RU166304U1 - Магнитный структуроскоп - Google Patents
Магнитный структуроскоп Download PDFInfo
- Publication number
- RU166304U1 RU166304U1 RU2016125677/28U RU2016125677U RU166304U1 RU 166304 U1 RU166304 U1 RU 166304U1 RU 2016125677/28 U RU2016125677/28 U RU 2016125677/28U RU 2016125677 U RU2016125677 U RU 2016125677U RU 166304 U1 RU166304 U1 RU 166304U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetizing
- magnetic
- magnetic field
- field sensor
- structurescope
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
1. Магнитный структуроскоп, содержащий корпус с установленными на нем двухполюсным намагничивающим устройством и датчиком магнитного поля, расположенным между его полюсами, с осью чувствительности, перпендикулярной нейтральной плоскости намагничивающего устройства, отличающийся тем, что намагничивающее устройство выполнено в виде двух намагничивающих элементов без ферромагнитного магнитопровода с антипараллельными направлениями магнитных потоков, перпендикулярными рабочей поверхности структуроскопа.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что намагничивающие элементы выполнены в виде постоянных магнитов в форме прямоугольного параллелепипеда.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик магнитного поля выполнен с возможностью перемещения и фиксации относительно намагничивающих элементов вдоль линии, перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что намагничивающее устройство с датчиком магнитного поля выполнены с возможностью поворота относительно корпуса вокруг оси, лежащей в нейтральной плоскости намагничивающего устройства и перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа.
Description
Полезная модель относится к области определения структуры ферромагнитных материалов путем исследования их магнитных характеристик и может быть использована для определения механических свойств и напряженно-деформированного состояния изделий из ферромагнитных материалов.
Известно приставное устройство структуроскопа-коэрцитиметра (патент РФ на изобретение №2035745, 1995), содержащее двухполюсное намагничивающее устройство в виде разомкнутого магнитопровода с обмоткой перемагничивания и датчик магнитного поля, расположенный между полюсами магнитопровода у рабочей поверхности структуроскопа, причем центр датчика расположен в нейтральной плоскости намагничивающего устройства, а его ось чувствительности перпендикулярна указанной плоскости. Недостаток устройства - высокое энергопотребление за счет применения электромагнитов для намагничивания контролируемого изделия. Кроме того, оно обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку не позволяет вести непрерывный контроль структурного состояния ферромагнитных изделий в процессе их эксплуатации, например, непрерывное измерение магнитного параметра, коррелирующего с механическими напряжениями и усталостным состоянием изделий.
Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является магнитный структуроскоп (патент РФ на полезную модель №162212, 2016 - прототип). Он содержит двухполюсное намагничивающее устройство, выполненное на основе постоянного магнита, и датчик магнитного поля, расположенный между его полюсами, с осью чувствительности, перпендикулярной нейтральной плоскости намагничивающего устройства.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, а также низкая достоверность контроля, обусловленные наличием в магнитной цепи устройства ферромагнитного элемента (магнитопровода) с нелинейными магнитными характеристиками.
Техническим результатом предлагаемого устройства является упрощение конструкции и повышение достоверности контроля за счет исключения ферромагнитного элемента с нелинейными магнитными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном структуроскопе, содержащем корпус с установленными на нем двухполюсным намагничивающим устройством и датчиком магнитного поля, расположенным между его полюсами, с осью чувствительности, перпендикулярной нейтральной плоскости намагничивающего устройства, согласно предложению, намагничивающее устройство выполнено в виде двух намагничивающих элементов без ферромагнитного магнитопровода с антипараллельными направлениями магнитных потоков, перпендикулярными рабочей поверхности структуроскопа.
Намагничивающие элементы структуроскопа могут быть выполнены в виде постоянных магнитов в форме прямоугольного параллелепипеда.
Датчик магнитного поля может быть выполнен с возможностью перемещения и фиксации относительно намагничивающих элементов вдоль линии, перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа.
Кроме того, намагничивающее устройство с датчиком магнитного поля могут быть выполнены с возможностью поворота относительно корпуса вокруг оси, лежащей в нейтральной плоскости намагничивающего устройства и перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа.
Выполнение намагничивающего устройства в виде двух намагничивающих элементов без ферромагнитного магнитопровода с антипараллельными направлениями магнитных потоков, перпендикулярными рабочей поверхности структуроскопа, обеспечивает:
- упрощение (за счет устранения элемента конструкции);
- повышение достоверности определения структуры магнитного материала (за счет устранения из магнитной цепи структуроскопа ферромагнитного магнитопровода);
- возможность снижения влияния на показания аппаратуры непостоянства зазора между полюсами намагничивающего устройства и контролируемым изделием (за счет выбора геометрических параметров устройства в условиях отсутствия в цепи структуроскопа элемента с высокой магнитной проницаемостью - ферромагнитного магнитопровода).
Выполнение намагничивающих элементов структуроскопа в виде постоянных магнитов позволяет упростить устройство и снизить энергопотребление аппаратуры за счет исключения из нее соответствующих источников тока, а также использовать структуроскоп в режимах сканирования поверхности протяженных изделий или длительного мониторинга состояния объектов из ферромагнитных материалов. Форма прямоугольного параллелепипеда обеспечивает повышение однородности магнитного поля в межполюсном пространстве намагничивающего устройства и достоверности измерений.
Выполнение датчика магнитного поля с возможностью перемещения и фиксации относительно намагничивающих элементов вдоль линии, перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа, позволяет минимизировать влияние на показания аппаратуры непостоянства зазора между полюсами намагничивающего устройства и образцом.
Выполнение намагничивающего устройства с датчиком магнитного поля с возможностью поворота относительно корпуса вокруг оси, лежащей в нейтральной плоскости намагничивающего устройства и перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа, позволяет:
- определять структуру магнитного материала по различным направлениям (магнитную анизотропию) в месте расположения структуроскопа;
- учитывать (снижать) влияние внешнего магнитного поля на показания аппаратуры;
- производить вращательную магнитную подготовку (тренировку) магнитного материала для приведения его в исходное состояние (повышения достоверности определения структуры материала).
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид структуроскопа, на фиг. 2 - топография магнитного поля системы из намагничивающих элементов (например, постоянных магнитов) и контролируемого изделия, на фиг. 3 - зависимость показаний Н структуроскопа от коэрцитивной силы Нс образцов различных ферромагнитных материалов, на фиг. 4 - зависимость напряженности Hм магнитного поля, создаваемого намагничивающими элементами в месте расположения датчика магнитного поля, и показаний Н структуроскопа от координаты У, на фиг. 5 - зависимость параметра Н от расстояния d между центрами намагничивающих элементов и поверхностью изделия.
Магнитный структуроскоп (фиг. 1) содержит корпус 1 из немагнитного материала, на котором установлены двухполюсное намагничивающее устройство в виде двух намагничивающих элементов 2 без ферромагнитного магнитопровода и датчик 3 магнитного поля, расположенный между полюсами магнитов со стороны рабочей поверхности структуроскопа (поверхности, взаимодействующей с поверхностью контролируемого ферромагнитного изделия 4). Намагничивающие элементы 2 могут быть выполнены в виде электрических катушек или постоянных магнитов в форме прямоугольного параллелепипеда с антипараллельными направлениями магнитных потоков, перпендикулярными рабочей поверхности структуроскопа (как показано стрелками на фиг. 2).
Центр датчика 3 магнитного поля (например, преобразователя Холла) расположен в нейтральной плоскости (плоскости симметрии на фиг. 1) намагничивающего устройства с осью чувствительности, перпендикулярной указанной плоскости. Датчик 3 может быть закреплен на корпусе 1 неподвижно либо установлен на оправке 5 с возможностью ее перемещения относительно намагничивающих элементов 2 вдоль линии, перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа, и фиксации относительно корпуса 1 с помощью винта 6. Намагничивающее устройство с датчиком магнитного поля могут быть выполнены с возможностью поворота относительно неподвижного корпуса вокруг оси, лежащей в нейтральной плоскости намагничивающего устройства и перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа (оси У на фиг. 2).
Магнитный структуроскоп работает следующим образом. При установке структуроскопа на контролируемое изделие 4 (фиг. 1) происходит его намагничивание под действием двухполюсного устройства в виде намагничивающих элементов, например, постоянных магнитов, 2, закрепленных на корпусе 1. С помощью датчика 3 магнитного поля осуществляется измерение напряженности магнитного поля Н=Ни-Нм (фиг. 2), где Нм и Ни - напряженности магнитного поля магнитов и изделия, соответственно. По величине Н определяют структуру ферромагнитного материала контролируемого изделия и связанные (коррелирующие) с ней механические свойства или напряженно-деформированное состояние изделия.
Благодаря отсутствию в магнитной цепи устройства ферромагнитных элементов с высокой магнитной проницаемостью и нелинейной характеристикой намагничивания, а также большой «разомкнутостью» магнитной системы показания структуроскопа пропорциональны магнитной проницаемости контролируемых изделий, близкой к начальной. Это объясняется тем, что величина вектора Н напряженности магнитного поля, измеряемого датчиком структуроскопа (фиг. 2), пропорциональна величине вектора Hи напряженности поля, создаваемого намагниченным изделием, поскольку напряженность поля магнитов в точке расположения датчика структуроскопа (вектор Нм на фиг. 2) слабо зависит от свойств изделия, то есть является практически постоянной.
В качестве примера на фиг. 3 показана зависимость напряженности Н магнитного поля, измеряемого датчиком структуроскопа (преобразователь Холла), от коэрцитивной силы Нс следующих образцов ферромагнитных материалов (на фиг. 3 обозначены точками, соответствующими Нс): сталь 5, без термообработки, Hс=2,2 А/см; сталь Ст3, без термообработки, Нс=4,4 А/см; сталь ШХ15, закалка-отпуск, Нc=17,1 А/см; сталь ШХ15, закалка-отпуск, Hc=39,8 А/см. Образцы имеют размеры 58×28×8 мм, намагничивание со стороны грани 58×28 мм. Намагничивающее устройство: два постоянных магнита 20×10×5 мм с намагниченностью, перпендикулярной граням 20×10 мм и рабочей поверхности устройства; расстояние между гранями 20×5 мм магнитов равно 20 мм. Измерения производились при расстоянии d центров магнитов 2 (фиг. 1) от поверхности образцов, равном 5,06 мм, и расстоянии t датчика 3 от центров магнитов, равном 3,3 мм.
Из фиг. 3 видно, что при данных условиях намагничивания показания структуроскопа обратно пропорциональны коэрцитивной силе Hс образцов (снижаются по мере увеличения Hс практически по линейному закону), благодаря чему структуроскоп может выполнять функции коэрцитиметра. При этом вычитая показания аппаратуры из постоянного значения H0, полученного путем экстраполяции показаний на ось Н (прямая H(Нс) на фиг. 3), можно получить зависимость параметра A=H0-Н от Hс, выходящую из начала координат, т.е. проградуировать аппаратуру непосредственно в единицах Hс.
Таким образом, удаление из магнитной цепи структуроскопа ферромагнитного элемента с высокой магнитной проницаемостью, нелинейно и неоднозначно зависящей от намагничивающего поля, позволяет не только упростить устройство, но и повысить достоверность контроля за счет линеаризации зависимости показаний аппаратуры от контролируемого параметра.
Кроме того, благодаря независимости намагничивающей силы постоянных магнитов или катушек с током от магнитных свойств контролируемых изделий, а также специфическому распределению напряженности магнитного поля в нейтральной плоскости двухполюсного намагничивающего устройства на базе двух элементов без магнитопровода удается существенно снизить зависимость показаний аппаратуры от непостоянства зазора между полюсами намагничивающего устройства и поверхностью изделия. В основе такой возможности лежат следующие закономерности.
На фиг. 4 показаны зависимости напряженности Нм магнитного поля системы магнитов 2 (фиг. 1) и показаний H=Hи-Hм (фиг. 2) датчика магнитного поля от координаты У для двух значений d (d1 и d2 на фиг. 4, причем d1<d2). В результате моделирования магнитной системы, представленной на фиг. 1, и экспериментальных исследований было установлено, что зависимости H1(У) и H2(У), соответствующие двум различным значениям d1 и d2, пересекаются в интервале значений У от 0 до d1. Это означает, что если датчик магнитного поля расположить на расстоянии t от центров магнитов (фиг. 1), соответствующем точке пересечения кривых на фиг. 4, то его показания будут одинаковыми при различных параметрах d1 и d2 (другими словами, при различных зазорах между рабочей поверхностью устройства и поверхностью контролируемого изделия): H=H1=H2.
Более детальное исследование зависимости H(d) при заданном значении параметра t показывает, что она имеет максимум в интервале значений от d1 до d2. На фиг. 5 представлены результаты измерений на образце стали ШХ15 с коэрцитивной силой 17,1 А/см при использовании описанного выше намагничивающего устройства. Здесь приведены зависимости H(d) для трех значений параметра t - 3,1; 3,3 и 3,5 мм. Например, при среднем значении t=3,3 мм кривая имеет максимум напряженности магнитного поля H=H*=133,8 А/см, соответствующий параметру d=d*=5,06 мм. В частности, при изменении параметра d, например, в интервале от d1=4,96 мм до d2=5,16 мм (т.е. на 0,2 мм), показания датчика магнитного поля изменяются от H1=H2=133,4 А/см до H*=133,8 А/см, т.е. отклоняются не более чем на ±0,2 А/см от среднего значения.
Из фиг. 5 видно также, что при изменении положения датчика магнитного поля на оси У соответственно смещаются (как вдоль оси Н, так и вдоль оси d) максимумы зависимостей H(d): при уменьшении t - вверх и влево, при увеличении t - вниз и вправо от значения d*.
Таким образом, выбирая значение параметра t при заданном значении параметра d1 (например, за счет перемещения оправки 5 с датчиком 3 напряженности магнитного поля и фиксации ее с помощью винта 6, фиг. 1) либо выбирая параметр d1 при фиксированном значении параметра t, можно минимизировать зависимость показаний аппаратуры от непостоянства зазора между устройством и поверхностью контролируемого изделия в заданном диапазоне изменения указанного зазора.
Намагничивающее устройство с датчиком магнитного поля могут быть выполнены с возможностью поворота относительно неподвижного корпуса вокруг оси, лежащей в нейтральной плоскости намагничивающего устройства и перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа (оси У на фиг. 2). Такая конструкция позволяет проводить процедуру измерения напряженности Н магнитного поля по различным направлениям при неподвижном корпусе, установленном на контролируемое изделие. Это упрощает процесс определения магнитной анизотропии и проведения магнитной тренировки материала изделия в месте расположения структуроскопа. Повышается также достоверность контроля по сравнению со случаем поворота всего структуроскопа за счет исключения смещения или перекоса корпуса устройства при повороте на поверхности изделия.
Claims (4)
1. Магнитный структуроскоп, содержащий корпус с установленными на нем двухполюсным намагничивающим устройством и датчиком магнитного поля, расположенным между его полюсами, с осью чувствительности, перпендикулярной нейтральной плоскости намагничивающего устройства, отличающийся тем, что намагничивающее устройство выполнено в виде двух намагничивающих элементов без ферромагнитного магнитопровода с антипараллельными направлениями магнитных потоков, перпендикулярными рабочей поверхности структуроскопа.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что намагничивающие элементы выполнены в виде постоянных магнитов в форме прямоугольного параллелепипеда.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик магнитного поля выполнен с возможностью перемещения и фиксации относительно намагничивающих элементов вдоль линии, перпендикулярной рабочей поверхности структуроскопа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016125677/28U RU166304U1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Магнитный структуроскоп |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016125677/28U RU166304U1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Магнитный структуроскоп |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU166304U1 true RU166304U1 (ru) | 2016-11-20 |
Family
ID=57792852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016125677/28U RU166304U1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Магнитный структуроскоп |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU166304U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173646U1 (ru) * | 2017-02-21 | 2017-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Магнитный структуроскоп |
RU178417U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-04-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки " Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" (УдмФИЦ УрО РАН) | Магнитный структуроскоп |
-
2016
- 2016-06-27 RU RU2016125677/28U patent/RU166304U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173646U1 (ru) * | 2017-02-21 | 2017-09-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Магнитный структуроскоп |
RU178417U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-04-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки " Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" (УдмФИЦ УрО РАН) | Магнитный структуроскоп |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2837283C (en) | Magnetic testing method and apparatus | |
Alatawneh et al. | Design of a novel test fixture to measure rotational core losses in machine laminations | |
RU166304U1 (ru) | Магнитный структуроскоп | |
JP2013124989A (ja) | 簡易ベクトル磁気特性測定装置 | |
CN102103193B (zh) | 基于庞磁电阻效应的磁感应强度测量装置及其测量方法 | |
RU178417U1 (ru) | Магнитный структуроскоп | |
US9816888B2 (en) | Sensor and method for detecting a position of an effective surface of the sensor | |
RU173646U1 (ru) | Магнитный структуроскоп | |
CN106125021B (zh) | 一种正交偏置磁场下导磁材料特性的测量方法 | |
CN104700977B (zh) | 电能表直流磁场发生装置及干扰试验装置 | |
Dupre et al. | Rotational loss separation in grain-oriented Fe–Si | |
JP6934740B2 (ja) | 磁化測定方法 | |
RU162212U1 (ru) | Магнитный структуроскоп | |
CN105842639B (zh) | 一种导磁材料磁特性的测量装置 | |
RU2405164C1 (ru) | Прибор для измерения силового взаимодействия ферромагнитных тороидов | |
ATE415634T1 (de) | Ferraris-sensor | |
RU2421747C1 (ru) | Прибор для исследования магнитного силового взаимодействия | |
CN113296035B (zh) | 一种磁场检测组件、一种铁磁性及磁性材料探测器 | |
RU185424U1 (ru) | Технологический коэрцитиметр магнитных гистерезисных параметров | |
KR101014773B1 (ko) | 펄스 전자석의 자기장 측정장치 및 이를 이용한 자기장 측정방법 | |
Shulman | Magnetic Field of a Permanent Magnet | |
RU111686U1 (ru) | Датчик коэрцитиметра | |
SU667922A1 (ru) | Индуктор-приемник магнитных шумов баркгаузена | |
Junxia et al. | Design and Implementation of Portable NMR Probe Magnet | |
SU769459A1 (ru) | Устройство дл измерени анизотропии магнитных свойств ферромагнитных материалов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC92 | Official registration of non-contracted transfer of exclusive right of a utility model |
Effective date: 20190125 |
|
PD9K | Change of name of utility model owner | ||
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200628 |