RU2186381C1 - Device measuring coercive force of magnetic materials - Google Patents
Device measuring coercive force of magnetic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186381C1 RU2186381C1 RU2001110302A RU2001110302A RU2186381C1 RU 2186381 C1 RU2186381 C1 RU 2186381C1 RU 2001110302 A RU2001110302 A RU 2001110302A RU 2001110302 A RU2001110302 A RU 2001110302A RU 2186381 C1 RU2186381 C1 RU 2186381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- amplifier
- switch
- input
- series
- Prior art date
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 title claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 23
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 21
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля физико-механических свойств материалов, а именно технике магнитных измерений и магнитной структуроскопии, и может найти широкое применение в машиностроении, металлургии, техническом надзоре и других областях техники для контроля качества изделий из ферромагнитных материалов и постоянных магнитов, физико-механические свойства которых имеют связь с коэрцитивной силой или намагниченностью материала контролируемого объекта. The invention relates to the field of non-destructive testing of the physicomechanical properties of materials, namely, the technique of magnetic measurements and magnetic structuretroscopy, and can be widely used in mechanical engineering, metallurgy, technical supervision and other fields of technology for quality control of products from ferromagnetic materials and permanent magnets, physical whose mechanical properties are related to the coercive force or magnetization of the material of the controlled object.
Преимущественное направление применения устройств для измерения коэрцитивной силы - контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса металлоконструкций грузоподъемных механизмов, трубопроводов, котлов, сосудов под давлением и т.д., а также традиционный неразрушающий контроль механических свойств металлопродукции. The preferred direction of application of devices for measuring coercive force is to control the stress-strain state and residual life of metal structures of hoisting mechanisms, pipelines, boilers, pressure vessels, etc., as well as traditional non-destructive testing of mechanical properties of metal products.
Известно устройство для измерения коэрцитивной силы листовых ферромагнитных материалов (а. с. СССР 1226260, кл. G 01 N 27/72, 23.04.86, бюл. 15), содержащее генератор намагничивающего тока, выход которого подключен к последовательно соединенным намагничивающей обмотке и резистору, измерительную обмотку, П-образный ферромагнитный сердечник с нанесенными на него намагничивающей и измерительной обмотками, который в процессе измерений устанавливается на контролируемое изделие, дифференцирующий элемент, вход которого соединен с измерительной обмоткой, формирователь импульсов, один вход которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, другой - к резистору, генератор стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, ключевую схему, сигнальный вход которой соединен с резистором, а управляющий вход - с выходом генератора стробирующих импульсов, последовательно соединенные пиковый детектор и регистрирующий прибор. Вход пикового детектора подключен к выходу ключевой схемы. Формирователь импульсов содержит компаратор, триггер и последовательно соединенные выпрямитель, ограничитель и пороговый детектор. Вход выпрямителя соединен с выходом дифференцирующего элемента, а выход порогового детектора - с установочным входом триггера. Вход компаратора соединен с резистором, а выход - со счетным входом триггера, выход которого соединен с входом генератора стробирующих импульсов. A device for measuring the coercive force of sheet ferromagnetic materials (a.s. USSR 1226260, class G 01 N 27/72, 04/23/86, bull. 15), containing a magnetizing current generator, the output of which is connected to a magnetizing winding and a resistor connected in series , a measuring winding, a U-shaped ferromagnetic core with a magnetizing and measuring windings deposited on it, which during measurement is installed on a controlled product, a differentiating element, the input of which is connected to the measuring winding, f pulse generator, one input of which is connected to the output of the differentiating element, the other to the resistor, a gate generator, the input of which is connected to the output of the pulse generator, a key circuit whose signal input is connected to the resistor, and the control input is connected to the output of the gate generator, in series connected peak detector and recording device. The peak detector input is connected to the output of the key circuit. The pulse shaper comprises a comparator, a trigger, and a rectifier, limiter, and threshold detector connected in series. The input of the rectifier is connected to the output of the differentiating element, and the output of the threshold detector is connected to the installation input of the trigger. The comparator input is connected to the resistor, and the output to the counting input of the trigger, the output of which is connected to the input of the gate generator.
Недостатками описанного устройства являются сравнительно низкая точность и недостаточная надежность измерений, что обусловлено отсутствием цикла магнитной подготовки, а также фиксацией пиковым детектором напряжения, соответствующего максимальному значению линейно-изменяющегося тока намагничивания за время длительности стробирующего импульса, которое при компенсационном методе измерения на данном участке времени не точно соответствует фактическому значению коэрцитивной силы (максимуму тока измерительной обмотки). К недостаткам устройства следует отнести также отсутствие возможности измерений непосредственно в единицах коэрцитивной силы и повышенное энергопотребление вследствие необходимости использования блока питания для генератора намагничивающего тока. The disadvantages of the described device are the relatively low accuracy and insufficient reliability of the measurements, which is due to the absence of a magnetic training cycle, as well as the fixing of a peak voltage detector corresponding to the maximum value of the linearly varying magnetization current for the duration of the strobe pulse, which, when using the compensation method of measurement, does not exactly corresponds to the actual value of the coercive force (maximum current of the measuring winding). The disadvantages of the device should also include the lack of measurement directly in units of coercive force and increased energy consumption due to the need to use a power supply for a magnetizing current generator.
Известно также устройство для измерения коэрцитивной силы магнитных материалов (а.с. СССР 1439513, кл. G 01 R 33/12, 23.11.88, бюл. 43), содержащее намагничивающий блок, в который помещается контролируемый образец, блок съема сигнала, измерительный элемент, тиристор, управляемый резистор, диод, измерительный блок, токосъемный элемент, блок задержки, аналоговый ключ и пиковый детектор. Выход блока съема сигнала подключен к последовательно соединенным токосъемному элементу, управляющему резистору и управляющему электроду тиристора, подключенного параллельно измерительному элементу, включенному последовательно с намагничивающим блоком. Выход токосъемного элемента через последовательно соединенные блок задержки, аналоговый ключ и детектор подключен к управляющему входу управляемого резистора. Выход измерительного элемента через диод подключен к измерительному блоку, а управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом токосъемного элемента. Also known is a device for measuring the coercive force of magnetic materials (AS USSR 1439513, class G 01 R 33/12, 11.23.88, bull. 43), containing a magnetizing unit, which contains a controlled sample, a signal pickup unit, measuring element, thyristor, controlled resistor, diode, measuring unit, collector element, delay unit, analog switch and peak detector. The output of the signal pickup unit is connected to a collector element connected in series, a control resistor and a thyristor control electrode connected in parallel with the measuring element connected in series with the magnetizing unit. The output of the collector element through a series-connected delay unit, an analog switch, and a detector is connected to the control input of the controlled resistor. The output of the measuring element through the diode is connected to the measuring unit, and the control input of the analog switch is connected to the output of the collector element.
Недостатками этого устройства являются низкая точность и нестабильность измерений вследствие отсутствия цикла магнитной подготовки, предусмотренного ГОСТ 8.377-80 и 8.268-77, повышенное энергопотребление, отсутствие индикации результатов измерений в единицах коэрцитивной силы. Индикация результатов измерений в единицах тока размагничивания не позволяет сделать сопоставимыми результаты измерений на разных приборах или одних приборах, но на разных объектах, т. к. этот параметр не является стандартизуемым для магнитных характеристик. Он сильно различается для разных приборов при работе с одним и тем же контрольным образцом и сильно зависит от шероховатости поверхности контролируемого металла при измерении одним прибором при неизменных свойствах объекта контроля. Величина отношения чувствительности к шероховатости не постоянна для различных исполнений прибора. Собственный коэффициент чувствительности, индивидуальный для каждого прибора, затрудняет сравнение данных контроля, выполненных разными приборами на одном и том же металле. Параметры прибора во времени нестабильны, поэтому непостоянны и эти коэффициенты. The disadvantages of this device are the low accuracy and instability of the measurements due to the lack of a magnetic preparation cycle provided for in GOST 8.377-80 and 8.268-77, increased power consumption, lack of indication of the measurement results in units of coercive force. The indication of the measurement results in units of the demagnetization current does not make it possible to make the measurement results comparable on different devices or the same devices, but on different objects, because this parameter is not standardized for magnetic characteristics. It varies greatly for different devices when working with the same control sample and strongly depends on the surface roughness of the metal being monitored when measured with one device with the properties of the control object being unchanged. The value of the ratio of sensitivity to roughness is not constant for different versions of the device. The intrinsic sensitivity coefficient, individual for each instrument, makes it difficult to compare the control data performed by different instruments on the same metal. The parameters of the device are unstable in time, so these coefficients are also unstable.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и принятым за прототип является магнитный структуроскоп (а. с. СССР 1128154, кл. G 01 N 27/72, 07.12.84, бюл. 45), содержащий последовательно соединенные источник намагничивающего тока, первый коммутатор (реле), электромагнит с датчиком поля (феррозондом), последовательно соединенные второй коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (цифровой измеритель тока), два компаратора, сигнальные входы которых соединены попарно между собой, источник опорных напряжений, выходы которого подключены к управляющим входам обоих компараторов, индикатор, первый и второй входы которого подключены (через одновибраторы и детекторы среднего значения) соответственно к выходам первого и второго компараторов, генератор тока, усилитель постоянного тока, включающий в себя формирователь сигнала управления током размагничивания и преобразователь "напряжение - ток", блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом источника намагничивающего тока, второй выход - с первым управляющим входом первого коммутатора, а третий выход подключен к управляющему входу усилителя постоянного тока и одному из входов формирователя сигнала запуска цифрового измерителя тока (АЦП), амплитудный детектор компенсационного типа, связанный своим входом с измерительной обмоткой феррозонда и первыми входами обоих компараторов, а выходом - со вторыми входами этих компараторов. The closest device of the same purpose to the claimed invention according to the totality of features and adopted for the prototype is a magnetic structuroscope (a.s. USSR 1128154, class G 01 N 27/72, 12/07/84, bull. 45) containing a magnetizing source connected in series current, the first switch (relay), an electromagnet with a field sensor (flux gate), a second switch and an analog-to-digital converter (digital current meter) connected in series, two comparators, the signal inputs of which are connected in pairs, the reference source voltage, the outputs of which are connected to the control inputs of both comparators, an indicator, the first and second inputs of which are connected (through single-vibrators and average detectors) respectively to the outputs of the first and second comparators, a current generator, a DC amplifier, including a demagnetizer of the demagnetization current control signal and a voltage-current converter, a control unit, the first output of which is connected to a control input of the magnetizing current source, the second output is connected to the first control input the first switch, and the third output is connected to the control input of the DC amplifier and one of the inputs of the digital current meter (ADC) trigger signal shaper, a compensation type amplitude detector connected to its input with the flux-gate measuring coil and the first inputs of both comparators, and the output with the second inputs of these comparators.
Недостатками магнитного структуроскопа являются пониженная точность и недостаточное быстродействие, что обусловлено отсутствием контура автоматического регулирования тока компенсации остаточного намагничивания, а также отсутствие индикации результатов измерений в единицах коэрцитивной силы. The drawbacks of the magnetic structural microscope are reduced accuracy and insufficient speed, which is due to the lack of an automatic control circuit for the compensation current for residual magnetization, as well as the lack of indication of the measurement results in units of coercive force.
Заявляемым изобретением решается задача по обеспечению высокой точности и достоверности результатов измерений, быстродействия, индикации результатов измерений в единицах коэрцитивной силы, а также снижения энергопотребления, габаритов и массы. The claimed invention solves the problem of ensuring high accuracy and reliability of measurement results, speed, indication of measurement results in units of coercive force, as well as reducing energy consumption, dimensions and mass.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройство для измерения коэрцитивной силы магнитных материалов, содержащее последовательно соединенные источник намагничивающего тока, первый коммутатор и электромагнит (ЭМ) с датчиком поля, последовательно включенные второй коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй компараторы, индикатор, источник опорных напряжений, управляющий вход которого подключен ко второму выходу второго коммутатора, а выходы соединены с управляющими входами обоих компараторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам индикатора, генератор тока, управляемый усилитель мощности и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом источника намагничивающего тока, а второй выход - с первым управляющим входом первого коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с выходом генератора тока, а третий вход - с выходом управляемого усилителя мощности, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, введены последовательно соединенные третий коммутатор, преобразователь "ток- напряжение" и первый усилитель, последовательно включенные второй усилитель, цепочка с управляемой постоянной времени τ и третий усилитель, последовательно соединенные четвертый усилитель, третий компаратор и линия задержки. При этом выход первого усилителя подключен к сигнальным входам второго коммутатора и первого и второго компараторов, выход преобразователя "ток - напряжение" - к управляющему входу цепочки с управляемой постоянной времени τ, вход второго усилителя соединен с выходом датчика поля электромагнита, а выход третьего усилителя подключен к сигнальному входу управляемого усилителя мощности, сигнальный вход третьего коммутатора подключен к концу обмотки электромагнита, а первый и второй управляющие входы этого коммутатора соединены соответственно с управляющим выходом источника намагничивающего тока и четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом установки уровней "min - max" второго коммутатора, вход четвертого усилителя подключен к выходу второго усилителя, а выход линии задержки соединен с третьим входом индикатора и с управляющим входом АЦП, выход которого подключен к четвертому входу индикатора. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a device for measuring the coercive force of magnetic materials, containing a serially connected magnetizing current source, a first switch and an electromagnet (EM) with a field sensor, a second switch and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, first and second comparators, indicator, reference voltage source, the control input of which is connected to the second output of the second switch, and the outputs are connected to the control the input inputs of both comparators, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the indicator, a current generator, a controlled power amplifier and a control unit, the first output of which is connected to the control input of the magnetizing current source, and the second output is connected to the first control input of the first switch, the second control the input of which is connected to the output of the current generator, and the third input is connected to the output of the controlled power amplifier, the control input of which is connected to the third output of the control unit, been consistent connected third switch converter "tok- voltage" and the first amplifier, a series connection of a second amplifier chain with a controllable time constant τ and a third amplifier series connected fourth amplifier, a third comparator and a delay line. The output of the first amplifier is connected to the signal inputs of the second switch and the first and second comparators, the output of the current-voltage converter is connected to the control input of the circuit with a controlled time constant τ, the input of the second amplifier is connected to the output of the electromagnet field sensor, and the output of the third amplifier is connected to the signal input of a controlled power amplifier, the signal input of the third switch is connected to the end of the electromagnet winding, and the first and second control inputs of this switch are connected respectively Together with the control output of the magnetizing current source and the fourth output of the control unit, the fifth output of which is connected to the control input of the “min - max” level setting of the second switch, the input of the fourth amplifier is connected to the output of the second amplifier, and the output of the delay line is connected to the third input of the indicator and the control input of the ADC, the output of which is connected to the fourth input of the indicator.
В предложенном устройстве быстродействие обеспечивается за счет введения цепи автоматического регулирования тока обмотки электромагнита, состоящей из последовательного соединения датчика поля, второго усилителя, цепочки с управляемой величиной постоянной времени τ, третьего усилителя, усилителя мощности и первого коммутатора путем существенного уменьшения длительности переходных процессов при изменении тока электромагнита автоматическим подбором постоянной времени τ.
Введение процедуры предварительной магнитной подготовки образца, заключающейся в снятии так называемой "предыстории" его намагниченности, обеспечиваемой введением третьего коммутатора, позволяет повысить точность и достоверность измерений. Дополнительно точность измерений коэрцитивной силы повышается за счет разрыва цепи обратной связи автоматического регулирования после цикла измерений, что исключает температурный дрейф элементов схемы. При этом характеристики цепи регулирования остаются неизменными для всех последующих циклов измерений.In the proposed device, performance is ensured by introducing an automatic control circuit of the electromagnet winding current, consisting of a series connection of a field sensor, a second amplifier, a chain with a controlled time constant τ, a third amplifier, a power amplifier, and a first switch by significantly reducing the duration of transients when the current changes electromagnet by automatic selection of the time constant τ.
The introduction of the preliminary magnetic sample preparation procedure, which consists in removing the so-called “history” of its magnetization, provided by the introduction of the third switch, makes it possible to increase the accuracy and reliability of measurements. In addition, the accuracy of the coercive force measurements is increased due to the breaking of the feedback loop of the automatic control after the measurement cycle, which eliminates the temperature drift of the circuit elements. In this case, the characteristics of the control circuit remain unchanged for all subsequent measurement cycles.
Введение последовательно включенных четвертого усилителя, третьего компаратора и линии задержки исключает индикацию результатов измерений на цифровом табло индикатора во время измерительных переходных процессов, что также повышает точность и достоверность измерений. The introduction of the fourth amplifier, the third comparator and the delay line in series excludes the indication of the measurement results on the digital display of the indicator during measuring transients, which also increases the accuracy and reliability of the measurements.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения коэрцитивной силы магнитных материалов, где 1 - источник намагничивающего тока; 2 - коммутатор; 3 - электромагнит; 4 - датчик поля; 5 - коммутатор; 6 - преобразователь "ток-напряжение"; 7 - усилитель; 8 - коммутатор; 9 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 10 - первый компаратор; 11 - второй компаратор; 12 - индикатор; 13 - источник опорных напряжений; 14 - усилитель; 15 - цепочка с управляемой постоянной времени τ; 16 - усилитель; 17 - усилитель; 18 - третий компаратор; 19 - линия задержки; 20 - генератор тока; 21 - управляемый усилитель мощности; 22 - блок управления. The invention is illustrated by the drawing, which shows a functional diagram of the proposed device for measuring the coercive force of magnetic materials, where 1 is the source of the magnetizing current; 2 - switch; 3 - electromagnet; 4 - field sensor; 5 - switch; 6 - Converter "current-voltage"; 7 - amplifier; 8 - switch; 9 - analog-to-digital Converter (ADC); 10 - the first comparator; 11 - the second comparator; 12 - indicator; 13 - source of reference voltages; 14 - amplifier; 15 - a chain with a controlled time constant τ; 16 - amplifier; 17 - amplifier; 18 - the third comparator; 19 - delay line; 20 - current generator; 21 - controlled power amplifier; 22 - control unit.
Предлагаемое устройство для измерения коэрцитивной силы материалов содержит последовательно соединенные источник 1 намагничивающего тока, коммутатор 2, электромагнит 3 с датчиком 4 поля, коммутатор 5, преобразователь 6 "ток-напряжение", усилитель 7, коммутатор 8 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9. Устройство содержит также первый и второй компараторы 10, 11, сигнальные входы которых подключены к выходу усилителя 7, индикатор 12, источник 13 опорных напряжений, управляющий вход которого подключен ко второму выходу коммутатора 8, а выходы соединены с управляющими входами обоих компараторов 10, 11, выходы которых подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам индикатора 12. В схему устройства входят последовательно соединенные усилитель 14, цепочка 15 с управляемой постоянной времени τ и усилитель 16, последовательно включенные усилитель 17, третий компаратор 18 и линия 19 задержки, а также генератор 20 тока, управляемый усилитель 21 мощности и блок 22 управления. При этом вход усилителя 17 подключен к выходу усилителя 14, а выход линии 19 задержки (ЛЗ) соединен с третьим входом индикатора 12 и с управляющим входом АЦП 9, выход которого подключен к четвертому входу индикатора 12. Вход усилителя 14 подключен к выходу датчика 4 поля электромагнита 3, а выход усилителя 16 соединен с входом управляемого усилителя 21 мощности. Первый выход блока 22 управления подключен к управляющему входу источника 1 намагничивающего тока, второй выход соединен с первым управляющим входом коммутатора 2, второй управляющий вход которого подключен к выходу генератора 20 тока, а третий вход соединен с выходом управляемого усилителя 21 мощности, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока 22 управления. Управляющий выход источника 1 намагничивающего тока подключен к первому управляющему входу коммутатора 5, второй управляющий вход которого соединен с четвертым входом блока 22 управления, пятый выход которого подключен к входу установки уровней "min-max" коммутатора 8. The proposed device for measuring the coercive force of materials contains a magnetizing current source 1 connected in series, a switch 2, an electromagnet 3 with a field sensor 4, a switch 5, a current-voltage converter 6, an amplifier 7, a switch 8, and an analog-to-digital converter (ADC) 9 The device also contains the first and second comparators 10, 11, the signal inputs of which are connected to the output of the amplifier 7, an indicator 12, a reference voltage source 13, the control input of which is connected to the second output of the switch 8, and the outputs are are dined with control inputs of both comparators 10, 11, the outputs of which are connected respectively to the first and second signal inputs of indicator 12. The device circuit includes a series-connected amplifier 14, a chain 15 with a controlled time constant τ and an amplifier 16, a series-connected amplifier 17, a third comparator 18 and a delay line 19, as well as a current generator 20, a controlled power amplifier 21, and a control unit 22. The input of the amplifier 17 is connected to the output of the amplifier 14, and the output of the delay line 19 (LZ) is connected to the third input of the indicator 12 and to the control input of the ADC 9, the output of which is connected to the fourth input of the indicator 12. The input of the amplifier 14 is connected to the output of the sensor 4 of the field electromagnet 3, and the output of the amplifier 16 is connected to the input of a controlled power amplifier 21. The first output of the control unit 22 is connected to the control input of the magnetizing current source 1, the second output is connected to the first control input of the switch 2, the second control input of which is connected to the output of the current generator 20, and the third input is connected to the output of the controlled power amplifier 21, the control input of which is connected to the third output of the control unit 22. The control output of the magnetizing current source 1 is connected to the first control input of the switch 5, the second control input of which is connected to the fourth input of the control unit 22, the fifth output of which is connected to the min-max level input of the switch 8.
Цепочка 15 с управляемой постоянной времени τ представляет собой времязадающую RC-цепочку на входе операционного усилителя 16 с изменяющимися R или/и С элементами. The chain 15 with a controlled time constant τ is a time-setting RC chain at the input of the operational amplifier 16 with varying R or / and C elements.
Блок управления 22 представляет собой обычный тактовый генератор, соединенный с двоичным счетчиком, дешифратором и другими логическими элементами, синхронизирующими работу устройства. The control unit 22 is a conventional clock connected to a binary counter, decoder and other logic elements that synchronize the operation of the device.
Индикатор 12 состоит из АЦП, сопряженного со светодиодной матрицей, и набора светодиодов, индицирующих сигналы "больше", "меньше" и "норма". Indicator 12 consists of an ADC coupled to an LED matrix and a set of LEDs that indicate more, less, and normal signals.
Источник 1 намагничивающего тока представляет собой обычный синхронизируемый генератор униполярных импульсов, выполненный, с целью снижения веса, габаритов и потребляемой мощности, по бестрансформаторной тиристорной схеме, питаемой непосредственно от электросети. The magnetizing current source 1 is a conventional synchronized unipolar pulse generator, made, in order to reduce weight, dimensions and power consumption, according to a transformerless thyristor circuit fed directly from the mains.
Предложенное устройство для измерения коэрцитивной силы магнитных материалов работает следующим образом. После нажатия кнопки "измерение", блок 22 управления вырабатывает управляющие сигналы согласно алгоритму работы всего устройства. The proposed device for measuring the coercive force of magnetic materials works as follows. After pressing the "measurement" button, the control unit 22 generates control signals according to the algorithm of the entire device.
Вначале источник 1 намагничивающего тока подключается через коммутаторы 2, 5 к обмотке электромагнита (ЭМ) 3. First, the magnetizing current source 1 is connected via switches 2, 5 to the winding of an electromagnet (EM) 3.
Далее источник 1 намагничивающего тока начинает формировать намагничивающие импульсы, поступающие в обмотку ЭМ 3 таким образом, что исследуемый образец намагничивается до насыщения в одном направлении (полярности магнитного поля). Next, the magnetizing current source 1 begins to form magnetizing pulses entering the EM 3 winding in such a way that the sample under study is magnetized to saturation in one direction (magnetic field polarity).
Затем источник 1 намагничивающего тока присоединяется через коммутаторы 2, 5 к обмотке ЭМ 3 таким образом, что намагничивание исследуемого образца до насыщения происходит в противоположном направлении. При этом происходит магнитная подготовка образца, при которой снимается "магнитная предыстория" металла в зоне контроля, что позволяет уменьшить погрешность показаний прибора, связанную со случайной остаточной намагниченностью образца. Then, the magnetizing current source 1 is connected through the switches 2, 5 to the EM 3 winding in such a way that the magnetization of the test sample to saturation occurs in the opposite direction. In this case, the magnetic preparation of the sample occurs, in which the "magnetic background" of the metal in the control zone is removed, which allows to reduce the error of the instrument readings associated with the random residual magnetization of the sample.
После цикла намагничивания источник 1 намагничивающего тока отключается от обмотки ЭМ 3 и, с помощью блока 22 управления, формируется цепь компенсации, состоящая из последовательно соединенных датчика 4 поля, усилителя 14, цепочки 15 с управляемой постоянной времени τ, усилителя 16, управляемого усилителя 21 мощности, коммутатора 2 и ЭМ 3, связанного с датчиком 4 поля магнитной связью. По завершении последнего намагничивания исследуемого образца до насыщения, в нем формируется остаточное магнитное поле, величина которого преобразуется датчиком 4 поля в пропорциональное этому полю напряжение. Далее это напряжение поступает через усилитель 14, цепочку 15 с управляемой постоянной времени τ, усилитель 16, управляемый усилитель мощности 21 и коммутатор 2 на обмотку ЭМ 3. В обмотке ЭМ 3 под действием этого напряжения возникает ток, создающий магнитное поле, противоположное по знаку остаточному магнитному полю в образце. Процесс компенсации остаточного магнитного поля в образце будет происходить до тех пор, пока напряжение на датчике 4 поля не станет равным нулю или близким этому значению. Но, как известно из теории автоматического регулирования, замкнутая цепь компенсации будет находиться в динамическом равновесии при некотором напряжении рассогласования. Величина этого напряжения рассогласования определяется параметрами блоков, входящих в цепь компенсации, а также значением остаточного магнитного поля в образце. Следовательно, через обмотку ЭМ 3 будет протекать ток компенсации, пропорциональный значению остаточного магнитного поля в образце. Величина этого тока пропорциональна значению коэрцитивной силы исследуемого образца. After the magnetization cycle, the magnetizing current source 1 is disconnected from the EM winding 3 and, using the control unit 22, a compensation circuit is formed consisting of a field sensor 4 connected in series, an amplifier 14, a chain 15 with a controlled time constant τ, an amplifier 16, a controlled power amplifier 21 , switch 2 and EM 3 connected to the field sensor 4 by magnetic coupling. Upon completion of the last magnetization of the test sample to saturation, a residual magnetic field is formed in it, the value of which is converted by the field sensor 4 to a voltage proportional to this field. Further, this voltage is supplied through an amplifier 14, a chain 15 with a controlled time constant τ, an amplifier 16, a controlled power amplifier 21 and a switch 2 to the EM winding 3. In the EM 3 winding, under the influence of this voltage, a current is generated that creates a magnetic field opposite in sign of the residual magnetic field in the sample. The process of compensation of the residual magnetic field in the sample will occur until the voltage at the field sensor 4 becomes equal to zero or close to this value. But, as is known from the theory of automatic control, a closed compensation circuit will be in dynamic equilibrium with some mismatch voltage. The magnitude of this mismatch voltage is determined by the parameters of the blocks included in the compensation circuit, as well as the value of the residual magnetic field in the sample. Consequently, a compensation current proportional to the value of the residual magnetic field in the sample will flow through the EM 3 winding. The magnitude of this current is proportional to the coercive force of the test sample.
Для получения показаний индикатора 12 в единицах измерения коэрцитивной силы ток компенсации, протекающий через обмотку ЭМ 3, подается через коммутатор 5 на преобразователь 6 "ток-напряжение", где преобразуется в соответствующее напряжение, и далее, через последовательно соединенные усилитель 7, коммутатор 8 и АЦП 9 - на индикатор 12. В процессе компенсации происходит управление постоянной времени цепочки 15 так, чтобы оптимизировать время компенсации. Процесс оптимизации заключается в выборе параметров R и С цепочки 15 с управляемой постоянной времени τ таким образом, чтобы время компенсации было минимальным при требуемой чувствительности компенсационной цепи. To obtain the readings of indicator 12 in units of coercive force, the compensation current flowing through the EM 3 winding is fed through switch 5 to a current-voltage converter 6, where it is converted to the corresponding voltage, and then through a series-connected amplifier 7, switch 8 and ADC 9 is indicated on indicator 12. In the process of compensation, the time constant of chain 15 is controlled in such a way as to optimize the compensation time. The optimization process consists in choosing the parameters R and C of the chain 15 with a controlled time constant τ so that the compensation time is minimal at the required sensitivity of the compensation circuit.
Параметр R в цепочке 15 с управляемой постоянной времени τ определяется током компенсации, протекающим по обмотке ЭМ 3 и поступающим на один из входов управления цепочки 15 с управляемой постоянной времени τ через последовательно соединенные коммутатор 5 и преобразователь 6 "ток-напряжение". Значение параметра С определяется величиной магнитного поля, которое преобразуется в соответствующее напряжение датчика 4 поля. Это напряжение подается через усилитель 14 на второй вход цепочки 15 с управляемой постоянной времени τ.
Для блокировки работы АЦП 9 и индикатора 12 на время переходных процессов, в цепь компенсации введены усилитель 17, компаратор 18 и ЛЗ 19. После компенсации, напряжения на выходе датчика 4 поля и усилителя 14 близки к нулю. При этом срабатывает компаратор 18, вырабатывающий импульс, который, проходя ЛЗ 19, задерживается на время, равное быстродействию АЦП 9, и включает индикатор 12.The parameter R in the circuit 15 with a controlled time constant τ is determined by the compensation current flowing through the EM 3 winding and fed to one of the control inputs of the chain 15 with a controlled time constant τ through a series-connected switch 5 and a current-voltage converter 6. The value of the parameter C is determined by the magnitude of the magnetic field, which is converted into the corresponding voltage of the field sensor 4. This voltage is supplied through an amplifier 14 to the second input of the circuit 15 with a controlled time constant τ.
To block the operation of the ADC 9 and indicator 12 for the duration of transients, an amplifier 17, a comparator 18 and LZ 19 are introduced into the compensation circuit. After compensation, the voltage at the output of the sensor 4 of the field and amplifier 14 is close to zero. This triggers the comparator 18, generating a pulse, which, passing LZ 19, is delayed for a time equal to the speed of the ADC 9, and turns on the indicator 12.
После завершения процесса компенсации и выведения па цифровое табло индикатора 12 значения измеряемой коэрцитивной силы управляемый усилитель 21 мощности блокируется сигналом, поступающим из блока 22 управления. При этом прекращается подача тока компенсации в обмотку ЭМ 3. Такая блокировка усилителя 21 мощности позволяет повысить точность и достоверность измерений за счет снижения температурного дрейфа параметров выходных устройств усилителя 21 мощности, которые могут влиять на величину тока компенсации. С помощью генератора 20 тока, подключенного через коммутатор 2 к обмотке ЭМ 3, создается постоянный ток смещения, компенсирующий собственную коэрцитивную силу магнитопровода ЭМ 3. After the compensation process is completed and the digital indicator board 12 displays the value of the measured coercive force, the controlled power amplifier 21 is blocked by a signal coming from the control unit 22. This stops the supply of compensation current to the EM winding 3. This blocking of the power amplifier 21 allows to increase the accuracy and reliability of measurements by reducing the temperature drift of the output devices of the power amplifier 21, which can affect the value of the compensation current. Using a current generator 20 connected through a switch 2 to the EM 3 winding, a constant bias current is created to compensate for the intrinsic coercive force of the EM 3 magnetic circuit.
В устройстве предусмотрен режим выбраковки изделий. Диапазон выбраковки устанавливается оператором. Значения коэрцитивной силы НCmax и HCmin устанавливаются соответствующими переменными резисторами, находящимися в составе блока 22 управления, который через коммутатор 8 связан с источником 13 опорных напряжений и АЦП 9. Напряжения, пропорциональные значениям НCmax и HCmin, из источника 13 опорных напряжений подаются на управляющие входы компараторов 10, 11 соответственно и, при нажатии кнопок "mах" или "min" коммутатора 8, попадают через АЦП 9 на индикатор 12.The device has a mode of rejection of products. The rejection range is set by the operator. The values of the coercive force H Cmax and H Cmin are set by the corresponding variable resistors, which are part of the control unit 22, which is connected via a switch 8 to a source of 13 reference voltages and ADC 9. Voltages proportional to the values of H Cmax and H Cmin are supplied from the source 13 of the reference voltages to the control inputs of the comparators 10, 11, respectively, and when you press the "max" or "min" buttons of the switch 8, through the ADC 9 get on the indicator 12.
Компараторы 10, 11 сравнивают опорные напряжения с измеряемой величиной коэрцитивной силы исследуемого образца и формируют сигналы, которые далее поступают на индикатор 12, где индицируются на цветовом табло. Кроме того, в зависимости от величины измеренного значения НC и установленных границ "mах" и "min" диапазона выбраковки, включается сигнал ">", "<" или "норма", который далее поступает на индикатор 12, где индицируется на цветовом табло. Кроме того, при попадании измеренного значения НC в диапазон значений выбраковки включается звуковой сигнал.Comparators 10, 11 compare the reference voltage with the measured value of the coercive force of the test sample and generate signals, which then go to the indicator 12, which are displayed on the color board. In addition, depending on the value of the measured value of H C and the set boundaries "max" and "min" of the rejection range, the signal ">", "<" or "normal" is turned on, which then goes to indicator 12, which is indicated on the color board . In addition, when the measured value of H C falls into the range of rejection values, an audio signal is turned on.
Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано и изложено в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления. For the claimed device in the form as it is described and set forth in the claims, the possibility of its implementation is confirmed.
Преимущество изобретения состоит в том, что возможность реализации предлагаемого устройства для измерения коэрцитивной силы магнитных материалов существенно повышает точность и достоверность результатов измерений, обеспечивает высокое быстродействие, пониженное энергопотребление при уменьшенных габаритах и массе. Из уровня техники не известен механизм достижения результата, раскрытый в материалах заявки. An advantage of the invention lies in the fact that the possibility of implementing the proposed device for measuring the coercive force of magnetic materials significantly increases the accuracy and reliability of the measurement results, provides high speed, low power consumption with reduced dimensions and weight. The prior art does not know the mechanism for achieving the result disclosed in the application materials.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110302A RU2186381C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Device measuring coercive force of magnetic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001110302A RU2186381C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Device measuring coercive force of magnetic materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2186381C1 true RU2186381C1 (en) | 2002-07-27 |
Family
ID=20248536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001110302A RU2186381C1 (en) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Device measuring coercive force of magnetic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186381C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018231186A1 (en) | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Kalenychenko Oleksandr Hryhorovych | System and method for determining the structure of electromagnetic field and object material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3490033A (en) * | 1968-03-11 | 1970-01-13 | Western Electric Co | Methods of and apparatus for measuring the coercive force of piece parts |
| WO1989010557A1 (en) * | 1988-04-23 | 1989-11-02 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand | Process and apparatus for disturbance-free measurement of the magnetic properties a test object |
| SU1712937A1 (en) * | 1989-08-07 | 1992-02-15 | Луганский Машиностроительный Институт | Digital automatic coercimeter |
-
2001
- 2001-04-16 RU RU2001110302A patent/RU2186381C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3490033A (en) * | 1968-03-11 | 1970-01-13 | Western Electric Co | Methods of and apparatus for measuring the coercive force of piece parts |
| WO1989010557A1 (en) * | 1988-04-23 | 1989-11-02 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand | Process and apparatus for disturbance-free measurement of the magnetic properties a test object |
| SU1712937A1 (en) * | 1989-08-07 | 1992-02-15 | Луганский Машиностроительный Институт | Digital automatic coercimeter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018231186A1 (en) | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Kalenychenko Oleksandr Hryhorovych | System and method for determining the structure of electromagnetic field and object material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4931730A (en) | Method and apparatus for non-destructive materials testing and magnetostructural materials investigations | |
| US2337231A (en) | Nondestructive testing method and apparatus | |
| US6201386B1 (en) | Method for demagnetizing and measuring remanence and coercivity characteristics of a magnetic sample | |
| US4647856A (en) | Method and apparatus for determining mechanical properties of articles by pulse magnetic methods | |
| RU2186381C1 (en) | Device measuring coercive force of magnetic materials | |
| RU140457U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE COERCITIVE FORCE OF MAGNETIC MATERIALS | |
| US3697866A (en) | Automatic non-destructive case depth measuring instrument | |
| RU87530U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE COERCITIVE FORCE OF MAGNETIC MATERIALS | |
| US3534254A (en) | Method for measuring the magnetoelastic coefficient and difference in anisotropy field in ferromagnetic material | |
| HU216204B (en) | Method and device for measuring small magnetic fields and small changes in magnetic fields, as well as magnetometer probe | |
| SU1168879A1 (en) | Device for measuring static magnetic parameters of ferromagnetic materials | |
| SU1566278A1 (en) | Method of checking tressed state of ferromagnetic articles | |
| US2236287A (en) | Method of and apparatus for measuring surges | |
| SU708795A1 (en) | Method for determining mechanical properties of products from ferromagnetic materials | |
| SU920598A1 (en) | Method and device for determination of material magnetic characteristics | |
| SU1504586A1 (en) | Method of checking mechanical articles of ferromagnetic materials | |
| SU892388A1 (en) | Coercive force measuring method | |
| SU1128154A1 (en) | Magnetic structuroscope | |
| SU761965A1 (en) | Permanent magnet residual magnetisation measuring apparatus | |
| SU737897A1 (en) | Method of measuring coercive force of thin cylindrical magnetic films | |
| SU1023264A1 (en) | Ferromagnetic material static magnetic characteristic determination device | |
| SU1026101A1 (en) | Aggregating magnetic amplifire core checking method | |
| SU1185213A2 (en) | Method of checking mechanical properties of articles made of ferromagnetic materials | |
| SU1128155A1 (en) | Device for pulse magnetic checking of ferromagnetic article physical mechanical parameters | |
| SU1109623A1 (en) | Device for checking mechanical properties of moving ferromagnetic articles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080417 |