МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ МАГНИТНОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Характеристиками магнитнотвердого материала являются размагничивающий участок гистерезисной петли и кривые воз­врата. Получение указанных характеристик требует примене­ния сложной аппаратуры и большой затраты времени.

Поэтому в большинстве случаев испытаний, особенно в за­водских условиях, ограничиваются определением Вт и #с или измерением остаточного магнитного потока. Точка (ВН)тах ввиду отсутствия достаточно простой аппаратуры проверяется редко.

ГОСТ 9575—60 требует стопроцентного контроля магнитных свойств, однако практически это осуществляется только для особо ответственных типов магнитов. Массовые типы контроли­руются выборочно (2% от каждой плавки).

Размагничивающий участок гистерезисной петли получает­ся обычно баллистическим методом в пермеаметре сильных по­лей. Типичной аппаратурой, применяемой для этой цели, явля­ется установка У-541 для испытания магнитнотвердых матери­алов с коэрцитивной силой до 1500 э.

На рис. 93 представлен пермеаметр, входящий в комплект установки. Пермеаметр состоит из намагничивающих катушек 7, ярма 2, передвижных вкладышей 3, Т-образных полюсных наконечников 4 и зажимного механизма 5, с помощью кото­рого можно перемещать одну половину ярма для установки об­

Разца 6. При испытании короткие образцы (длиной от 20 до 50 мм) помещаются между Т-образными наконечниками (рис. 93, а). Длинные полосовые образцы (длиной 100—350 мм) за­жимаются непосредственно между вкладышами (рис. 93, б).

Для измерения индукции на образец накладывается измери­тельная обмотка wB. Для измерения напряженности поля непо­средственно на поверхности образца помещается входящая в комплект установки измерительная катушка wH. В момент из­мерения Я катушка с помощью отбрасывающего устройства удаляется с поверхности образца. Намагничивающее поле име­ет величину до 7500 э (при длине образца 20 мм).

Импульсы тока, полученные в обмотке wB в результате из­менения индукции АВ или в обмотке wH при изменении напря­женности поля на величину А Я, измеряются баллистическим гальванометром. Погрешность определения индукции и напря­женности поля не превышает ±3%.

Измерение остаточной индукции. Для измерения остаточной индукции Вг необходимо выполнить условие Я = 0. Это не всег­да соответствует выключенному току в намагничивающих ка­тушках, что объясняется подмагничивающим действием перме­аметра. Поэтому при определении Вг проверяют с помощью чувствительного потенциалометра отсутствие поля на поверхно­сти магнита. Если поле не равно нулю, то в намагничивающих обмотках создают ток такой величины, чтобы поставленное ус­ловие выполнялось. Однако, если не требуется высокая точ­ность, считают, что #=0 при отсутствии намагничивающего тока.

При массовых испытаниях магнитов в заводских условиях Вг определяется следующим образом. На нейтральное сечение

Стическим методом

Магнита помещается измерительная катушка с известным значе­нием Sw. Для удобства измерительная катушка монтируется в ручке с окном, сделанным по форме сечения магнита (рис. 94). Концы обмотки подключаются к флюксметру.

Магнит с надетой на него катушкой помещают между полю­сами намагничивающего устройства (пермеаметра или специаль­ного электромагнита), включают намагничивающий ток, вы­ключают его, затем измеряют суммарное изменение пото­ка при выдергивании магнита из намагничивающего устрой­ства и последующего сдергивания с нейтрального сечения изме­рительной обмотки. При этом магнитное состояние меняется от Вт до ВА, соответствующему рабочей точке магнита в разомкну­той цепи, И от В А до В = 0.

К недостаткам метода следует отнести то, что большие магни­ты трудно выдергивать из намагничивающего устройства, а в магнитах сложной формы не всегда можно обеспечить возмож­ность сдергивания измерительной катушки с нейтрального се­чения.

Измерение коэрцитивной силы. Измерение коэрцитивной си­лы в замкнутой магнитной цепи связано с известными трудностя­ми, главная из которых заключается в возникновении погрешно­сти от влияния ярма; кроме того, этот метод является очень тру­доемким. Достоинство метода заключается в том, что он позво­ляет измерять «истинное» значение коэрцитивной силы Яс (в#с).

Измерение коэрцитивной силы в разомкнутой цепи может быть выполнено сравнительно просто и поэтому широко приме­няется при массовых испытаниях магнитов. Однако в данном случае измеряют не Д, a jHc, что является недостатком метода.

Для материалов с коэрцитивной силой меньше 200 э разни­цей между ВНС и jHc можно пренебречь. Можно ввести поправки для подсчета ВНС по измеренному значению jHc[81].

Устройства, предназначенные для измерения корцитивной си­лы в разомкнутой цепи, называются коэрцитиметрами. Наиболь­шее применение в насто­ящее время имеют коэр - цитиметры, основанные на использовании баллисти­ческого или индукционно­го метода. В последнем случае устройство назы­вают измерительным ге­нератором.

Схематическое уст­ройство коэрцитиметра, основанного на использо­вании баллистического метода, показано на рис. 95. Он состоит из намагничивающей катушки 1, обмотка кото­рой включена в цепь постоянного тока. В центр катушки поме­щают испытуемый образец 2, на - который надевают измеритель­ную обмотку 3, соединенную с баллистическим гальваномет­ром БГ.

Рис. 95. Схематическое изображение коэрци­тиметра, основанного иа баллистическом ме­тоде

Образец предварительно намагничивается до насыщения. Для этой цели можно использовать или намагничивающую ка­тушку коэрцитиметра или, если поле катушки недостаточно, специальное намагничивающее устройство.

После помещения образца в соленоид ток в последнем под­бирают таким образом, чтобы при сдергивании катушки (или выдергивании магнита из катушки) подвижная часть БГ оста­валась неподвижной. Направление тока в обмотке соленоида должно быть выбрано при этом таким образом, чтобы поля ка­тушки и образца были направлены навстречу друг другу. При нулевом отбросе поле в катушке равно коэрцитивной силе об­разца. Поскольку поле соленоида пропорционально току в его обмотке, то шкала амперметра может быть проградуирована в единицах Нс.

При массовых испытаниях магнитов ток в катушке устанав­ливается по образцовому магниту, а в цепь измерительной обмотки может быть включен переносный прибор (микроампер - метр с нулем посредине) и в зависимости от того, в какую сто­рону получается отброс при выдергивании испытуемого магни­та, производится отбраковка.

Схематическое устройство измерительного генератора пред­ставлено на рис. 96. Он отличается от коэрцитиметра, основан­ного на использовании баллистического метода, только индика­торным устройством, устроенным следующим образом.

Рис. 96. Схематическое изображение измерительного гене­ратора

В иоле соленоида помещена измерительная катушка 1, кото­рая приводится в быстрое вращение с постоянной скоростью синхронным двигателем 2. Обмотка катушки подключена с по­мощью коллектора и щеток к нулевому индикатору — гальва­нометру с двусторонней шкалой. Витки обмотки расположены так, что при ее вращении в поле соленоида без образца э. д. с. не возникает.

Если теперь в соленоид поместить намагниченный образец таким образом, чтобы оси катушки 1 и образца были смещены, то вследствие наличия в поле магнита поперечной составляю­щей в обмотке возникнет э. д. е., которая станет равной нулю при равенстве абсолютных величин коэрцитивной силы #с и по­ля соленоида.

Измерение остаточного магнитного потока. В большинстве случаев измерение остаточного магнитного потока производит­ся сравнением с потоком образцового магнита.

На рис. 97 представлена дифференциальная схема по маг­нитному потоку с применением датчика Холла. В этой схеме датчик э. д. с. Холла 1 реагирует на разность магнитных пото­ков, образованных измеряемым 2 и образцовым 3 магнитами, включенными через ярмо 4. Неравенство потоков вызывает по­явление э. д. е., знак которой (при питании датчика постоянным током) или фаза (при питании датчика переменным током) по­казывает, какой из магнитов дает поток, больший по величине.

Для измерения абсолютной величины остаточного потока можно воспользоваться баллистическим методом. При этом на нейтральном сечении магнита располагают измерительную об­мотку, соединенную с флюксметром. Сдергивая обмотку с об­разца, можно измерить остаточный поток.

Во многих случаях измерение только Вг, Нс или остаточного потока недостаточно для характеристик постоянного магнита, а получение размагничивающей кривой баллистическим методом слишком сложно.

Тока

Желательно иметь устройство, с помощью которого можно было бы измерять размагничивающую кривую с записью ха­рактеристики на бумаге, фотопленке, экране осциллографа или подачей данных измерений в автомат для разбраковки маг­нитов.

Такого рода устройства, называемые феррографами, в пос­леднее время интенсивно разрабатываются. Их особенность за­ключается в том, что контроль осуществляется не в постоянных полях, а в полях с частотой в несколько герц.

На рис. 98 приведена блок-схема подобного устройства, наз­ванного ферротестером для испытания постоянных магнитов[82]. Ферротестер предназначен для испытания постоянных литых магнитов с длиной 3—10 см, сечением 1 —10 см2, в полях до 500 ООО а/м при зазоре 5 см.

Принцип работы ферротестера заключается в следующем. Испытуемый магнит зажимается между полюсами пермеаметра ПМ. Предварительно на образец наматывается измерительная катушка индукции wB. Сверху на магнит помещается измери­тельная катушка поля wH. Контактор К служит для изменения направления тока в обмотке пермеаметра. При этом в измери­тельных катушках индукции и поля наводятся э. д. с. соответст­венно Ев и Ен, которые подаются на интегрирующие усилители электронного устройства. Напряжение с выхода интегрирующе­го усилителя ИУВ усиливается усилителем постоянного тока и подается на вертикальные отклоняющие пластины осциллогра­фа. Напряжение с выхода интегрирующего усилителя ИУН, усиленное усилителем постоянного тока Ун, подается на гори­зонтальные отклоняющие пластины осциллографа. Таким обра­зом, на экране осциллографа получаем зависимость В = /(Я) при перемагничивании образца с частотой 1—2 гц.

Электронные пиковые вольтметры VB и VH отмечают макси­мальные значения магнитной индукции и напряженности поля. Погрешность измерений В и Я не превышает ±7%.

Кроме определения указанных выше характеристик постоян­ных магнитов, в ряде случаев необходимо решать и более част­ные задачи: измерять индукцию в зазоре магнитной системы, распределение м. д. с. по длине магнита и магнитопровода, по­токи рассеяния, исследовать вопросы стабильности и темпера­турные зависимости.