2.12. Измерения магнитных параметров

Важнейшим конструктивным узлом ГГ является магнитная цепь. Расчет и макетирование магнитной цепи требуют информации о магнитных параметрах применяемых в ней материалов, контроле индукции в зазоре и распределении магнитного потока. В процессе серийного производства производятся контроль индукции в зазоре и выборочный контроль применяемых магнитных материалов. В магнитных цепях ГГ используются два вида материалов: магнитотвердые - МТМ (постоянные магниты) и магнитомягкие МММ (детали магнитопровода). Подробная характеристика их дана в гл. 4. Для характеристики магнитных свойств материалов исследуются зависимости вектора индукции В от вектора напряженности Н: B = μH, где μ - магнитная проницаемость. Кроме того, используется вектор намагниченности М, связанный с напряженностью через коэффициент магнитной восприимчивости: М = אН. Коэффициенты μ и א определяются как א = (μ - 1)4π. Три основные параметра В, Н и M, характеризующие магнитное поле, связаны между собой соотношением [44] В = НB = dФ/dS. Единица магнитного потока в системе СИ - вебер [ВБ], магнитной индукции - тесла [Тл], напряженности - А/М. Кривые зависимости В от Н носят гистерезисный характер, значительно отличающийся для магнитомягких и магнитотвердых материалов [45] (см. гл. 4). Важнейшими параметрами кривых являются: В_r - остаточная индукция, Н_с - коэрцитивная сила (точки пересечения кривых с осями координат). Отличия кривых для МММ и МТМ связаны в основном с величиной коэрцитивной силы: для магнитомягких материалов Н_с 0,01...0,15 кА/м, для постоянных магнитов Н_r 50...800 кА/м. Важнейшим параметром для МТМ является величина максимальной удельной энергии (BH)_mах. Она зависит от остаточной индукции, коэрцитивной силы и от формы кривой размагничивания (второй квадрант гистерезисной кривой). Чем ближе кривая размагничивания приближается к прямоугольной форме, Тем выше значение магнитной энергии магнита, от величины .которой зависят размеры магнитной цепи. Для магнитомягких материалов важным параметром является индукция насыщения В_с. Чем она выше, тем меньшее сечение магнитолровода требуется для проведения заданного магнитного потока. Большое значение имеет также форма кривой намагничивания (1 квадрант): чем больше угол подъема и протяженность начального участка, тем меньшими будут потери магнитодвижущей силы в магнитопроводе.

Техника измерений параметров магнитных материалов за последние годы значительно усовершенствовалась. Большинство магнитоизмерительных установок использует индукционные или гальваномагнитные методы измерений (применяются также феррозондовые, магнитомеханические и др.). Серийно выпускаются специальные измерительные установки для снятия статических и квазистатических петель гистерезиса, для МММ и МТМ, На индукционном принципе для контроля МММ работают установки У-5035, У-5045. Созданы устройства, например МИС-1Н, для автоматической записи характеристик кольцевых образцов магнитомягких материалов. Для записи кривой для МТМ используются установки УПМ-68 с импульсным режимом намагничивания и измерением напряженности с помощью датчика Холла. Разработаны автоматические регистраторы статических петель гистерезиса с обработкой данных на ЭВМ типа: АРСПГ, МИС и др. (называемые гистериографами).

В качестве измерительных приборов в установках на смену баллистическим гальванометрам пришли микровеберметры. Наиболее чувствительными являются фотоэлектрические микровеберметры, веберметры с интеграторами на операционных усилителях и с цифровым интегрированием ЭДС на ЭВМ. Существуют специальные приборы для измерения коэрцитивной силы - коэрцитиметры. Серийный коэрцитиметр 2-5030 с автоматическим управлением предназначен для испытания образцов длиной 1,5....10 см и коэрцитивной силой до 100 кА/м. Все более широкое распространение находят гальванометрические измерители индукции. Серийно выпускаются Ш1-8, Ф-4354, Ф-4355, Ф-4300 и др. Диапазон измеряемых величин 1...2 Тл, погрешность 1,5%.

Основным измерительным узлом этих приборов является датчик Холла, представляющий полупроводниковую пластинку с четырьмя контактами. Если пластинку поместить в магнитное поле, перпендикулярное плоскости двух противоположных контактов, то между двумя другими контактами возникает напряжение U_x, измеряя которое, можно определить индукцию в зазоре. В настоящее время выпускаются цифровые тесламетры с датчиками Холла, например ЭМЦ2-ПС. Кроме того, созданы приборы для измерения индукции в переменных магнитных полях (Ф-4356, Г-77 и др.) и приборы (градиентометры) для измерения градиента индукции.

Для контроля индукции в зазоре ГГ применяется обычно индукционный метод с использованием дифференциальных измерительных катушек (рис. 2.33). Катушка состоит из двух секций с одинаковым числом витков, намотанных на кольцевом каркасе в противоположные стороны и соединенных последовательно. При резком удалении дифференциальной катушки из зазора нижняя секция пересекает поток в зазоре и поток утечки, а верхняя - только поток утечки. Так как обе секции намотаны в противоположные стороны, то ЭДС, индуцируемые за счет потоков утечки, компенсируются. Катушка соединена с баллистическим гальванометром или микровеберметром. Индукция вычисляется по формуле

где S - эффективная площадь измерительной катушки; W - число витков; α - отклонение измерительного прибора; С_σ - постоянная прибора.

Рис. 2.33. Измерительная катушка

Для измерения кривых размагничивания В(Н) в практике разработок ГГ также используются в основном индукционно-импульсные установки, в которых испытуемый образец магнитного материала помещается между полюсами электромагнита. На нейтральную часть магнита наматывается измерительная катушка, с помощью которой измеряется индукция вышеописанным способом. Напряженность поля определяется с помощью потенциометра (т. е. катушки с равномерно распределенными витками), соединенного с измерительным прибором. При удалении его от поверхности измеряемого образца фиксируется величина отклонения стрелки на приборе и напряженность подсчитывается по формуле

где К - постоянная потенциометра; С₀ - постоянная измерительного прибора; α - отсчет по прибору.

В современном автоматизированном производстве ГТ используется установка для оперативного контроля ферритовых магнитов ЭМ8-10. Установка обеспечивает измерение магнитных параметров материалов анизотропных магнитов в пределах: (ВН)_max - 10...40 кДж/м³, Н_c - 100...400 кА/м. Измерения обеспечиваются для магнитов кольцевой и прямоугольной формы. Режим работы автоматический, отсчет цифровой, время измерений 40 с.