ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА
DEVICE FOR MEASURING MAGNETISATION CURVE OF FERROMAGNETIC MATERIALS

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова).
НАЧ
нас
Известно, что ферромагнетик в отсутствие магнитного поля имеет начальную магнитную восприимчивость χ. По мере возрастания величины напряженности магнитного поля Н магнитная восприимчивость χ(Н) возрастает, доходит до максимума χ*, а затем вновь снижается, и в режиме парапроцесса (то есть при насыщении магнитной индукции) произведение χ(Н)*Н остается максимальным и практически постоянным, несмотря на дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля против величины Н, определяющей насыщение намагничивания [1-3].
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является «Измеритель магнитной вязкости ферромагнетиков», известный из патента РФ №2357241 того же автора, опубликованного в бюллетене №15 от 27.05.2009. Этот измеритель содержит ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, частично помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока. На этом кольце размещена катушка колебательного контура, связанная с высокочастотным генератором. Для измерения напряженности магнитного поля, создаваемого между полюсами электромагнита, измеритель включает пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита. Кроме того, известное устройство также включает решающий процессор с индикатором.
Известное устройство решает задачу измерения магнитной вязкости ферромагнетика, но не может производить измерение его магнитной восприимчивости в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля Н. К недостатку устройства-прототипа следует отнести то, что в магнитное поле электромагнита помещена только часть ферромагнитного кольца, что снижает достоверность измерения зависимости χ(Н).
Целью изобретения является повышение точности производимых измерений кривой намагничивания ферромагнетика в широком диапазоне изменения напряженности магнитного поля.
Указанная цель достигается в приборе для измерения кривой намагничивания ферромагнетика, содержащем ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика, помещенное между полюсами электромагнита, подключенного к регулируемому источнику постоянного тока, катушку колебательного контура, выполненную на ферромагнитном кольце и соединенную с высокочастотным генератором, пленочный датчик Холла, помещенный в магнитный зазор электромагнита, а также решающий процессор с индикатором, отличающемся тем, что высокочастотный генератор подключен к измерителю частоты, пленочный датчик Холла включен к входу измерителя напряженности магнитного поля, а выходы измерителя частоты и измерителя напряженности магнитного поля включены соответственно к первому и второму информационным входам решающего процессора с индикатором.
Достижение поставленной цели объясняется зависимостью частоты генерируемых высокочастотным генератором колебаний от индуктивности катушки колебательного контура, намотанной на ферромагнитном кольце из исследуемого ферромагнетика, а индуктивность прямо пропорциональна измеряемой величине магнитной восприимчивости χ(Н).
Изобретение понятно из представленного рисунка.
Прибор содержит:
1 - ферромагнитное кольцо из исследуемого ферромагнетика,
2 - электромагнит (с северным N и южным S полюсами),
3 - обмотка электромагнита,
4 - регулируемый источник постоянного тока,
5 - пленочный датчик Холла,
6 - катушка, намотанная на ферромагнитном кольце 1,
7 - конденсатор колебательного контура,
8 - высокочастотный генератор,
9 - измеритель частоты,
10 - измеритель напряженности магнитного поля,
11 - решающий процессор с индикатором.
Рассмотрим действие заявляемого устройства.
1/2
1/2
2
2
-2
O
O
O
На ферромагнитном кольце 1 из исследуемого ферромагнетика выполнена катушка 6 индуктивности колебательного контура с параллельно включенным к ней конденсатором 7, входящими в состав высокочастотного генератора 8, частота f колебаний которого определяется формулой f=1/2π(LC), где L - индуктивность катушки 6 колебательного контура, C - емкость конденсатора 7. Величина индуктивности катушки 6, намотанной на ферромагнитном кольце 1, как известно, определяется формулой L=[χ(H)+1]*L, где L - индуктивность этой катушки той же геометрии и числом витков, но без ферромагнитного сердечника, то есть при χ→0. Значение χ(H)+1=µ - это относительная магнитная проницаемость ферромагнитной среды катушки индуктивности 6. Следовательно, частота возбуждаемых в высокочастотном генераторе 8 колебаний f с достаточно высокой точностью обратно пропорциональна корню квадратному из значения магнитной восприимчивости χ(H), то есть f~1/[χ(H)+1] или, что то же, χ(H)=(1/4πfLC)-1 - функция от f.
MAX
MAX
HAC
НАС
МАХ
Ферромагнитное кольцо 1 с катушкой 6 полностью помещены в магнитном зазоре электромагнита 2 с его обмоткой 3 подмагничивания, которая соединена с регулируемым источником постоянного тока 4, и последний позволяет плавно изменять напряженность магнитного поля Н в магнитном зазоре электромагнита (это поле указано стрелками на рисунке), воздействуя на значение магнитной восприимчивости ферромагнетика кольца 1 в диапазоне 0≤H<H, где значение H>>H. При этом считается, что в диапазоне H≤H≤H, как известно, произведение в парапроцессе χ(H)*H=const.
O
По измеренным значениям частоты f в измерителе частоты 9 и напряженности магнитного поля H в измерителе 10, связанном с пленочным датчиком Холла 5 (схема возбуждения датчика не показана на рисунке), поступающим на первый и второй информационные входы решающего процессора с индикатором 11, рассчитывается кривая намагничивания J(H)=µχ(H)·Н или кривая магнитной восприимчивости χ(H) исследуемого ферромагнетика - зависимость его магнитной восприимчивости от величины действующего в нем постоянного магнитного поля. Эти данные накапливаются в запоминающем устройстве и воспроизводятся на индикаторе в виде соответствующей кривой, называемой кривой Столетова.
Литература
1. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986.
2. Вонсовский С.В. Магнетизм, М., 1971.
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 2 изд., М., 1982.