close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14387

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01R 33/12
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ ВДОЛЬ
ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ,
НАХОДЯЩЕГОСЯ В ПОСТОЯННОМ ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ
РАЗОМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ, ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЕ
ЗНАЧЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ
СТЕРЖНЯ
(21) Номер заявки: a 20090098
(22) 2009.01.27
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт прикладной
физики Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Матюк Владимир Федорович; Осипов Александр Александрович;
Стрелюхин
Александр
Владиславович (BY)
BY 14387 C1 2011.06.30
BY (11) 14387
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) МАТЮК В. Ф. и др. Весцi Нацыянальнай Акадэмii Навук Беларусi. - 2007. № 4. - С. 113-119.
RU 2293344 C1, 2007.
SU 1420561 A2, 1988.
SU 1492327 A1, 1989.
JP 1299455 A, 1989.
US 2007052413 A1, 2007.
(57)
Способ измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют
диаметр стержня и его длину L, вычисляют отношение λ длины стержня к его диаметру,
измеряют напряженность Hвш магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором
находится стержень, а затем помещают стержень в магнитное поле замкнутой магнитной
цепи, равное Hвш, измеряют магнитную индукцию Вм материала стержня и его коэрцитивM
ную силу Hcs по предельному циклу и определяют искомую намагниченность
, где M
M0
Фиг. 5
BY 14387 C1 2011.06.30
и M0 - намагниченности соответственно на расстоянии z от центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении в соответствии с выражением
2
M
1
 2z 
= 1−
F(λ, Bм , H вш , H cs )  ,
M0
1 + 1,7 / λ
L
где
F(λ, Bм , H вш , H cs ) = 1 −
1

 Bм  
1

⋅ 
1+ 
−
5
2
 4λ + 2,4 ⋅10 λ B /(µ H ) µ H  
0
вш


м
0 cs

2
+
4
 2z 
+
  ;
2

 Bм  
 µ 0 H вш   L 
1
  + 2λ

⋅
1+ 
 4λ + 2,4 ⋅ 10 − 5 λ2 B /(µ H )  µ H  
B


0
вш
м


м
0 cs


µ0 - магнитная постоянная.
1
Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано
при измерении намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения,
находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно
ее значения в центральном поперечном сечении стержня.
Известен способ [1] измерения намагниченности M вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой
магнитной цепи, относительно ее значения M0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного ряда, основанный на измерении длины L стержня и экспериментальном определении постоянного параметра C этого ряда,
M
4z 2
= 1− C 2 ,
(1)
M0
L
где z - расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки.
Недостатком известного способа является низкая точность и сложность измерения
намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие использования только одного члена
степенного ряда и необходимости определять параметр C распределения для каждого значения соотношения между длиной и диаметром стержня в зависимости от его магнитных
свойств и величины магнитного поля, в котором стержень находится.
Известен способ [2] измерения намагниченности M вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной
цепи, относительно его значения M0 в центральном поперечном сечении стержня в виде
степенного ряда, основанный на измерении длины L и диаметра D стержня и определении
их отношения λ,
16z 4
M
4z 2
= 1 − (0,8 − 1,36 / λ) 2 − (0,2 − 0,34 / λ) 4 ,
(2)
M0
L
L
где z - расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки.
Недостатком известного способа являются ограничение, накладываемое на величину
λ, (λ > 1,7), при которой способ может быть реализован, и низкая точность измерения
намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие того, что не учитываются магнитные свойства материала стержня и величина магнитного поля, в котором стержень
находится.
2
BY 14387 C1 2011.06.30
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является
способ [3] измерения намагниченности M вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно его значения M0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного
ряда, основанный на измерении длины L и диаметра D стержня, определении их отношения λ, измерении в разомкнутой магнитной цепи напряженности Hвш внешнего магнитного поля, в котором находится стержень, напряженности Hp размагничивающего поля и его
магнитной индукции Bт, в центральном поперечном сечении стержня,
M
0,8F(λ, µ)4z 2 4z 2 0,2F(λ, µ) 16z 4
= 1−
,
−
(3)
M0
1 + 1,7 / λ
1 + 1,7 / λ L4
L2
где
1
,
F(λ, µ) =
645(1 + λ )
(4)
1+
µ2
Bт
µ=
,
(5)
µ 0 (H вш − H р )
z - расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, µ0 - магнитная постоянная.
Недостатком известного способа является сложность его реализации из-за необходимости измерения Hр размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины магнитного
поля, в котором стержень находится, и низкая точность определения намагниченности на
расстояниях более 0,3-0,35 длины стержня от его центрального поперечного сечения
вследствие изменения величины µ вдоль длины стержня.
Цель настоящего изобретения - упрощение и повышение точности измерения намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в
центральном поперечном сечении стержня.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение операций по измерению намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося
в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в
центральном поперечном сечении стержня за счет исключения сложной операции измерения Hр размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных
свойств материала, из которого он изготовлен, и величины магнитного поля, в котором
стержень находится, и повышение точности измерения за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором стержень находится, и от
расстояния заданной точки от его центрального поперечного сечения.
Сущность изобретения заключается в том, что измеряют диаметр стержня и его длину
L, вычисляют отношение λ длины стержня к его диаметру, измеряют напряженность Hвш
магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, а затем
помещают стержень в магнитное поле замкнутой магнитной цепи, равное Нвш, измеряют
магнитную индукцию Вм материала стержня и его коэрцитивную силу Hcs по предельному
M
, где M и M0 - намагниченности социклу, и определяют искомую намагниченность
M0
ответственно на расстоянии z от центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением
2
M
1
 2z 
= 1−
F(λ, Bм , H вш , H cs )  ,
M0
1 + 1,7 / λ
L
3
(6)
BY 14387 C1 2011.06.30
где
F(λ, Bм , H вш , H cs ) = 1 −
1

 Bм  
1


⋅
1+ 
 4λ + 2,4 ⋅10 −5 λ2 B /(µ H )  µ H  
м
0 cs  0 вш  

2
+
(7)
4
 2z 
+
  ;
2


 Bм 
 µ 0 H вш   L 
1





+ 2λ
⋅
1+
 4λ + 2,4 ⋅ 10 − 5 λ2 B /(µ H )  µ H  
B

м 
м
0 cs  0 вш  

µ0 - магнитная постоянная.
В отличие от прототипа вместо сложного измерения в разомкнутой магнитной цепи
напряженности Hр размагничивающего поля стержня и его магнитной индукции Bт (магнитной индукции тела) дополнительно в замкнутой магнитной цепи измеряют индукцию
Bм материала стержня при поле, равном Hвш, и его коэрцитивную силу Hcs по предельному
M
циклу, а относительную величину намагниченности
на расстоянии z от центрального
M0
поперечного сечения стержня определяют по соотношениям (6) и (7), что позволяет упростить процесс измерения намагниченности вдоль стержня за счет исключения сложной операции измерения Hр размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом
магнитных свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повысить точность измерения намагниченности за счет
учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он
находится, и от расстояния заданной точки от его центрального поперечного сечения.
На фиг. 1 представлены основные кривые намагничивания для материалов с коэрцитивной силой Hcs = 150 А/м (кривая 1) и Hcs - 724 А/и (кривая 2).
На фиг. 2 представлены предельные петли магнитного гистерезиса для материалов с
коэрцитивной силой Hcs, = 150 А/м (кривая 1) и Hcs = 724 А/м (кривая 2).
На фиг. 3 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения для материала с Hcs = 150 А/м при Hвш = 40000 А/м и λ = 2 по прототипу
(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о).
На фиг. 4 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения для материала с Hсs = 150 А/м при Hвш = 40000 А/м и λ = 20 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о).
На фиг. 5 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения для материала с Hcs = 724 А/м при Hвш = 500 А/м и λ = 2 по прототипу
(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о).
На фиг. 6 представлено изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня
круглого сечения для материала с Hcs = 724 А/м при Hвш - 20000 А/м и λ = 20 по прототипу
(кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о).
Способ осуществляется следующим образом.
Измеряют длину L и диаметр D испытуемого образца и определяют их отношение
λ = L/D.
Помещают испытуемый образец в магнитное поле разомкнутой магнитной цепи
(например, магнитное поле соленоида) и измеряют величину Hвш этого поля.
1
4
BY 14387 C1 2011.06.30
Затем помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи
(например, магнитное поле пермеаметра) и измеряют магнитную индукцию Bм материала
стержня при магнитном поле, равном Hвш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу Нcs (фиг. 2).
Подставляют величины λ, Hвш, Bм и Hcs в предложенное соотношение и для заданных
точек с координатой z вдоль стержня, определяют относительную величину намагниченности M/M0.
Из фиг. 3 видно, что для короткого стержня (λ = 2) из магнитомягкого материала
(Hcs = 150 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью Hвш = 40000 А/м измерения по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадают
с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль
стержня.
Для длинного стержня (λ = 20) из того же материала, находящегося в магнитном поле
той же величины, при z/L > 0,3 изменение намагниченности по прототипу (кривая 1) значительно отличается от результатов измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня. В то же время изменение намагниченности по предложенному
способу (кривая 2) дает более приемлемые величины (фиг. 4).
Для короткого стержня (λ = 2) из магнитожесткого материала (Hcs = 724 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью Hвш = 500 А/м, изменение намагниченности
по прототипу (кривая 1) дает при z/L > 0,25 существенно завышенные результаты, а по
предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадает с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (фиг. 5).
Для длинного стержня (λ = 20) из магнитожесткого материала (Hcs = 724 А/м), находящегося в магнитном поле напряженностью Hвш = 20000 А/м, изменение намагниченности по прототипу (кривая 1) при z/L > 0,3 существенно отличается от результатов
измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня, по предлагаемому способу значения относительной намагниченности несколько занижены в центральной области, однако гораздо лучше описывают результаты измерения
намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня в ближней к краю
стержня области (фиг. 6).
Таким образом, измерение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном поле разомкнутой магнитной цепи,
относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня по предлагаемому
способу содержит более простые операции: вместо измерения по сложной методике в
разомкнутой магнитной цепи напряженности Hр размагничивающего поля стержня [4] и
его магнитной индукции Bт (магнитной индукции тела), величины которых необходимо
измерять для каждого размера стержня и для каждой величины напряженности Hвш внешнего магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором находится стержень, измеряют в замкнутой магнитной цепи индукцию Bм материала стержня (которая не зависит от
размеров стержня) при поле, равном Hвш, и его коэрцитивную силу Hcs по предельному
циклу, которая также является простой операцией и не зависит от размеров стержня, что в
совокупности позволяет существенно упростить процесс измерения.
Измерение в замкнутой магнитной цепи индукции Bм материала стержня при поле,
равном Hвш, и его коэрцитивной силы Hcs по предельному циклу и учет зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, и от расстояния заданной точки от центрального поперечного сечения стержня по предложенному
соотношению позволяют существенно повысить точность измерения намагниченности по
сравнению с прототипом, особенно на расстояниях более 0,3-0,35, от центрального поперечного сечения стержня. Например, для материала с Hcs = 724 А/м при Hвш = 20000 А/м и
λ = 20 в точке z = 0,45 погрешность измерения уменьшена со 107 % до практически 0, в
точке z = 0,4 погрешность уменьшена с 42 % также практически до 0, а в точке z = 0,35 - с
13 % до 3 %.
5
BY 14387 C1 2011.06.30
Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является возможность учета размагничивающего действия торцов и боковой поверхности стержня при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого стержень
изготовлен и величины внешнего магнитного поля.
Источники информации:
1. Розенблат М.А. Коэффициенты размагничивания стержней высокой проницаемости // ЖТФ. - 1954. - Вып. 4. - С. 637-661.
2. Бурцев Г.А. Расчет коэффициента размагничивания цилиндрических стержней //
Дефектоскопия. - 1971. - № 5. - С. 20-30.
3. Матюк В.Ф., Осипов А.А., Стрелюхин А.В. Учет магнитных свойств материала при
определении центрального коэффициента размагничивания полых цилиндрических
стержней // Весцi Нацыянальнай Акадэмii навук Беларусi. Сер. фiз.тэхн. навук. - 2007. № 4. - С. 113-120 (прототип).
4. Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - M.: Энергия, 1969. - С. 21-22.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
6
BY 14387 C1 2011.06.30
Фиг. 4
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
330 Кб
Теги
by14387, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа