных характеристик испытуемого изделия.
Цель изобретения - концентрация магнитного потока в магнитопроводящей перемычке магнитопровода приставного электромагнита и установка чувствительного элемента, например датчика Холла, в таком месте магнитопровода, в котором через него проходит весь магнитный поток от намагниченного контролируемого изделия.
Поставленная цель достигается тем, что в приставном электромагните к коэрцитиметру, содержащем магнитопровод П-образной формы, на кернах которого, соединенных между собой магнитопроводящей перемычкой, установлены катушки намагничивания и размагничивания, и чувствительный элемент, отличающемся тем, что чувствительный элемент установлен в магнитопроводящей перемычке осью чувствительности аксиально магнитному потоку и закреплен в ней магнитопроводящим композитом.
Следует указать, что для установки чувствительного элемента в магнитопроводящей перемычке выполняется паз, который вносит дополнительное сопротивление проходящему через него магнитному потоку от контролируемого изделия, который частично огибает чувствительный элемент, подчиняясь закону Кирхгофа. Часть магнитного потока, протекающего через чувствительный элемент, гасится сопротивлением, возникающим в магнитопроводящей перемычке в результате нарушения ее монолитности.
8
Монолитность магнитопроводящей перемычки восстанавливают применением магнитопроводящего композита для крепления чувствительного элемента. В предлагаемом техническом решении применен магнитопроводящий композит фирмы "ERGOM" (94-102 Lodz, Ul. Nowe Sady, Poland, www.ergom.com). Обладая индукцией насыщения 0,3 Тл, магнитной проницаемостью µ=500, электрическим сопротивлением 10 Ом и температурой полимеризации 100-140°C композит успешно заменяет материал магнитопроводящей перемычки, удаленный из нее при изготовлении паза для установки и крепления датчика чувствительного элемента. В этом случае магнитное сопротивление паза для крепления чувствительного элемента отсутствует и не вносит потерь в распространяющийся через перемычку магнитный поток от контролируемого изделия, который проходит через весь объем магнитопроводящей перемычки квазиравномерно.
Максимальная чувствительность приставного электромагнита к коэрцитиметру достигается расположением оси чувствительности чувствительного элемента аксиально магнитному полю в перемычке.
Исключение магнитного сопротивления паза позволяет уменьшить магнитное сопротивление, сконцентрировать и равномерно распределить магнитный поток от контролируемого изделия в магнитопроводящей перемычке, чем увеличивается чувствительность приставного электромагнита, повышается точность измерения тока размагничивания, коэрцитивной силы и механических свойств контролируемого изделия.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство приставного электромагнита коэрцитиметра.
Приставной электромагнит к коэрцитиметру содержит П-образный магнитопровод, керны 1 его соединены магнитопроводящей перемычкой 2, в теле которой закреплен композитным материалом 3 чувствительный элемент 4, например датчик Холла, ось чувствительности которого расположена аксиально магнитному потоку перемычки. На кернах 1 установлены катушки намагничивания 5 и размагничивания 6, обмотки которых связанны с элементами измерительной схемы 7.
Приставной электромагнит к коэрцитиметру работает следующим образом.
Контролируемое изделие помещают на торцах кернов 1. При прохождении тока по катушкам намагничивания 5 создается магнитный поток, который через керны 1 и магнитопроводящую перемычку 2 намагничивает контролируемое изделие. Индукция намагничивающего поля близка к 1,0 Тл. Поскольку паз крепления датчика Холла 4 заполнен магнитопроводящей композицией 3 с индукцией насыщения 0,3 Тл, последняя входит в насыщение и исключает из магнитной цепи намагничивания паз и установленный в нем датчик Холла. Магнитный поток замыкается через оставшуюся часть магнитопроводящей перемычки 2, намагничивая контролируемое изделие. После намагничивания магнитный поток от намагниченного изделия концентрируется в магнитопроводящей перемычке 2 электромагнита через керны. Постепенно увеличивая ток в катушках размагничивания 5, создают магнитный поток, обратный по направлению магнитному потоку от намагниченного изделия. При индукции суммарного магнитного поля в перемычке менее 0,3 Тл магнитопроводящая комозиция выходит из состояния насыщения, восстанавливает монолитность перемычки, которая пропускает через себя весь магнитный поток от контролируемого изделия и катушек размагничивания. Магнитный поток в магнитопроводящей перемычке становится квазиравномерным. Измеряют величину тока размагничивания, при котором магнитный поток, создаваемый катушками, уравновесит магнитный поток от контролируемого изделия, а выходной сигнал датчика Холла станет равным нулю. Математический аппарат устройства измерения 7 обрабатывает сигнал от приставного электромагнита и выдает результат в единицах, удобных для определения магнитных и механических свойств контролируемого изделия.
Установка чувствительного элемента в магнитопроводящей перемычке магнитопровода наиболее целесообразна. Установка его в других местах вызывает технические трудности, например в креплении датчика Холла. Установка датчика Холла в теле кернов затруднена помещенными на них катушками намагничивания и размагничивания. Установка датчика Холла на торцах кернов снижает механические свойства их и увеличивает вероятность повреждения датчика Холла.
Приставной электромагнит используется в коэрцитиметре КИМ-2М производства ООО «НВП «КРОПУС» для неразрушающего контроля структуры материала, качества термической, термомеханической или химико-термической обработок, а также для определения глубины и твердости поверхностно-упроченных слоев деталей из ферромагнитных материалов при наличии корреляционной связи между контролируемым и измеряемыми параметрами.