Определение магнитных характеристик в постоянных магнитных полях

 

За рубежом известен феррометр фирмы Сименс (ФРГ). В Советском Союзе получил распространение феррометр завода «Точэлектроприбор» типа У-542.

 

Рисунок 3 – Принципиальная схема измерений методом амперметра-вольтметра

 

 

На данном рисунке: А_т — автотрансформатор; М — катушка взаимной индуктивности; — образцовое безиндуктивное сопротивление; В_ср — милливольтметр средних значений; В_а — амплитудный милливольтметр; А — амперметр; — намагничивающая обмотка образца; — измерительная обмотка образца.

Рисунок 4 - Принципиальная схема феррометра

 

На данном рисунке: А_т — автотрансформатор для регулировки тока в намагничивающей обмотке образца ; М — катушка взаимной 
индуктивности; — измерительная обмотка образца; П – переключатель; МУВ — механический управляемый выпрямитель; — фазовращатель для установки начала отсечки измеряемой величины; Г — магнитоэлектрический гальванометр.

 

Основные параметры  феррометра У-542 следующие: 
Пределы измерений

по индукции, Т……………………………………………0,005—1,7

по напряженности  поля для образцов, А/см:

кольцевых…………………………………………………0,008—80

полосовых  ………………………………………………..0,08—80

Погрешность измерений, %..........................................................±5

Для измерения магнитных характеристик на частоте 50 Гц может быть использован векторметр типа Ц-50. Он отличается тем, что индукция и напряженность поля измеряются по схеме, изображенной на рис. 5, не одновременно, в то время как в феррометре У-542 для этой цели имеются две раздельные измерительные цепи.

 

Рисунок 5 – Принципиальная схема векторметра

 

На данном рисунке : — фазовращатель; МУВ — механический управляемый выпрямитель; Г — гальванометр.

 

 

Феррограф представляет собой по существу сочетание электронного осциллографа и интегратора. Блок-схема феррографа показана на рис. 6.

 

Рисунок 6 – Блок-схема феррографа

 

На данном рисунке: ИП – источник питания; — образцовое 
безиндуктивное сопротивление; — интегратор; — амплитудный милливольтметр; — намагничивающая обмотка образца; — измерительная обмотка образца; ЭО — электронный осциллограф.

 

На вход горизонтального канала осциллографа подается сигнал с образцового активного сопротивления, включенного последовательно в намагничивающую обмотку образца. Поэтому этот сигнал пропорционален напряженности намагничивающего поля.

Сигнал в измерительной обмотке  пропорционален производной индукции по времени . Поэтому перед подачей сигнала на вход вертикального канала усиления его необходимо проинтегрировать. Для этой цели обычно применяют электронные интеграторы. В результате на экране осциллографа появляется петля перемагничивания.

Известны разработки и серийно  выпускаемые феррографы. Так, широкое распространение получили ферротестер фирмы FOК — Сyem (Венгрия) и феррограф 1.033 ин-та д-ра Фёрстера (ФРГ). Феррограф входит в комплект феррометра У-542 и установки У-5010.

 

 

Измерители  магнитной индукции

 

Для измерения индукции (напряженности  поля) на воздушных участках различных намагничивающих устройств применяют тесламетры различных систем, но чаще всего с индукционными катушками, преобразователями Холла и феррозондами. Характеристики некоторых типов таких тесламетров приведены в табл. 1.

Важнейшей характеристикой ферромагнитных материалов является намагниченность насыщения. Для ее измерения применяют специальные электромагниты с отверстием в одном из полюсов (рис. 7), через которое в момент измерений проталкивают образец в межполюсное пространство.

Измерения проводят следующим образом. Полюсы электромагнита раздвигают на расстояние, равное длине образца. Между полюсами вставляют трубку из немагнитного материала с отверстием, равным отверстию в неподвижном полюсе электромагнита. В центре трубки наматывают несколько витков провода, которые включают в цепь баллистического гальванометра (микровеберметра).

Образец вставляют в отверстие  полюса электромагнита (см. рис. 7), включают ток, достаточный для создания поля насыщения, и вталкивают образец в межполюсное пространство. После приложения некоторого усилия для преодоления сил отталкивания он со значительной скоростью влетает в межполюсное пространство. При этом замечают отклонение светового указателя баллистического гальванометра или стрелки микровеберметра, пропорциональное намагниченности насыщения (А/см):

,

 

где — число витков на трубке; S — сечение образца, см²; С — постоянная баллистического гальванометра (микровеберметра).

В ряде случаев при контроле деталей  сложной формы необходимо знать индукцию на различных ее участках. Измерительные обмотки, навитые на участки детали, не всегда можно применять. В таких сложных условиях индукцию можно определить с помощью специальных двухигольчатых (индукционных) преобразователей.

Принцип работы таких преобразователей заключается в измерении ЭДС вихревых токов, возникающих в образце при его перемагничивании. Как и ЭДС в витках измерительной катушки, она связана с изменением магнитного потока зависимостью . Если определить ЭДС вихревых токов и найти размеры и положение контура вихревых токов, то расчет индукции ничем но 
будет отличаться от описанного выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Технические характеристики тесламетров

Наименование и тип прибора	Фирма, страна		Пределы измерений, Т	Погрешность, %	Измеряемое поле
Индукционные тесламетры
Тесламетр	СССР		2,01—0,05 и выше	0.03% при относительных измерениях для поля 0,01Т	Постоянное
Индукционное измерительное устройство			10-4-2	0,1
Тесламетр	Rnwson,США		0,25*10-8-12	0,1
Рок-генератор SM-1	RAR,CША		0,5*10-3- 50*106	1,0 по амплитуде, 0,5 по фазе	Переменное
Тесламетры с преобразователями Холла
Е11-3 (ИМИ-3)	СССР		0,01-1.6	1,5	Постоянное
Г-70			0,001— 0,003 – 0,010 – 0,030 -0,10	3-5
Тесламетр ЭТ-1			0,01 -0,1—0,5— 1 —2	1,5
Миллитесламетр			15*10-3-75*10-3-150*10-3	1.0
Измеритель магнитной индукции			0,15-0,3-0,6	2,5	Переменное от 30 до 10 кГц
			0,04-0,1-0,2	2,5
Измеритель напряженности поля: типа 1521 типа 1541	Ин-т д-ра Форстера, ФРГ			1.0 1.0	Постоянное
			0,001-2 1*10-4-2
Гауссметр	«Метра»,  ЧССР	0,2-0,5-2		2,5
Гауссметр: мод. 110 мод. 240 мод 350				2,0 1,0 2,0	Переменное 10 Гц—30 кГц
	FW «Bell», США		1*10-4-3 1*10-5-3 0,01-0,3
Гауссметр ETS-63	IPPT-PAN, ПНР		0,001-1	3-4	Постоянное
Магнитометр	АОТР, Франция		0,4-2	0,1
Гауссметр ММ-11	Tokogawa Electric Works, LtD, Япония		0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2	2,5	Постоянное, переменное до 500 Гц
Феррозондовые тесламетры
Прибор для измерении напряженности поля Г71				1,5	Постоянное               Постоянное
	СССР		5-10-20 кА/М
Компенсационный магнитометр высокой  чувствительности			До 0.01	-
Магнитометр МФ-4			0,04-400 А/м	2
Магнитометр МФ-21Ф			40- 8000 А/м	4
Полюсоискатель ФП-1			Семь диапазонов с отношением чувствительности 1:2:4:10:20:40:100	15
Магнитометр типа 1.131	Ин-т д-ра Ферстера, ФРГ		0,08—0,24—0,8—2,4-8-24-80 А/м	±2,5
Магнитскоп F1.067	То же		0,24-0,8-2,4-8- -24-80 А/м	±2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - К объяснению принципа измерения намагниченности насыщения

 

На данном рисунке: 1 — отверстие в полюсе электромагнита для помещения образца; 2 — трубка с измерительной обмоткой ; 3 — катушки электромагнита; 4 — сердечник электромагнита.

Двухигольчатый преобразователь  представляет собой две иглы из твердой  слабомагнитной стали, к которым  припаяны проводники, присоединяемые к соответствующему измерительному прибору (баллистическому гальванометру  или микровеберметру при измерении в постоянных магнитных полях или электронному милливольтметру при измерении в переменных магнитных полях). 
Во избежание погрешности, связанной с наличием магнитных потоков на поверхности образца, провод от одной иглы должен проходить вблизи поверхности образца до второй иглы. Два провода скручивают бифилярно.

Эквивалентный контур вихревых токов, сечение которого входит в формулы  для расчета индукции, находят  как периметр сечения образца (детали) и плоскости, проходящей через иглы преобразователя и перпендикулярной к направлению магнитного потока в образце. Поскольку таким способом определяется 
только часть ЭДС контура вихревого тока, то ее необходимо умножить на отношение периметра к расстоянию между остриями преобразователя .

Для деталей правильной формы их сечение, входящее в указанные расчетные  формулы, определяется обычным способом. Если сечение детали неравномерно (эллипс, треугольник, трапеция и т. п.), то для  определения сечения необходимо умножить величину ого основания на среднюю высоту между остриями преобразователя. Например, в случае, показанном на рис. 8, это сечение равно

.

 

В деталях с резкими изменениями  сечения эквивалентные контуры  вихревых токов ограничиваются участками равномерных и плавно изменяющихся сечений. Например, для детали, показанной на рис. 9, намагничиваемой током через стержень, находящийся в ее отверстии, необходимо отдельно измерять и рассчитывать сечение и эквивалентные контуры вихревых токов для каждого 
участка.

 

Рисунок 8 – К расчету сечения при измерении двухигольчатым преобразователем

 

 

Рисунок 9 – К расчету сечения при измерении двухигольчатым преобразователем

 

 

При неравномерном распределении  магнитного потока по участкам детали с помощью двухигольчатого преобразователя индукция измеряется локально на тех ее участках, где он помещен. С помощью двухигольчатого преобразователя нельзя проводить измерения на образцах и деталях, намагничиваемых путем пропускания по ним тока.

 

Коэрцитиметры

 

Коэрцитиметр с измерительным  генератором 4 показан на рис. 10. Он состоит из намагничивающей катушки 1 (с известной постоянной, т. е. коэффициентом, связывающим напряженность магнитного поля в ее центре и ток в обмотке), приспособления для крепления образца 5 и измерительного генератора, представляющего собой вращающуюся катушку 2, концы которой через коллектор подведены к гальванометру 3. Витки измерительной катушки 2 расположены так, что она не реагирует на магнитное поле, создаваемое катушкой 7, а реагирует только на составляющую магнитного поля образца, перпендикулярную полю катушки 1.

Образец предварительно намагничивается до насыщения (или близкой к нему величины намагниченности) в электромагните или самой катушке 1. При вращении измерительной катушки у края намагниченного образца в ней возникает ЭДС, создающая в измерительной цепи ток.

Выпрямленный коллектором измерительного генератора ток вызывает отклонение стрелки гальванометра 3. Если в катушку 1 включить ток такого направления, чтобы ее магнитное поле размагничивало образец, то при равенстве магнитного поля катушки 1 коэрцитивной силе образца поток, создаваемый магнитом, станет равным пулю, и стрелка гальванометра возвратится к нулю. В момент возвращения стрелки к нулю магнитное поле катушки 1 равно коэрцитивной силе образца. Поскольку в этом случае измерительный генератор служит лишь индикатором нуля, нет необходимости в его калибровке.

Рисунок 10 – Схема устройства коэрцитиметра с измирительным генератором

 

 

Схема установки для определения коэрцитивной силы методом сдергивания показана на рис. 11. Образец 4 помещают в центр катушки 1 с известной постоянной. На образец надевают измерительную катушку 2, соединенную с баллистическим гальванометром или микровеберметром. Образец и катушка 2 должны быть центрированы по оси намагничивающей катушки, а катушка 2, кроме того, должна легко перемещаться вдоль этой оси и надеваться на образец.

Коэрцитиметры

 

Рисунок 11 – Схема устройства коэрцитиметра, работающего по методу сдергивания

 

 

Принцип работы коэрцитиметра заключается в следующем. Когда по намагничивающей катушке в отсутствие образца идет ток, при передвижении в ней измерительной катушки 2 ЭДС в последней не возбуждается, так как она передвигается в зоне однородного поля. Если в катушку поместить предварительно намагниченный образец, то при перемещении катушки 2 в ней возбуждается 
ЭДС, что сказывается на показании измерительного прибора 3 (баллистического гальванометра или микровеберметра). При включении в катушку НК тока такого направления, чтобы ее поле было противоположно намагниченности образца, показания измерительного прибора уменьшаются и становятся равными нулю 
при напряженности поля в намагничивающей катушке, численно равной коэрцитивной силе образца. Напряженность поля (в А/м)