close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16056

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01R 33/12
(2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ МАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ ВДОЛЬ ПОЛОГО ФЕРРОМАГНИТНОГО СТЕРЖНЯ
КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ, НАМАГНИЧЕННОГО В РАЗОМКНУТОЙ
МАГНИТНОЙ ЦЕПИ, ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЕ ЗНАЧЕНИЯ
В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ СТЕРЖНЯ
(21) Номер заявки: a 20100535
(22) 2010.04.08
(43) 2011.12.30
(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 16056 C1 2012.06.30
BY (11) 16056
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) САНДОМИРСКИЙ С.Г. Дефектоскопия. - 1992. - № 4. - С. 75-81.
RU 2179323 C1, 2002.
RU 2293344 C1, 2007.
SU 1553910 A1, 1990.
US 2007/052413 A1.
JP 1299455 A, 1989.
(57)
Способ определения остаточной магнитной индукции вдоль полого ферромагнитного
стержня круглого сечения, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным
постоянным магнитным полем заданной напряженности H вш , относительно ее значения в
центральном поперечном сечении стержня, в котором измеряют длину L, а также внутренний R1 и внешний R2 радиусы указанного стержня, затем помещают стержень в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукцию B м его материала при
напряженности внешнего магнитного поля, равной H вш , отключают магнитное поле и измеряют остаточную магнитную индукцию B мr материала стержня в его центральном поперечном сечении, а также коэрцитивную силу Hcs материала стержня по предельному
циклу, а затем определяют искомую относительную остаточную магнитную индукцию
Bcr
, где Bcr и B cr 0 - значения индукции соответственно на заданном расстоянии z от ценc
Br 0
трального поперечного сечения стержня и в его центральном поперечном сечении, в соответствии с выражением
BY 16056 C1 2012.06.30




4

 2z 
1−  

Bcr
1
L

1
1
×
−
=
−
c
1
,
7
0
,
25

Br 0

1+
+

λ 1 + 100 

1
λ  1+ 

Bмr
4λ
λ2
−5


 ρ(2 − ρ ) + 2,4 ⋅10 ρ(2 − ρ) µ H
0 cs


где λ = L/2R2 - относительная длина стержня;
ρ = (R2-R1)/R2 - относительная толщина стенки стержня;
µ0 - магнитная постоянная.
 Bм
⋅ r
µ H
 0 cs





 2z  2
 ,
2 
  L 
 
4Bм   
+

µ 0 H вш   
 
 
Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано
для определения распределения остаточной магнитной индукции вдоль полого ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном
сечении стержня, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем.
Известен способ [1] определения распределения магнитной индукции B вдоль сплошного ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в однородном постоянном магнитном поле разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения B0 в
центральном поперечном сечении в виде степенного ряда, основанный на измерении длины L стержня и экспериментальном определении постоянного параметра C этого ряда,
B
4z 2
= 1− С 2 ,
(1)
B0
L
где z - расстояние от центрального поперечного сечения до рассматриваемой точки.
Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения
распределения остаточной магнитной индукции Br вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения Br0 в центральном поперечном сечении вследствие
перераспределения магнитной индукции вдоль стержня после выключения намагничивающего поля, в котором стержень находился, использования только одного члена степенного ряда и необходимости определять параметр C распределения для каждого
значения соотношения между длиной и диаметром стержня в зависимости от магнитных
свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находился.
Известен способ [2] определения распределения намагниченности M вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения, находящегося в однородном постоянном магнитном
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 Hр размагничивающего поля и его магнитной индукции Bт в центральном
поперечном сечении стержня,
 z2  z2
3,2
M
1
1 +  ,
= 1−
(2)
645(1 + λ )  L2  L2
1,7
M0
1+
1+
2
λ
µ
где
2
BY 16056 C1 2012.06.30
µ=
Bт
µ 0 (H вш − H р )
,
(3)
z - расстояние от центрального сечения до рассматриваемой точки, µ0 - магнитная постоянная.
Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения
распределения остаточной магнитной индукции Br вдоль ферромагнитного стержня относительно ее значения Br0 в центральном поперечном сечении из-за перераспределения
магнитной индукции вдоль стержня после выключения намагничивающего поля, в котором стержень находился, и необходимости измерения размагничивающего поля Hp для
каждого размера стержня с учетом магнитных свойств материала, из которого он изготовлен, и величины магнитного поля.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ [3] определения распределения остаточной магнитной индукции Br вдоль ферромагнитного стержня круглого сечения после его намагничивания однородным постоянным
магнитным полем в разомкнутой магнитной цепи относительно величины остаточной
магнитной индукции Br0 в центральном поперечном сечении стержня в виде степенного
ряда (1), основанный на измерении остаточной магнитной индукции Br0 в центральном и
Br1 в торцевом сечениях стержня, длины L и диаметра D стержня и определении параметра C в виде
1
С=
,
(4)
K
1+
λ
где K - постоянный для данного материала коэффициент, зависящий от его магнитных
свойств, λ - отношение длины L к диаметру D стержня.
Недостатками известного способа являются низкая точность и сложность определения
распределения остаточной магнитной индукции Br вдоль ферромагнитного стержня относительно ее значения Br0 в центральном поперечном сечении вследствие большой погрешности измерения магнитной индукции Br1 на торце стержня из-за большого градиента
магнитной индукции в этой области, использования только одного члена степенного ряда,
зависимости параметра K не только от магнитных свойств его материала, но и от величины магнитного поля, в котором стержень находился, и от соотношения между длиной и
диаметром стержня.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности и упрощение операций по определению распределения остаточной магнитной индукции вдоль
ферромагнитного стержня круглого сечения относительно ее значения в центральном поперечном сечении стержня, намагниченного в разомкнутой магнитной цепи однородным
постоянным магнитным полем, за счет исключения сложной операции определения параметра K распределения для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала, величины магнитного поля, в котором стержень находился, и размеров стержня и
за счет учета зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля.
Сущность изобретения заключается в том, что измеряют длину L, внутренний R1 и
внешний R2 радиусы полого стержня, помещают стержень в замкнутую магнитную цепь и
измеряют магнитную индукцию Bм его материала при напряженности магнитного поля,
равной напряженности Hвш внешнего постоянного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, после воздействия которого на стержень необходимо определить величину его
остаточной магнитной индукции B cr , остаточную магнитную индукцию B мr материала
стержня в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силу Hcs материала стержня по предельному циклу, а остаточную магнитную индукцию B сr относительно ее величины B cr 0 в центральном поперечном сечении стержня
3
BY 16056 C1 2012.06.30
после его намагничивания в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем напряженностью Hвш определяют по соотношению




4
 2z 

1
−
 

B cr
1
L
1
1
=
−
×
−

c
1,7
0,25 
Br 0

1+
+

100

λ 1+

1
λ  1+ 
B мr
4
λ
λ2

−5

2
,
4
10
+
⋅

 ρ(2 − ρ)
ρ(2 − ρ) µ 0 H cs


 Bм
4Bм
⋅  r +
 µ 0 H cs µ 0 H вш





 2z  2
 ,
2 
  L 

 
  
 
 
 
(5)
где λ = L/(2R2) - относительная длина, ρ = (R2-R1)/R2 - относительная толщина стенки полого стержня, µ0 - магнитная постоянная.
В отличие от прототипа, дополнительно измеряют внутренний радиус стержня, вместо
определения параметра K распределения для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором он находился, стержень помещают в замкнутую магнитную цепь и измеряют магнитную индукцию Bм при
напряженности магнитного поля, равной напряженности Hвш внешнего постоянного магнитного поля разомкнутой магнитной цепи, после воздействия которого на стержень необходимо определить величину его остаточной магнитной индукции B сr , остаточную
магнитную индукцию B мr 0 в его центральном поперечном сечении после выключения этого поля и коэрцитивную силу Hcs материала стержня по предельному циклу, а остаточную
магнитную индукцию B сr относительно ее величины B сr 0 в центральном поперечном сечении стержня после его намагничивания в разомкнутой магнитной цепи однородным постоянным магнитным полем определяют по соотношению (5), что позволяет упростить
процесс определения относительной магнитной индукции вдоль стержня за счет исключения сложной операции определения параметра K распределения для каждого стержня в
зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором
стержень находился, и повысить точность определения магнитной индукции за счет учета
зависимости магнитных свойств стержня от величины магнитного поля, в котором он находился.
На фиг. 1 представлены основные кривые намагничивания для материалов с коэрцитивной силой Hcs = 160 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 = 160 А/м (кривая 1) и Hcs = 724 А/м (кривая 2).
На фиг. 3 представлены распределения относительной величины магнитной индукции
по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого
сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (о) с λ = 2 и ρ = 0,1 из материала с
Hcs = 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью Hвш = 40000 А/м в разомкнутой магнитной цепи.
На фиг. 4 представлены распределения относительной величины магнитной индукции
по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого
сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (ο) с λ = 50 и ρ = 0,1 из материала
с Hcs = 160 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью Hвш = 20000 А/м в разомкнутой магнитной цепи.
На фиг. 5 представлены распределения относительной величины магнитной индукции
по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с ре-
4
BY 16056 C1 2012.06.30
зультатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого
сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (ο) с λ = 5 и ρ = 0,6 из материала
с Hcs = 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью Hвш = 2000 А/м в разомкнутой магнитной цепи.
На фиг. 6 представлены распределения относительной величины магнитной индукции
по прототипу (кривая 1) и по предлагаемому изобретению (кривая 2) в сравнении с результатами измерения распределения остаточной магнитной индукции стержней круглого
сечения непосредственно в каждой точке вдоль стержня (ο) с λ = 20 и ρ = 0,9 из материала
с Hcs = 724 А/м, намагниченного однородным постоянным магнитным полем напряженностью Hвш = 10000 А/м в разомкнутой магнитной цепи.
Способ осуществляется следующим образом.
Измеряют длину L, внутренний R1 и внешний R2 радиусы полого стержня и определяют относительную длину λ = L/(2R2) и относительную толщину стенки ρ = (R2-R1)/R2
полого стержня.
Помещают испытуемый образец в магнитное поле замкнутой магнитной цепи (например, магнитное поле пермеаметра баллистической установки) и измеряют магнитную индукцию Bм материала стержня при магнитном поле напряженностью Hвш, после
воздействия которого на стержень в разомкнутой магнитной цепи определяется величина
его остаточной магнитной индукции, остаточную магнитную индукцию B мr материала
стержня после выключения внешнего магнитного поля замкнутой магнитной цепи, равного по величине Hвш (фиг. 1), и его коэрцитивную силу Hcs (фиг. 2).
Подставляют величины λ, ρ, Hвш, Bм, B мr и Hcs в предложенное соотношение и для заданных точек с координатой z вдоль стержня определяют распределение относительной
величины остаточной магнитной индукции B cr / Bcr 0 .
Из фиг. 3 видно, что для стержня λ = 2 и ρ = 0,1 из материала Hcs = 160 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью Hвш = 40000 А/м, результаты определения
распределения B cr / Bcr 0 по предлагаемому способу в области z/L < 0,35 лучше совпадают с
результатами измерения остаточной магнитной индукции непосредственно в каждой точке вдоль стержня по сравнению с прототипом (кривая 1).
Для стержня с λ = 50 и ρ = 0,1 из того же материала, намагниченного магнитным полем напряженностью Hвш = 20000 А/м, определение по предлагаемому способу позволяет
точнее описать распределение остаточной магнитной индукции вдоль всей длины стержня
по сравнению с определением по прототипу (кривая 1).
Для стержня с λ = 5 и ρ = 0,6 из материала с Hcs = 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью Hвш = 2000 А/м, определение по предлагаемому способу позволяет лучше описать распределение относительной магнитной индукции в области
z/L < 0,3 по сравнению с определением по прототипу (кривая 1) (фиг. 5).
Для стержня с λ = 20 и ρ = 0,9 из материала с Hcs = 724 А/м, намагниченного магнитным полем напряженностью Hвш = 10000 А/м, результаты определения остаточной магнитной индукции по прототипу и по предложенному способу практически совпадают и
дают величины, сравнимые с результатами измерения (фиг. 6).
Таким образом, определение распределения остаточной магнитной индукции вдоль
полого ферромагнитного стержня круглого сечения, намагниченного однородным постоянным магнитным полем в разомкнутой магнитной цепи, относительно ее значения в центральном поперечном сечении по предлагаемому способу содержит более простые
операции: вместо определения параметра K для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его материала и величины магнитного поля, в котором стержень находился, измеряют в замкнутой магнитной цепи магнитную индукцию Bм при поле, равном по
величине Hвш, остаточную магнитную индукцию B мr после выключения этого поля и ко-
5
BY 16056 C1 2012.06.30
эрцитивную силу Hcs материала стержня по предельному циклу, что в совокупности позволяет существенно упростить процесс.
Дополнительное измерение внутреннего радиуса стержня и измерение в замкнутой
магнитной цепи магнитной индукции Bм при поле, равном Hвш, остаточной магнитной индукции B мr после выключения этого поля и коэрцитивной силы Hcs по предельному циклу
материала стержня, а также учет зависимости магнитных свойств стержня от величины
магнитного поля, в котором он находился, по предложенному соотношению позволяют
существенно упростить и повысить точность определения распределения относительной
величины магнитной индукции по сравнению с прототипом во всем диапазоне рассматриваемых длин образцов и магнитных свойств материала.
Техническим результатом осуществления предлагаемого способа является повышение
точности определения относительной магнитной индукции в связи с возможностью учета
размагничивающего действия торцов и боковой поверхности полого стержня круглого сечения при изменении его относительных размеров, свойств материала, из которого стержень изготовлен и величины внешнего магнитного поля и упрощение операций по
определению распределения остаточной индукции за счет исключения сложной операции
определения параметра K для каждого стержня в зависимости от магнитных свойств его
материала и величины магнитного поля, в котором он находился.
Источники информации:
1. Розенблат М.А. Коэффициенты размагничивания стержней высокой проницаемости. - ЖТФ. - 1954. - Вып. 4. - С. 637-661.
2. 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.
3. Сандомирский С.Г. Продольное распределение остаточной намагниченности и размагничивающего поля в стальных стержнях // Дефектоскопия. - 1992. - № 4. - С. 75-81
(прототип).
Фиг. 1
Фиг. 2
6
BY 16056 C1 2012.06.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
178 Кб
Теги
by16056, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа