close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14538

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК
G 01R 33/12 (2006.01)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ
ВДОЛЬ ПОЛОГО ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ КРУГЛОГО
СЕЧЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЕ ЗНАЧЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОМ
ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ СТЕРЖНЯ
(21) Номер заявки: a 20090852
(22) 2009.06.10
(43) 2011.02.28
(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 14538 C1 2011.06.30
BY (11) 14538
(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.
SU 1195313 A, 1985.
SU 1492327 A1, 1989.
US 4031460 A, 1977.
US 2007052413 A1, 2007.
(57)
Способ определения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют внутренний R1 и внешний R2 радиусы стержня, а также его длину L,
вычисляют отношение λ длины стержня к удвоенному значению его внешнего радиуса,
измеряют напряженность Нвш внешнего постоянного однородного 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 циклу и определяют
M
искомую относительную намагниченность
, где M и M0 - намагниченности соответM0
ственно на расстоянии z от центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением
2
1
M
 2z 
F(L , R 1 , R 2 , B м , H вш , H cs )   ,
=1−
1 + 1,7 / λ
M0
 L 
где
F(L, R 1 , R 2 , Bм , H вш , H cs ) = 1 −
1


1

1+ 
µ 0 H вш 6 ⋅ 10− 6 L2 H вш
2L

⋅
+ 2
⋅
2
 R2 − R2
−
B
R
R
H cs
м
2
1
2
1








2
+
BY 14538 C1 2011.06.30
+
4
1


1

1+ 
2L
µ 0 H вш 6 ⋅ 10 − 6 L2 H вш

⋅
+ 2
⋅
 R2 − R2
Bм
R 2 − R 12 H cs
2
1

2


µ 0 H вш
L

⋅
 +
2
2
Bм
R 2 − R1



 2z 
 ;
L
µ0 - магнитная постоянная.
Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано
при определении намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной
цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня.
Известен способ [1] определения намагниченности M вдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле
разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности M0 в центральном поперечном сечении стержня, основанный на представлении этого распределения в виде степенного ряда и включающий измерение длины L стержня и экспериментальное определение
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 определения
по нему распределения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи
вследствие использования только одного члена степенного ряда и необходимости определять параметр C для каждого значения длины, внешнего и внутреннего радиусов полого
стержня в зависимости от его магнитных свойств и величины магнитного поля, в котором
стержень находится.
Известен способ [2] определения намагниченности M вдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле
разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности M0 в центральном поперечном сечении, основанный на представлении этого распределения в виде степенного ряда и
включающий измерение длины L и внешнего радиуса стержня и определение отношения λ
его длины к удвоенному значению внешнего радиуса
M
4z 2
16z 4
= 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.
Недостатками известного способа являются ограничение, накладываемое на величину
λ, (λ > 1,7), при которой способ может быть реализован, и низкая точность определения
распределения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи вследствие
того, что не учитываются внутренний радиус полого стержня, магнитные свойства его материала и величина магнитного поля, в котором стержень находится.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является
способ [3] определения распределения намагниченности M вдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном
поле разомкнутой магнитной цепи, относительно намагниченности M0 в центральном по2
BY 14538 C1 2011.06.30
перечном сечении стержня, основанный на представлении этого распределения в виде
степенного ряда, включающий измерение длины L и внешнего радиуса стержня, определение отношения λ его длины к удвоенному значению внешнего радиуса, измерение в
разомкнутой магнитной цепи напряженности Нвш внешнего магнитного поля, в котором
находится стержень, напряженности Нр размагничивающего поля и его магнитной индукции Bт в центральном поперечном сечении стержня,
M
0,8F(λ, µ) 4z 2 0,2F(λ, µ)16z 4
=1−
−
,
(3)
M0
1 + 1,7 / λ L2
L4
где
1
,
F(λ, µ) =
645(1 + λ )
(4)
1+
2
µ
Bт
µ=
,
(5)
µ0 (Н вш − Н р )
z - расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, µ0 - магнитная постоянная.
Недостатком известного способа является сложность его реализации из-за необходимости измерения напряженности Нр размагничивающего поля для каждого размера полого
стержня с учетом магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находится, а также низкая точность определения намагниченности на расстояниях более 0,3-0,35 его длины от центрального поперечного сечения вследствие
изменения величины µ, вдоль длины полого стержня в зависимости от магнитных свойств
материала стержня, его размеров и величины внешнего поля.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение операций определения намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи,
относительно ее значения в центральном поперечном сечении за счет исключения сложной операции измерения напряженности Нр размагничивающего поля для каждого размера стержня с учетом магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в
котором стержень находится, и повышение точности определения за счет учета зависимости магнитных свойств полого стержня от магнитных свойств его материала, величины
магнитного поля, в котором стержень находится, его относительных размеров и расстояния точки измерения от центрального поперечного сечения полого стержня.
Сущность изобретения заключается в том, что измеряют внутренний R1 и внешний R2
радиусы стержня, а также его длину L, вычисляют отношение λ длины стержня к удвоенному значению его внешнего радиуса, измеряют напряженность Нвш внешнего постоянного однородного 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
M
,
Hcs по предельному циклу, и определяют искомую относительную намагниченность
M0
где M и M0 - намагниченности соответственно на расстоянии z от центрального поперечного сечения стержня и в его центральном сечении, в соответствии с выражением
2
1
M
 2z 
F(L, R1 , R 2 , Bм , Н вш , H cs )  ,
=1−
1 + 1,7 / λ
M0
L
где
3
(6)
BY 14538 C1 2011.06.30
F(L, R1 , R 2 , Bм , H вш , H cs ) = 1 −
+
1


1

1+ 
µ 0 H вш 6 ⋅ 10 −6 L2 H вш
2L
⋅
+ 2

⋅
 R2 − R2
Bм
R 2 − R12 H cs
2
1








4
1
2
2
 2z 
  ,
L
+
(7)




µ 0 H вш
1
L


+
⋅
1+ 
−6 2

µ 0H вш 6 ⋅10 L H вш
2L
Bм
R 22 − R12
⋅
+ 2

⋅

2
 R2 − R2
Bм
R 2 − R1 H cs 
2
1

µ0 - магнитная постоянная.
В отличие от прототипа по предлагаемому изобретению дополнительно измеряют
внутренний радиус полого стержня и, вместо сложного измерения в разомкнутой магнитной цепи напряженности Нр размагничивающего поля стержня и его магнитной индукции
Bт (магнитной индукции тела), в замкнутой магнитной цепи измеряют магнитную индукцию Bм материала стержня при поле, равном Нвш, и его коэрцитивную силу Hcs по предельному циклу, а относительную величину намагниченности M/M0 на расстоянии z от
центрального поперечного сечения стержня определяют по соотношениям (6) и (7), что
позволяет упростить процесс определения намагниченности вдоль стержня за счет исключения сложной операции измерения Нр размагничивающего поля для каждого размера полого стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого он изготовлен и
величины магнитного поля, в котором стержень находится, и повысить точность определения относительной намагниченности за счет учета зависимости магнитных свойств
стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, относительных размеров
полого стержня и расстояния заданной точки вдоль длины стержня 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/м (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 относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с Hcs - 150 А/м при Нвш = 40000 А/м,
λ = 2 и (R 22 − R12 ) / L2 = 0,012 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению
(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в
каждой точке вдоль стержня (ο).
На фиг. 4 представлено относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с Hcs = 150 А/м при Нвш = 40000
А/м, λ = 10 и (R 22 − R12 ) / L2 = 0,00048 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в каждой точке вдоль стержня (ο).
На фиг. 5 представлено относительное изменение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с Hcs = 724 А/м при Нвш = 500 А/м,
λ = 2 и (R 22 − R12 ) / L2 = 0,0525 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению
(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в
каждой точке вдоль стержня (ο).
На фиг. 6 представлено относительное изменение намагниченности вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения для материала с Hcs = 724 А/м при Нвш = 20000 А/м,
4
BY 14538 C1 2011.06.30
λ = 20 и (R 22 − R12 ) / L2 = 0,00062 по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению
(кривая 2) в сравнении с результатами измерения намагниченности непосредственно в
каждой точке вдоль стержня (ο).
Способ осуществляется следующим образом.
Измеряют длину L, внутренний R1 и внешний R2 радиусы полого стержня, вычисляют
отношение λ его длины к удвоенному значению внешнего радиуса R2.
Измеряют величину Нвш внешнего постоянного однородного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи (например, магнитного поля соленоида), в которое помещается
испытуемый образец.
Помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи (например, магнитное поле пермеаметра) и измеряют магнитную индукцию Bм материала стержня при магнитном поле, равном Нвш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу Hcs (фиг. 2).
Подставляют величины λ, L, R1, R2, Нвш, 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; (R 22 − R12 ) / L2 = 0,012] из магнитомягкого материала (Hcs = 150 А/м), находящегося в магнитном поле Нвш = 40000 А/м,
предлагаемый способ (кривая 2) позволяет точнее определить распределение относительную величину намагниченности вдоль полого ферромагнитном стержне по всей его длине,
чем это можно сделать по прототипу (кривая 1).
Для длинного стержня [λ = 10; (R 22 − R12 ) / L2 = 0,00048] из того же материала, находящегося в магнитном поле той же величины, определение относительной намагниченности
по прототипу (кривая 1) дает завышенные значения по сравнению с измерениями по предложенному способу в каждой точке вдоль всей длины стержня (фиг. 4).
Для короткого стержня [λ = 2; (R 22 − R12 ) / L2 = 0,0525] из материала с Hcs = 724 А/м,
находящегося в магнитном поле Нвш = 500 А/м, определение относительной намагниченности по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому способу (кривая 2) хорошо совпадают
с результатами определения относительной намагниченности при z/L < 0,25. Ближе к
краю стержня измерения по прототипу лучше описывает распределение намагниченности
(фиг. 5).
Для длинного стержня [λ = 20; (R 22 − R12 ) / L2 = 0,00062] из материала с Hcs = 724 А/м,
находящегося в магнитном поле Нвш = 20000 А/м, измерения по предложенному способу
дают немного заниженные значения относительной величины намагниченности в области
z/L < 0,3, однако значительно точнее описывают результаты измерения намагниченности
в ближней к краю стержня области (фиг. 6).
Таким образом, определение намагниченности вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в постоянном однородном магнитном 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 Нр 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 Нвш внешнего магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, в котором
находится стержень, измеряют дополнительно внутренний радиус полого стержня и в замкнутой магнитной цепи измеряют индукцию Bм материала стержня (которая не зависит
от размеров стержня) при поле, равном Нвш, 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.
5
BY 14538 C1 2011.06.30
Измерение в замкнутой магнитной цепи индукции Bм материала стержня при поле,
равном Нвш, и его коэрцитивной силы Hcs по предельному циклу, и учет зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находится, его внутреннего радиуса и расстояния заданной точки от центрального поперечного сечения
стержня по предложенному соотношению позволяют существенно повысить точность
определения относительной 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 Нвш = 20000 А/м и λ = 20 в точке z/L = 0,45 погрешность
измерения уменьшена с 51,2 % практически до 0, в точке z/L = 0,4 - с 18 % также практически до 0, а в точке z/L = 0,35 - с 6 % до 3 %.
Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является возможность учета размагничивающего действия торцов и боковых поверхностей полого стержня
при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого он 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. - М.: Энергия, 1969. - С. 21-22.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
6
BY 14538 C1 2011.06.30
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
338 Кб
Теги
патент, by14538
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа