RU96261U1 - STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE - Google Patents
STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE Download PDFInfo
- Publication number
- RU96261U1 RU96261U1 RU2010106290/22U RU2010106290U RU96261U1 RU 96261 U1 RU96261 U1 RU 96261U1 RU 2010106290/22 U RU2010106290/22 U RU 2010106290/22U RU 2010106290 U RU2010106290 U RU 2010106290U RU 96261 U1 RU96261 U1 RU 96261U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- pusher
- dependence
- magnitude
- stand
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
1. Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля, характеризующийся тем, что состоит из блока измерения перемещений и электромагнита, причем блок измерения перемещений состоит из толкателя, передающего движение от исследуемого образца к подвижной части, к которой непосредственно или через механическую передачу прикреплен резистивный датчик механической деформации, закрепленный другой стороной на неподвижной части, причем неподвижная часть, датчик и подвижная часть помещаются в термоизолированный корпус с принудительным нагревом, принудительным охлаждением и системой защиты от вибраций, а исследуемый образец находится под воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом. ! 2. Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля по п.1, отличающийся тем, что толкатель может быть выполнен в виде трубки. ! 3. Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля по п.1, отличающийся тем, что на толкателе закрепляется пята, одним концом закрепляемая на толкателе, а другим концом прижимаемая к образцу. ! 4. Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля по п.1, отличающийся тем, что к подвижной части, соединенной с толкателем, прикрепляется пластина, другим концом прикрепляемая к неподвижной части, причем на пластине закрепляется тензорезистор. ! 5. Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля по п.1, отличающийся тем, что толкатель может быть снабжен д� 1. A stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field, characterized in that it consists of a displacement measuring unit and an electromagnet, the displacement measuring unit consisting of a pusher transmitting movement from the test sample to the moving part, to which directly or via mechanical transmission a resistive sensor of mechanical deformation is attached, fixed by the other side to the fixed part, the fixed part, the sensor and the moving part being placed in ter an insulated case with forced heating, forced cooling and a vibration protection system, and the test sample is under the influence of a magnetic field created by an electromagnet. ! 2. The stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field according to claim 1, characterized in that the pusher can be made in the form of a tube. ! 3. The stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field according to claim 1, characterized in that the heel is fixed to the pusher, attached to the pusher at one end, and pressed to the sample at the other end. ! 4. A stand for operational monitoring of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field according to claim 1, characterized in that a plate is attached to the movable part connected to the pusher, and the other end is attached to the fixed part, and a strain gauge is fixed to the plate. ! 5. A stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field according to claim 1, characterized in that the pusher can be equipped with
Description
Настоящее устройство относится к средствам для измерения магнитных характеристик, а именно к устройствам для измерения константы магнитострикции, что осуществляется путем регистрации изменения геометрических размеров, в частности длины образца, при воздействии магнитного поля. Устройство позволяет помимо измерения зависимости величины константы магнитострикции от величины магнитного поля измерять зависимости величины константы магнитострикции и магнитной проницаемости от температуры.The present device relates to means for measuring magnetic characteristics, namely, devices for measuring the magnetostriction constant, which is carried out by recording changes in geometric dimensions, in particular the length of the sample, when exposed to a magnetic field. The device allows in addition to measuring the dependence of the magnitude of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field to measure the dependence of the magnitude of the magnetostriction constant and magnetic permeability on temperature.
Из предшествующего уровня техники известны следующие основные методы измерения велечины магнитострикции:The following basic methods for measuring the magnitude of magnetostriction are known from the prior art:
1. Тензометрический метод - основан на наклеивании планарного или проволочного тензорезистора непосредственно на исследуемый образец, помещением образца в магнитное поле и измерении сопротивления тензорезистора при воздействии магнитного поля заданной велечины на образец и без такового. Константа магнитострикции рассчитывается как где ΔR - изменение сопротивления тензорезистора, R0 - начальное сопротивление тензорезистора, k - коэффициент тензочувствительности для данного типа датчика (Акулов Н.С., Волков Д.И. //Вести Московского ун-та, серия физ. - №10. - 1949. -с.29);1. Strain gauge method - based on gluing a planar or wire strain gauge directly on the test sample, placing the sample in a magnetic field and measuring the resistance of the strain gauge when the magnetic field of a given magnitude is applied to the sample and without it. The magnetostriction constant is calculated as where ΔR is the change in resistance of the strain gage, R 0 is the initial resistance of the strain gage, k is the coefficient of strain sensitivity for this type of sensor (Akulov N.S., Volkov D.I. // News of Moscow University, series of physics. - No. 10. - 1949.-p.29);
2. Метод механооптического рычага - основан на изменении угла отражения светового или лазерного луча при повороте зеркала, соединенного с образцом механической рычажной передачей, во много раз усиливающей величину механического перемещения при изменении геометрических размеров образца. Отраженный световой или лазерный луч попадает на шкалу, кристаллический или иной фотодетектор, фотопленку и т.д., находящийся на некотором расстоянии L от зеркала. Величина магнитострикции определяется по формуле: где М - длина образца, а - отклонение в миллиметрах светового или лазерного луча, R - радиус оси вращения зеркала (Селисский Я.П. // Заводская лаборатория. - №4. - 1941. - с.382);2. The method of mechano-optical lever - based on a change in the angle of reflection of a light or laser beam when the mirror is rotated, connected to the sample by a mechanical lever transmission, many times increasing the amount of mechanical displacement when the geometric dimensions of the sample are changed. The reflected light or laser beam hits a scale, a crystalline or other photodetector, film, etc., located at a certain distance L from the mirror. The magnitude of magnetostriction is determined by the formula: where M is the length of the sample, a is the deviation in millimeters of the light or laser beam, R is the radius of the axis of rotation of the mirror (Selissky Y. // Factory laboratory. - No. 4. - 1941. - p. 382);
3. Интерференционный метод - основан на изменении оптической разности хода двух лучей, появляющейся при разложении света призмой и комбинации отражения лучей системой зеркал, одно из которых закрепляется на исследуемом образце, помещенном в магнитное поле. В результате изменения размеров образца, изменяется число интерференционных полос, регистрируемых в окулярной системе непосредственно или при помощи систем детектирования (Меськин B.C., Сомин Б.Е., Нехамкин А.С.// ЖТФ. - №11. - 1941. - с.9181);3. The interference method - based on a change in the optical difference of the path of two rays that appears when the prism decomposes the light and a combination of the reflection of the rays by a system of mirrors, one of which is fixed to the sample under study, placed in a magnetic field. As a result of changing the size of the sample, the number of interference fringes recorded in the ocular system directly or using detection systems (Meskin BC, Somin B.E., Nekhamkin A.S. // ZhTF. - No. 11. - 1941. - p. 9181);
4. Емкостной метод - основан на изменении емкости конденсатора, одна из обкладок которого механически соединена с исследуемым образцом, помещенном в магнитное поле (Соколов В.И. // ПТЭ. - №2. - 1967. - с.173);4. The capacitive method is based on changing the capacitance of the capacitor, one of the plates of which is mechanically connected to the test sample placed in a magnetic field (Sokolov V.I. // PTE. - No. 2. - 1967. - p.173);
5. Пьезоэлектрический метод - основан на регистрации электрического напряжения, возникающего в сегнетоэлектрических материалах при их деформации, в свою очередь, вызванной изменением размеров магнитострикционного материала, механически соединенного с ними, при воздействии магнитного поля.5. Piezoelectric method - based on the registration of electrical voltage arising in ferroelectric materials during their deformation, in turn, caused by a change in the size of the magnetostrictive material mechanically connected to them under the influence of a magnetic field.
Из предшествующего уровня техники известны следующие, наиболее близкие к заявленному, устройства для измерения величины магнитострикции:From the prior art, the following, closest to the claimed, devices for measuring the magnitude of magnetostriction are known:
1. Устройство для измерения магнитострикции, состоящее из кварцевой пробирки (трубки с одним открытым концом) со вставленной в нее кварцевой трубкой, упирающейся торцом в помещенный внутрь исследуемый образец. Внешняя трубка закрепляется неподвижно, а внутренняя соединяется механическим регулируемым соединением с латунным кольцом. К латунному кольцу прикреплены два отрезка проволоки из сплава, способного изменять электросопротивление (нихром, константан и др.), другие концы которых закреплены на конструкции, связанной с внешней неподвижной трубкой. Собранная установка перемещается целиком и трубки с образцом помещаются в магнитное поле. При изменении размеров образца, внутренняя трубка перемещается, а вместе с ней меняется уровень натяжения проволочных датчиков, а следовательно и их сопротивление. Дополнительно устройство снабжено термопарой, размещаемой на внешней стороне трубки большего диаметра в районе расположения образца. Для термостабилизации измерительной части устройства авторы предлагают использовать сосуд Дьюара. (В.И.Чечерников. Магнитные измерения. Издание второе, дополненное и переработанное. - 1969. - Издат-во Московского ун-та. - с.159) К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:1. A device for measuring magnetostriction, consisting of a quartz tube (tube with one open end) with a quartz tube inserted into it, abutting against the inside of the test sample. The outer tube is fixed fixed, and the inner is connected by a mechanical adjustable connection to a brass ring. Two pieces of wire made of an alloy capable of changing electrical resistance (nichrome, constantan, etc.) are attached to a brass ring, the other ends of which are fixed to a structure connected to an external fixed tube. The assembled unit is moved entirely and the tubes with the sample are placed in a magnetic field. When changing the dimensions of the sample, the inner tube moves, and with it the level of tension of the wire sensors, and hence their resistance, changes. Additionally, the device is equipped with a thermocouple placed on the outside of the tube of larger diameter in the region of the sample. For thermal stabilization of the measuring part of the device, the authors propose using a Dewar vessel. (V.I. Chechernikov. Magnetic measurements. Second edition, amended and revised. - 1969. - Publishing house of Moscow University. - p.159) The following are the disadvantages of this device:
- повреждение образца торцом внутренней кварцевой трубки может привести к искажениям регистрируемых перемещений и вдавливанию кварцевого стекла в образец;- damage to the sample by the end face of the inner quartz tube can lead to distortions of the recorded movements and indentation of the quartz glass into the sample;
повреждение торца кварцевой трубки образцом может вызвать не только искажения результатов измерения, но и привести к необходимости замены трубки;damage to the end face of the quartz tube by the sample can cause not only distortion of the measurement results, but also lead to the need to replace the tube;
- из-за расположения термопары на внешней стороне внешней кварцевой трубки не представляется возможным точное измерение температуры, т.к. тепло будет поглощаться частично материалом трубки и передаваться через нее другим частям установки, в том числе и из-за непосредственного прижима образца к нижней части кварцевой трубки (имеющей форму пробирки);- due to the location of the thermocouple on the outside of the outer quartz tube, it is not possible to accurately measure the temperature, because heat will be partially absorbed by the tube material and transferred through it to other parts of the installation, including due to the direct pressing of the sample to the bottom of the quartz tube (in the form of a tube);
- изменение внешней температуры и условий окружающей среды скажется на результатах измерений из-за зависимости сопротивления проволочных датчиков от температуры. В этом случае, использование предлагаемого авторами, сосуда Дьюара нецелесообразно, поскольку передача тепла от нагретого образца через кварцевое стекло элементам устройства вызовет повышение температуры внутри сосуда Дьюара, а следовательно - изменение температуры проволочных датчиков;- a change in external temperature and environmental conditions will affect the measurement results due to the temperature resistance of the wire sensors. In this case, the use of the Dewar vessel proposed by the authors is inexpedient, since heat transfer from the heated sample through quartz glass to the elements of the device will cause an increase in temperature inside the Dewar vessel, and consequently, a change in the temperature of the wire sensors;
- устройство не имеет защиты от вибраций;- the device does not have vibration protection;
- требуется тщательный подбор материалов, из которых изготавливаются тензодатчики, калибровка и подгонка сопротивления. Проволочные датчики должны быть достаточно тонкими, а следовательно являются хрупкими. - careful selection of materials from which strain gauges are made, calibration and adjustment of resistance is required. Wire gauges should be thin enough and therefore fragile.
2. Устройство для измерения магнитострикции, состоящее из двух барабанов, двух диафрагм, двух дифференциальных гаек, пружинного прижима, трубок, передающих движение от образца на чувствительные к деформации элементы. Чувствительные элементы получают, наматывая константановую проволоку отдельно на две пары барабан-диафрагма. Затем, жестким прижимом двух диафрагм формируют общую диафрагму, которая связывает между собой барабаны обмоткой из константана. Дифференциальными гайками регулируют положение барабанов, а общая диафрагма соединяется через трубку, выполняющую роль толкателя с образцом. При изменении размеров исследуемого образца, трубка-толкатель перемещается и увлекает за собой общую диафрагму, что вызывает изменение натяжения константановой проволоки, а следовательно - ее сопротивление. Устройство снабжено криостатом и магнитной системой (Левин Л.С. // Измерительная техника. - №5. - 1956. - с.22; В.И. Чичерников. Магнитные измерения. Издание второе, дополненное и переработанное. - 1969. - Издат-во Московского ун-та. - с.163). 2. A device for measuring magnetostriction, consisting of two drums, two diaphragms, two differential nuts, a spring clip, tubes transmitting movement from the sample to deformation-sensitive elements. Sensitive elements are obtained by winding the constantan wire separately on two pairs of drum-diaphragm. Then, with a rigid clamp of two diaphragms, a common diaphragm is formed, which connects the drums with a constantan winding. Differential nuts adjust the position of the drums, and the common diaphragm is connected through a tube that acts as a pusher to the sample. When changing the size of the test sample, the pusher tube moves and carries along a common diaphragm, which causes a change in the tension of the constantan wire, and therefore its resistance. The device is equipped with a cryostat and a magnetic system (Levin L.S. // Measuring equipment. - No. 5. - 1956. - p.22; V.I. Chichernikov. Magnetic measurements. Second edition, supplemented and revised. - 1969. - Izdat -Moscow University. - p.163).
К основным недостаткам данного устройства можно отнести:The main disadvantages of this device include:
- невозможность оперативной смены образца;- the impossibility of rapid change of sample;
- образец зажимается цанговым зажимом, что существенно отражается на классе исследуемых материалов - тонкие стержни и проволока;- the sample is clamped with a collet clamp, which significantly affects the class of the studied materials - thin rods and wire;
- использование в конструкции пружинного прижима повлечет за собой высокую чувствительность устройства к колебаниям температуры, а также временной дрейф параметров в связи с изменением жесткости материала пружины;- the use in the design of the spring clip will entail a high sensitivity of the device to temperature fluctuations, as well as a temporary drift of parameters due to a change in the stiffness of the spring material;
- исследуемый образец связан с диафрагмой латунной трубкой, что приводит к значительному отводу тепла от образца на части конструкции, связанные в том числе с проволочными датчиками, что в свою очередь будет изменять их сопротивление при изменении температуры;- the test sample is connected to the diaphragm by a brass tube, which leads to a significant heat removal from the sample to parts of the structure, including those connected with wire sensors, which in turn will change their resistance when the temperature changes;
- отсутствие компенсационного датчика.- lack of a compensation sensor.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в измерении, с высокой точностью, зависимости величины константы магнитострикции от напряженности магнитного поля для образцов из различных материалов, различных конфигураций и размеров с возможностью быстрой, т.е. оперативной, замены исследуемого образца. Для расширения возможностей технического решения заявляемое техническое решение дополняется функциями управления температурой образца и измерения зависимости магнитной проницаемости от температуры.The problem to which the claimed technical solution is directed is to measure, with high accuracy, the dependence of the magnitude of the magnetostriction constant on the magnetic field for samples of various materials, various configurations and sizes with the possibility of quick, i.e. operational, replacement of the test sample. To expand the capabilities of the technical solution, the claimed technical solution is supplemented by the functions of controlling the temperature of the sample and measuring the dependence of magnetic permeability on temperature.
Решение данной задачи достигается за счет того, что стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля состоит из блока измерения перемещений и электромагнита, причем блок измерения перемещений состоит из толкателя, передающего движение от исследуемого образца к подвижной части, к которой непосредственно или через механическую передачу прикреплен резистивный датчик механической деформации, закрепленный другой стороной на неподвижной части, причем неподвижная часть, датчик и подвижная часть помещаются в термоизолированный корпус с принудительным нагревом, принудительным охлаждением и системой защиты от вибраций, а исследуемый образец находится под воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом. Толкатель может быть выполнен в виде трубки. На толкателе одним концом закрепляется пята, другим концом прижимаемая к образцу. К подвижной части, соединенной с толкателем, прикрепляется пластина, другим концом прикрепляемая к неподвижной части, причем на пластине закрепляется тензорезистор. Толкатель может быть снабжен датчиком температуры для измерения температуры образца. Устанавливается теплоизоляция для предотвращения передачи тепла от толкателя к датчику механической деформации. Исследуемый образец прижимается к толкателю прижимным стержнем, выполненным из того же материала, что и толкатель. Добавляются обмотки из металлической проволоки, находящиеся в зазоре между обмоткой электромагнита и образцом, предназначенные для измерения величины магнитного потока, а также могут быть добавлены три обмотки из металлической проволоки, расположенные за пределами электромагнита на одной оси с толкателем, причем одна из обмоток наматывается между двумя другими, а поверх трех обмоток помещается резистивный нагреватель.The solution to this problem is achieved due to the fact that the stand for the operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field consists of a displacement measuring unit and an electromagnet, and the displacement measuring unit consists of a pusher transmitting movement from the sample to the moving part, to which directly or through mechanical transmission attached resistive sensor of mechanical deformation, fixed by the other side to the fixed part, and the fixed part, the sensor and the movable part is placed in a thermally insulated case with forced heating, forced cooling and vibration protection system, and the test sample is under the influence of a magnetic field created by an electromagnet. The pusher can be made in the form of a tube. On the pusher, one end is attached to the heel, the other end is pressed against the sample. A plate is attached to the movable part connected to the pusher, the other end is attached to the fixed part, and a strain gauge is fixed to the plate. The pusher may be equipped with a temperature sensor for measuring the temperature of the sample. Thermal insulation is installed to prevent heat transfer from the pusher to the sensor of mechanical deformation. The test sample is pressed against the pusher by a pressure rod made of the same material as the pusher. The windings of metal wire are added, located in the gap between the winding of the electromagnet and the sample, designed to measure the magnitude of the magnetic flux, and three windings of metal wire located outside the electromagnet on the same axis with the pusher can be added, one of the windings being wound between two others, and a resistive heater is placed on top of the three windings.
Исследуемый образец помещается в полость трубки, которая снабжена крепежными элементами и элементами регулировки положения высоты относительно толкателя, причем внутри трубки расположены как минимум два датчика температуры. Датчик механической деформации, подвижная часть, неподвижная часть, толкатель и термоизолированный корпус смонтированы на одном основании, причем электромагнит установлен на другое съемное основание. Датчик температуры устанавливается рядом с резистивным датчиком механической деформации. Обмотки электромагнита намотаны на каркасе, который содержит полые области для пропускания жидкости или газа. Обмотка электромагнита может быть намотана непосредственно на образец, который расположен на регулируемой по высоте и углу наклона пластине из неферромагнитного материала, содержащей прижимную планку для прижима образца к толкателю и нагреватель для нагрева исследуемого образца.The test sample is placed in the cavity of the tube, which is equipped with fasteners and elements for adjusting the height relative to the pusher, and at least two temperature sensors are located inside the tube. The mechanical deformation sensor, the moving part, the fixed part, the pusher and the thermally insulated body are mounted on one base, and the electromagnet is mounted on another removable base. A temperature sensor is installed next to a resistive strain gauge. The windings of an electromagnet are wound on a frame that contains hollow regions for transmitting liquid or gas. The winding of the electromagnet can be wound directly on the sample, which is located on a plate of non-ferromagnetic material, adjustable in height and angle of inclination, containing a pressure bar for pressing the sample against the pusher and a heater for heating the sample under study.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности и качества измерений, высокая повторяемость результатов измерений, возможность измерения на одном стенде зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля и температуры, зависимости магнитной проницаемости от температуры, зависимости расширения от температуры.The technical result provided by the given set of features is to increase the accuracy and quality of measurements, high repeatability of measurement results, the ability to measure on one stand the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field and temperature, the dependence of magnetic permeability on temperature, and the dependence of expansion on temperature.
Конструкция устройства позволяет производить измерения без дополнительных операций калибровки измерительной системы при изменении температуры окружающего воздуха и температуры составных частей устройства, а также обеспечивает возможность быстрой (оперативной) замены исследуемых образцов и возможность измерять зависимость константы магнитострикции при различных значениях температуры и напряженности магнитного поля для образцов больших размеров и сложных форм. Совокупность приведенных признаков позволяет использовать заявленное техническое решение в условиях массовых лабораторных измерений и в условиях производства изделий из керамических и металлических магнитных материалов с целью выходного контроля параметров на соответствие ГОСТам, ОСТам, ТУ и иной нормативно-технической документации.The design of the device allows measurements without additional calibration of the measuring system when the temperature of the ambient air and the temperature of the component parts of the device changes, and also provides the ability to quickly (quickly) replace the studied samples and the ability to measure the dependence of the magnetostriction constant at different temperatures and magnetic fields for large samples sizes and complex shapes. The combination of the above features allows you to use the claimed technical solution in the conditions of mass laboratory measurements and in the conditions of production of products from ceramic and metal magnetic materials for the purpose of output monitoring of parameters for compliance with GOST, OST, TU and other regulatory and technical documentation.
Устройство поясняется фиг.1, фиг.2 и фиг.3, на которых изображен стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля, в частности на фиг.1 изображена конструкция блока измерения перемещений, на фиг.2 изображена часть устройства с установленным электромагнитом, трубкой с обмотками, прижимным стержнем и др. элементами во взаимосвязи с фиг.1, а на фиг.3 показана во взаимосвязи с фиг.1 конструкция устройства при измерении образцов большого размера и сложной формы с использованием магнитного поля соленоида, намотанного непосредственно на образец.The device is illustrated in figure 1, figure 2 and figure 3, which shows a stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field, in particular figure 1 shows the design of the unit for measuring displacement, figure 2 shows part of the device with installed an electromagnet, a tube with windings, a clamping rod, and other elements in connection with Fig. 1, and Fig. 3 shows in conjunction with Fig. 1 the design of the device when measuring samples of large size and complex shape using a magnetic field Ouida wound directly on the sample.
Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля состоит из блока измерения перемещений (показан на фиг.1) и электромагнита (поз.16, 20 фиг.2), причем блок измерения перемещений состоит из толкателя (поз.30 фиг.1), передающего движение от исследуемого образца (поз.22 фиг.2, поз.14 фиг.3) к подвижной части (поз.8 фиг.1), к которой непосредственно или через механическую передачу прикреплен резистивный датчик механической деформации, закрепленный другой стороной на неподвижной части (поз.15 фиг.1), причем неподвижная часть (поз.15 фиг.1), датчик и подвижная часть (поз.8 фиг.1) помещаются в термоизолированный корпус с принудительным нагревом (поз.2, 4, 5, 11 фиг.1), принудительным охлаждением и системой защиты от вибраций, а исследуемый образец находится под воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом. Толкатель может быть выполнен в виде трубки. На толкателе закрепляется пята (поз.23 фиг.1), одним концом закрепляемая на толкателе, а другим концом прижимаемая к образцу. К подвижной части, соединенной с толкателем, прикрепляется пластина (поз.16 фиг.1), другим концом прикрепляемая к неподвижной части, причем на пластине закрепляется тензорезистор (поз.34 фиг.1). Толкатель может быть снабжен датчиком температуры для измерения температуры образца (На фиг.1 показан вариант установки датчик температуры на пяту толкателя - поз.24 фиг.1, без пяты датчик также может быть установлен - на фиг. не показано). Устанавливается теплоизоляция для предотвращения передачи тепла от толкателя к датчику механической деформации (поз.10, 28 фиг.1). Исследуемый образец прижимается к толкателю прижимным стержнем, выполненным из того же материала, что и толкатель. Добавляются обмотки из металлической проволоки, находящиеся в зазоре между обмоткой электромагнита и образцом, предназначенные для измерения величины магнитного потока (поз.7 фиг.1), а также могут быть добавлены три обмотки из металлической проволоки, расположенные за пределами электромагнита на одной оси с толкателем, причем одна из обмоток (поз.13 фиг.2) наматывается между двумя другими (поз.14 фиг.2), а поверх трех обмоток помещается резистивный нагреватель (поз.9 фиг.2).The stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field consists of a displacement measuring unit (shown in Fig. 1) and an electromagnet (pos. 16, 20 of Fig. 2), and the displacement measuring unit consists of a pusher (pos. 30 of Fig. 1 ) transmitting movement from the test sample (pos. 22 of Fig. 2, pos. 14 of Fig. 3) to the moving part (pos. 8 of Fig. 1), to which, directly or through a mechanical transmission, a resistive sensor of mechanical deformation is attached, fixed by the other side on the fixed part (pos.15 figure 1), and not the movable part (pos. 15 of Fig. 1), the sensor and the movable part (pos. 8 of Fig. 1) are placed in a thermally insulated case with forced heating (pos. 2, 4, 5, 11 of Fig. 1), forced cooling and a protection system from vibrations, and the test sample is under the influence of a magnetic field created by an electromagnet. The pusher can be made in the form of a tube. A heel is fixed on the pusher (pos. 23 of FIG. 1), fixed on the pusher at one end, and pressed to the sample at the other end. A plate is attached to the movable part connected to the pusher (pos. 16 of FIG. 1), attached to the fixed part with the other end, and a strain gauge (pos. 34 of fig. 1) is fixed on the plate. The pusher can be equipped with a temperature sensor for measuring the temperature of the sample (Fig. 1 shows an installation of a temperature sensor on the heel of the pusher - pos. 24 of Fig. 1, without a heel the sensor can also be installed - not shown in Fig.). Thermal insulation is installed to prevent heat transfer from the pusher to the sensor of mechanical deformation (pos. 10, 28 of Fig. 1). The test sample is pressed against the pusher by a pressure rod made of the same material as the pusher. The windings of metal wire are added, located in the gap between the winding of the electromagnet and the sample, designed to measure the magnitude of the magnetic flux (pos. 7 of Fig. 1), and three windings of metal wire located outside the electromagnet on the same axis as the pusher can be added moreover, one of the windings (pos.13 of Fig.2) is wound between two others (pos.14 of Fig.2), and a resistive heater (pos.9 of Fig.2) is placed over three windings.
Исследуемый образец помещается в полость трубки (поз.12 фиг.2), которая снабжена крепежными элементами и элементами регулировки положения высоты относительно толкателя (поз.1, 2 фиг.2), причем внутри трубки расположены как минимум два датчика температуры (на фиг. не показаны). Датчик механической деформации, подвижная часть, неподвижная часть, толкатель и термоизолированный корпус смонтированы на одном основании (поз.12 фиг.1), причем электромагнит установлен на другое съемное основание (поз.5 фиг.2). Датчик температуры, устанавливается рядом с резистивным датчиком механической деформации (поз.14 фиг.1). Обмотки электромагнита намотаны на каркасе, который содержит полые области для пропускания жидкости или газа (поз.16 фиг.2). Обмотка электромагнита может быть намотана непосредственно на образец (поз.14, 15 фиг.3), который расположен на регулируемой по высоте и углу наклона пластине из неферромагнитного материала (поз.9 фиг.3), содержащей прижимной стержень для прижима образца к толкателю (поз.13 фиг.3) и нагреватель для нагрева исследуемого образца (поз.19 фиг.3). Электромагнит, крепежные и регулировочные элементы, трубка и прижимной стержень (поз.12 фиг.2) смонтированы на основании 5 фиг.2.The test sample is placed in the tube cavity (pos. 12 of Fig. 2), which is equipped with fasteners and elements for adjusting the height position relative to the pusher (pos. 1, 2 of Fig. 2), and at least two temperature sensors are located inside the tube (in Fig. not shown). The sensor of mechanical deformation, the movable part, the fixed part, the pusher and the thermally insulated body are mounted on one base (pos. 12 of Fig. 1), and the electromagnet is mounted on another removable base (pos. 5 of Fig. 2). The temperature sensor is installed next to the resistive sensor of mechanical deformation (pos.14 figure 1). The windings of the electromagnet are wound on a frame that contains hollow regions for transmitting liquid or gas (pos. 16 of FIG. 2). The winding of the electromagnet can be wound directly on the sample (pos. 14, 15 of Fig. 3), which is located on a plate of non-ferromagnetic material that is adjustable in height and angle of inclination (pos. 9 of Fig. 3), containing a clamping rod for clamping the sample to the pusher ( pos.13 of Fig.3) and a heater for heating the test sample (pos.19 of Fig.3). The electromagnet, fasteners and adjusting elements, the tube and the clamping rod (key 12 of figure 2) are mounted on the basis of 5 of figure 2.
Стенд для оперативного контроля зависимости константы магнитострикции от величины магнитного поля работает следующим образом. Если размеры образца позволяют поместить его внутрь каркаса стационарного электромагнита (поз.16 фиг.2), то его помещают в трубку большего диаметра (поз.12 фиг.2) и вводят во внутренний канал каркаса (поз.16, фиг.2) обмотки электромагнита. Сзади образец проталкивают в трубке и прижимают прижимным стержнем к толкателю (поз.30 фиг.1) или толкателю с установленной пятой (поз.23 фиг.1). При этом, толкатель, механически соединенный (например цанговым зажимом 7, как показано на фиг.1) с подвижной частью (поз.8 фиг.1) вызывает ее перемещение, что в свою очередь вызывает натяжение пластины (поз.16 фиг.1) и вызывает деформацию тензорезистора (поз.34 фиг.1), установленного на ней. Деформация тензорезистора вызывает изменение его электрического сопротивления, что может быть зафиксировано любым известным способом измерения сопротивления. Затем, по обмотке (поз.20 фиг.2) электромагнита пропускают электрический ток, что вызывает появление магнитного поля в канале каркаса, а следовательно поле воздействует на исследуемый образец, вызывая определенную величину деформации образца (сжатие или удлинение в направлении магнитного поля, в зависимости от знака константы магнитострикции для конкретного исследуемого материала). В свою очередь, это вызывает деформацию натянутой пластины (поз.16 фиг.1) с прикрепленным тензорезистором (поз.34 фиг.1), а следовательно, его электрическое сопротивление. Константа магнитострикции рассчитывается как где ΔR - изменение сопротивления тензорезистора, R0 - начальное сопротивление тензорезистора, k - коэффициент тензочувствительности для данного типа датчика (Акулов Н.С., Волков Д.И. //Вести Московского ун-та, серия физ. - №10. - 1949. - с.29). Для определения величины магнитного поля по измерению магнитного потока используются катушки 7 фиг.2, причем их количество подбирается исходя из конструкции электромагнита, в частности его длины для определения уменьшения напряженности магнитного поля вблизи краев обмотки. Для компенсации ослабевающего магнитного потока вблизи краев обмотки электромагнита используются дополнительные обмотки 19 фиг.2. Нагрев образца осуществляется нагревателем 18 фиг.2, температура определяется датчиком температуры, расположенном в толкателе. Для предотвращения нагрева обмоток электромагнита, его кожух может быть выполнен полым, причем через полость пропускается охлаждающая жидкость или газ через патрубки 6 и 23 фиг.2. По окончании измерений зависимостей константы магнитострикции от величины магнитного поля и температуры, разрывают механическую связь подвижной части (поз.8 фиг.1) с толкателем, который используют для вывода образца из внутренней полости каркаса электромагнита и извлечения его из устройства, а затем возвращают толкатель в прежнее положение. Для исключения вероятности повреждения пластин с установленными тензорезисторами (поз.16 и 34 фиг.1 соответственно) при транспортировке устройства или перемещения толкателя, подвижную часть прижимают к неподвижной фиксирующим винтом (поз.6 фиг.1). Для измерения зависимости магнитной проницаемости исследуемого образца от температуры, например для определения температуры Кюри, используют два метода работы с устройством. Суть первого метода заключается в пропускании переменного тока через обмотку электромагнита, а измерение ЭДС индукции производят одной из обмоток 7 фиг.2, или всеми обмотками, включенными последовательно, причем температуру образца контролируют датчиком, расположенным в пяте толкателя или толкателе. Второй метод заключается в измерении ЭДС индукции обмоткой 14 фиг.2 (регистрирующая обмотка), а переменное магнитное поле создается обмоткой 13 фиг.2 (возбуждающие обмотки), при этом нагрев образца осуществляется нагревателем 9 фиг.2. Для реализации второго метода необходимо перемещение образца толкателем из зоны расположения каркаса электромагнита в зону расположения обмоток 13, 14 фиг.2 и нагревателя 9 фиг.2. При установке образца, угол наклона и положение трубки, в которой он расположен, регулируют элементами 1, 2 фиг.2. При исследовании образцов большого размера (такого размера, который исключает расположение образца внутри направляющей трубки), образец помещается на пластину из неферромагнитного материала (поз.9 фиг.3), которая выполняет роль опоры и ее положение регулируется по высоте и углу наклона регулировочными гайками (поз.7 фиг 3), при этом шпильки (поз.6 фиг.3) выполняют роль направляющих. Пластина 9 фиг.3 устанавливается вместе с регулировочными и крепежными элементами на собственное основание (поз.8 фиг.3), которое ставится на основание блока измерения перемещений (поз.12 фиг.1) взамен основания 5 фиг.2. На исследуемый образец (поз.14 фиг.3) наматывается металлическим проводом обмотка (поз.15 фиг.3), по которой пропускается электрический ток требуемой величины. Исследуемый образец прижимается держателем 13 фиг.3 к толкателю 30 фиг.1, на который может быть установлена пята 23 фиг.1 (тогда образец прижимается к пяте). Измерения проводятся подобно тому, как было описано выше, но в данном случае магнитное поле создается обмоткой 15 фиг.3, нагрев образца осуществляется нагревателем 19 фиг.3, а температура измеряется датчиком температуры 16 фиг.3. Для повышения эффективности нагрева и предотвращения колебаний температуры исследуемого образца, все элементы, расположенные на пластине 9 фиг.3 накрываются кожухом (поз.17, 20 фиг.3).The stand for operational control of the dependence of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field works as follows. If the dimensions of the sample allow it to be placed inside the frame of the stationary electromagnet (pos. 16 of Fig. 2), then it is placed in a tube of a larger diameter (pos. 12 of Fig. 2) and introduced into the inner channel of the frame (pos. 16, Fig. 2) of the winding electromagnet. At the back, the sample is pushed in the tube and pressed with the clamping rod to the pusher (pos. 30 of Fig. 1) or to the pusher with the heel installed (pos. 23 of Fig. 1). In this case, the pusher, mechanically connected (for example, a collet clamp 7, as shown in figure 1) with the movable part (pos. 8 of fig. 1) causes it to move, which in turn causes the plate to be tensioned (pos. 16 of fig. 1) and causes the strain gauge to deform (key 34 of FIG. 1) mounted on it. The strain gauge deformation causes a change in its electrical resistance, which can be fixed by any known method of measuring resistance. Then, an electric current is passed through the winding (pos. 20 of FIG. 2), which causes a magnetic field to appear in the channel of the frame, and therefore the field acts on the test sample, causing a certain amount of deformation of the sample (compression or elongation in the direction of the magnetic field, depending from the sign of the magnetostriction constant for a particular material under study). In turn, this causes deformation of the stretched plate (pos. 16 of Fig. 1) with an attached strain gauge (pos. 34 of Fig. 1), and therefore its electrical resistance. The magnetostriction constant is calculated as where ΔR is the change in resistance of the strain gage, R 0 is the initial resistance of the strain gage, k is the coefficient of strain sensitivity for this type of sensor (Akulov N.S., Volkov D.I. // News of Moscow University, series of physics. - No. 10. - 1949. - p.29). To determine the magnitude of the magnetic field by measuring the magnetic flux, coils 7 of FIG. 2 are used, and their number is selected based on the design of the electromagnet, in particular its length, to determine a decrease in the magnetic field near the edges of the winding. To compensate for the weakening magnetic flux near the edges of the electromagnet winding, additional windings 19 of FIG. 2 are used. The heating of the sample is carried out by the heater 18 of figure 2, the temperature is determined by a temperature sensor located in the plunger. To prevent heating of the windings of the electromagnet, its casing can be hollow, and cooling fluid or gas is passed through the cavity through the nozzles 6 and 23 of figure 2. At the end of the measurements of the dependences of the magnetostriction constant on the magnitude of the magnetic field and temperature, the mechanical connection of the moving part (pos. 8 of Fig. 1) is broken with the pusher, which is used to withdraw the sample from the inner cavity of the electromagnet frame and remove it from the device, and then return the pusher to previous position. To eliminate the likelihood of damage to the plates with installed strain gauges (pos. 16 and 34 of Fig. 1, respectively) during transportation of the device or moving the pusher, the movable part is pressed against the fixed fixing screw (pos. 6 of Fig. 1). To measure the temperature dependence of the magnetic permeability of the test sample, for example, to determine the Curie temperature, two methods of working with the device are used. The essence of the first method is to pass alternating current through the winding of the electromagnet, and the induction EMF is measured by one of the windings 7 of Fig. 2, or all windings connected in series, and the temperature of the sample is controlled by a sensor located in the heel of the pusher or pusher. The second method is to measure the induction EMF by winding 14 of Fig. 2 (recording winding), and an alternating magnetic field is created by winding 13 of Fig. 2 (exciting windings), and the sample is heated by heater 9 of Fig. 2. To implement the second method, it is necessary to move the sample with a pusher from the zone of location of the frame of the electromagnet to the zone of location of the windings 13, 14 of figure 2 and heater 9 of figure 2. When installing the sample, the angle of inclination and the position of the tube in which it is located is controlled by elements 1, 2 of FIG. 2. When examining samples of large size (such a size that excludes the location of the sample inside the guide tube), the sample is placed on a plate of non-ferromagnetic material (item 9 of Fig. 3), which acts as a support and its position is regulated by the height and angle of inclination with the adjusting nuts ( pos.7 of Fig 3), while the studs (pos.6 of Fig.3) serve as guides. The plate 9 of FIG. 3 is installed together with the adjusting and fastening elements on its own base (pos. 8 of FIG. 3), which is placed on the base of the displacement measuring unit (pos. 12 of FIG. 1) instead of the base 5 of FIG. 2. A winding (pos. 15 of Fig. 3) is wound on a test sample (pos. 14 of Fig. 3), through which an electric current of the required value is passed. The test sample is pressed by the holder 13 of figure 3 to the pusher 30 of figure 1, on which the heel 23 of figure 1 can be mounted (then the sample is pressed against the heel). The measurements are carried out similarly as described above, but in this case the magnetic field is created by the winding 15 of FIG. 3, the sample is heated by the heater 19 of FIG. 3, and the temperature is measured by the temperature sensor 16 of FIG. 3. To increase the heating efficiency and prevent temperature fluctuations of the test sample, all elements located on the plate 9 of figure 3 are covered with a casing (pos. 17, 20 of figure 3).
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106290/22U RU96261U1 (en) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106290/22U RU96261U1 (en) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96261U1 true RU96261U1 (en) | 2010-07-20 |
Family
ID=42686432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010106290/22U RU96261U1 (en) | 2010-02-25 | 2010-02-25 | STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU96261U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194787U1 (en) * | 2019-10-21 | 2019-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | LABORATORY STAND FOR MEASURING THE DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION OF A RIGID OBJECT ON THE VALUE OF AN EXTERNAL MAGNETIC FIELD |
| RU2721718C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | Apparatus for measuring the dependence of the magnetostriction of a nonrigid object on the value of the external magnetic field |
-
2010
- 2010-02-25 RU RU2010106290/22U patent/RU96261U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194787U1 (en) * | 2019-10-21 | 2019-12-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | LABORATORY STAND FOR MEASURING THE DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION OF A RIGID OBJECT ON THE VALUE OF AN EXTERNAL MAGNETIC FIELD |
| RU2721718C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | Apparatus for measuring the dependence of the magnetostriction of a nonrigid object on the value of the external magnetic field |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3611809B2 (en) | Rheometer for rapid measurement of small samples | |
| US6672759B2 (en) | Method for accounting for clamp expansion in a coefficient of thermal expansion measurement | |
| JPH102852A (en) | Mechanical analyzer | |
| US8011827B1 (en) | Thermally compensated dual-probe fluorescence decay rate temperature sensor | |
| JP6789023B2 (en) | Precise method for detecting thermal expansion | |
| JP6289801B2 (en) | Dilatometer for measuring metal samples | |
| RU96261U1 (en) | STAND FOR OPERATIONAL CONTROL OF DEPENDENCE OF MAGNETOSTRICTION CONSTANT ON THE MAGNETIC FIELD VALUE | |
| JP2010224011A (en) | Etalon device and optical unit equipped with the same | |
| US3748892A (en) | High precision dilatometer | |
| JP2007218591A (en) | Hybrid-type surface thermometer, apparatus, and method for measuring temperature distribution | |
| JPH09500716A (en) | High temperature extensometer | |
| Schwarz et al. | Mechanical loss of calcium fluoride at cryogenic temperatures | |
| US8992076B2 (en) | Dilatometer for measuring metallic samples | |
| KR20090096065A (en) | Measurement method for very low frost point using quartz crystal microbalance dew-point sensor | |
| Heuberger et al. | Sources and control of instrumental drift in the surface forces apparatus | |
| RU2308016C2 (en) | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures | |
| SU1742693A1 (en) | Installation for dilatometric tests of materials | |
| Venkatesan et al. | Strain Calibration of Substrate-Free FBG Sensors at Cryogenic Temperature | |
| Zhang | Radiative Heat Transfer in Free-Standing Silicon Nitridemembranes in the Application of Thermal Radiation Sensing | |
| McEnteggart | Extensometers | |
| JPH0477654A (en) | Temperature correction method for thermomechanical analysis | |
| JP3185898U (en) | Thermomechanical analyzer and sample holder for thermomechanical analyzer | |
| Nietzsche et al. | Cryogenic Q-factor measurement of optical substrates for optimization of gravitational wave detectors | |
| SU894510A1 (en) | Differential dilatometer | |
| CN116124825A (en) | Optical fiber sensing measurement device and method for low-temperature thermal expansion coefficient of material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140226 |