МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ С ППГ

При изготовлении сердечников с ППГ целесообразно пер­вую оценку производить по гистерезисной петле, используя бал­листический метод. Этим методом можно определить значения максимальной и остаточной индукций, величину коэрцитивной силы, коэффициент прямоугольности и точку Кюри. Баллисти­ческий метод дает возможность получить основную кривую на­магничивания, частные циклы, предельную петлю гистерезиса и температурные характеристики.

Из-за недостаточной чувствительности гальванометра стати­ческие характеристики ферритовых сердечников с наружным диаметром менее 3 мм обычно снимаются с нескольких образ­цов одновременно. Применяя фотокомпенсационный микрове- берметр (см. § 29), можно получить индивидуальные характе­ристики для сердечников малых размеров.

Осциллографический метод позволяет наблюдать и фотогра­фировать семейство частых циклов, предельную петлю гистере­зиса, подбирать идентичные сердечники, определять значения Вг, Вшах, Яс, /Спр и определять величину магнитной проницаемо­сти на различных участках петли гистерезиса.

Недостатком осциллографического метода является невысо­кая точность измерений, особенно при определении коэффици­ента прямоугольности. В основном это объясняется наличием фазовых искажений в каналах вертикального и горизонтально­го усиления, что особенно сказывается при работе прибора в широком частотном диапазоне. Например, для измерения с точ­ностью до 5% динамической коэрцитивной силы величиной 0,5—1 а/см фазовый сдвиг между сигналами обоих усилителей должен быть не более 5° [J1. 44]. Чем уже и круче петля пере­магничивания, тем более жесткие требования должны предъяв­ляться к частотным характеристикам усилителя.

Баллистический и осциллографический методы измерений имеют тот недостаток, что измерения производятся в статиче­ском режиме или при синусоидальном изменении намагничива­ющего поля.

Наиболее полное представление о характеристиках ферро­магнетика с ППГ можно получить при его перемагничивании в импульсном режиме, что соответствует его применению в ре­альных схемах. Поэтому импульсные методы испытаний ферро­магнетиков с ППГ получили наибольшее распространение [Л. 45].

При детальном исследовании свойств ферромагнетика с ППГ обычно производится снятие зависимости инверсного вре­мени перемагничивания '/тфи амплитуды выходного сигнала е вых от величины намагничивающего импульсного поля #тах. Снимая эти две зависимости, необходимо так поставить опыт, чтобы явление наблюдалось «в чистом виде». В противном слу­чае аппаратурный эффект может настолько исказить картину, что получающиеся зависимости будут в основном определяться не характеристикой сердечника, а параметрами измерительной аппаратуры.

Подобные установки должны удовлетворять следующим требованиям:

Прямоугольные разнополярные импульсы тока должны быть сдвинуты во времени;

Амплитуда каждого импульса должна регулироваться в широких пределах и независимо друг от друга;

Намагничивающее поле должно достигать установивше­гося значения за временной интервал, пренебрежимый по срав­нению с временем перемагничивания;

Длительность каждого импульса должна быть больше максимального времени перемагничивания испытуемого об­разца;

Внутреннее сопротивление источника переключающих то­ков во всем диапазоне изменения их амплитуды должно остава­ться во много раз большим, чем сопротивление, вносимое про­веряемым сердечником.

Обычно испытания сердечников производятся на стендах, которые позволяют создавать программы перемагничивающих импульсов различной полярности, амплитуды, порядка и часто­ты следования. Такие стенды разработаны и применяются во многих организациях. Наибольшую известность получили стен­ды «С-1» и «С-2», разработанные в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР [Л. 46].

Блок-схема простейшей измерительной установки для испы­таний материалов с ППГ приведена на рис. 99, а.

Перемагничивание сердечников осуществляется разнополяр - ными импульсами поля с амплитудой #тах, создаваемыми на­магничивающими токами во встречно включенных об­мотках W\.

Рис. 99. Блок-схема установки для получения динамических характеристик материалов с ППГ

Для измерения величины переключающего поля использует­ся измерительное сопротивление г. Один из импульсов устанав­ливается достаточной амплитуды для того, чтобы перемагничи­вание осуществлялось из состояния Вг при любой величине им­пульса тока противоположной полярности (рис. 99, б).

Параметры импульсов тока, частотная характеристика и скорость развертки осциллографа определяются диапазоном изменения намагничивающего поля #тах и временем переклю­чения сердечника тф. Амплитуда и скорость нарастания импуль­сов H(t) должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить динамический режим перемагничивания, при котором влияния статического поля, а также формы тороидального образца были минимальными. Установка позволяет получать зависимости

1/тФ =/l(^max) И евых =/г(^тах)-

С помощью графической аппроксимации этих характеристик определяются два важных динамических параметра: поле стар­та яст и коэффициент переключения Sw (рис. 100).

'пах

Рис. 100. Графический метод определения поля старта Нст и коэффициента Переключения Sty

Так как требования, предъявляемые к сердечникам, пред­назначенным для работы в запоминающих устройствах, суще­ственно отличаются от требований, предъявляемых к сердечни­кам переключающих и логических схем, то соот­ветственно различны и программы испытаний этих сердечников.

Сердечники запоми­нающих устройств, рабо­тающие в режиме пере­магничивания совпада­ющими во времени полу­токами или третями то­ков, не должны сущест­венно изменять свое маг­нитное состояние при воздействии этих токов в отдельности. Поэтому программа переключа­ющих импульсов должна строиться таким образом, чтобы она позволяла оценить устойчивость исследуемых сердечников к то­кам полувозбуждения.

Программа токов

Сигнал разрушенного нуля

Выходные сигналы

Рис. 101. Программа проверки ферритовых сердечников, пред­назначенных для работы в запоминающих устройствах (а) и в устройствах переработки дискретной информации (б)

На рис. 101, а приведена программа импульсной проверки на испытательном стенде «С-1» ферритовых сердечников, пред­назначенных для работы в магнитных запоминающих устрой­ствах. Величина амплитуды перемагничивающих токов опреде­
ляется маркой испытуемого сердечника и должна поддержи­ваться с точностью порядка 5% • Длительность переднего фронта импульсов тока должна лежать в пределах 0,25—0,3 мксек. Продолжительность импульсов тока 1, 2 а 3 устанавливается в пределах 5—6 мксек, а продолжительность импульса 4— 15 мксек.

Импульс 4 может быть заменен серией импульсов меньшей продолжительности. Интервал времени между передними фрон­тами соседних импульсов в пачке 10—15 мксек. Пачки форми­руются с частотой 4—6 кгц.

Для сердечников, предназначенных для работы в устройст­вах переработки дискретной информации (в переключающих и логических схемах), основным требованием является высокое отношение полезного сигнала, получаемого при переходе сер­дечника из одного состояния остаточной индукции в противопо­ложное состояние индукции насыщения, к сигналу помехи, воз­никающему при изменении индукции в сердечнике от макси­мального значения до остаточного. Программа испытательных импульсов, позволяющая определить величину полезного сиг­нала и сигнала помехи, представлена на рис. 101, б. Требования к импульсам тока, входящим в программу, примерно такие же, как и рассмотренные выше.

Импульсные характеристики, снятые при одних усло­виях, могут оказаться непригодными для расчета других схем и для выбора режимов в других условиях. Недооценка этого обстоятельства часто приводит к серьезным ошибкам при конструировании устройств, содержащих ферромагнетики с ППГ, когда измерения и отбор сердечников осуществляются на установке с мощными токовыми генераторами, а работа сер­дечников происходит в схемах меньшей мощности при худшей форме токов. Поэтому необходимо производить отбор сердеч­ников на установках, выходные цепи которых близко прибли­жаются к реальным условиям работы исследуемых сердеч­ников.

Кроме измерительных стендов, позволяющих детально ис­следовать свойства материалов с ППГ, большое значение при использовании этих материалов имеют установки, предназна­ченные для цехового контроля сердечников, их подбора по оди­наковым одному или нескольким параметрам и т. п. В связи с тем, что количество сердечников, требующих контроля, очень велико, подобные устройства чаще всего выполняют автомати­ческими.

В качестве параметров, по которым осуществляется сорти­ровка в различных устройствах, принимаются выходное напря­жение, коэффициент квадратности, изменение потока и ряд других. Определение всех этих параметров сводится к точному определению амплитуд импульсов.

Такая разбраковка осуществляется на автоматах, произво­дящих сортировку сердечников на 3—5 групп. Так как в насто­ящее время для ферритов одной партии выходное напряжение изменяется незначительно, то при разбраковке на небольшое число сортов приходится производить многократную сортиров­ку сердечников, что снижает производительность автоматов.

Блок-схема подобного автомата[83], представляющего собой электронное измерительное устройство для автоматической разбраковки ферритовых сердечников на 15 групп, приводится на рис. 102.

Электронный блок

Рис. 102. Блок-схема автомата для разбраковки ферри­товых сердечников с ППГ

Ферриты засыпаются в бункер, откуда с помощью транспор­тирующего устройства направляются к контактной игле. Сер­дечник пронизывается иглой, через которую затем проходит ис­пытательная программа токовых импульсов. Электродвижущая сила, наводимая на игле, усиливается и анализируется по ам­плитуде электронным измерительным устройством. Измеритель­ное устройство управляет электромагнитами сортировки, под­ключая выбранный электромагнит к источнику питания.

Наиболее тщательная разбраковка требуется для сердечни­ков, работающих в запоминающих устройствах матричного ти­па. На описанном автомате подобная разбраковка осуществля­ется в два этапа. На первом этапе ферриты сортируются по вы­ходному напряжению, на втором этапе — по квадратности. Программы перемагничивающих токов автомата на первом и втором этапах напоминают программы, приведенные, соответ­ственно, на рис. 101, а, б.

Рассмотренные выше приборы и методы для измерения свойств материалов с ППГ относятся к сердечникам из ферри­тов и тонких металлических лент. Определение магнитных свойств тонких ферромагнитных пленок связано со значительны­ми трудностями. Остаточные потоки ферритового сердечника и пленочного элемента примерно с одинаковыми габаритными раз­мерами отличаются в несколько сотен раз. Это обусловливает малую величину выходного сигнала, снимаемого при перемагни - чивании пленочного элемента. Простым увеличением коэффици­ента усиления усилителя задачу осциллографирования получае­мого сигнала решить не удается, так как требуется применение усилителей с коэффициентом усиления, равным миллиону. В та­ких усилителях существенно сказываются их собственные шумы, и они склонны к самовозбуждению.

Поэтому обычно при исследовании ферромагнитных пленок на пленочный элемент накладывается многовитковая обмотка, содержащая несколько сотен витков и более. Импульсные испы­тания тонких пленок проводятся по методике, близкой к иссле­дованию ферромагнитных сердечников с ППГ.