Магнитостатика систем с приставными устройствами и ферромагнитными телами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

На правах рукописи

ЗАХАРОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ.

МАГНИТОСТАТИКА СИСТЕМ С ПРИСТАВНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ И ФЕРРОМАГНИТНЫМИ ТЕЛАМИ

01.04.11 - физика цагпитых явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург-1996

Работа выполнена в Физико-техническом институте Уральского отделения Российской академии наук.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Куркин Н.И.; доктор технических наук, профессор Сергеев В.Г.; доктор физико-математических наук, профессор Новиков В.в.

Ведущая организация: АО МНПО "Спектр", г.Москва.

Защита состоится "Л " ИЮНЯ 1дде г. в ^З.-ор ;

на заседании Диссертационного совета Д 002.03.01 по защите дш сертащй на соискание ученой степени доктора технических наук п] Институте физики металлов УрО РАН по адресу: 62С219 г.Екатери: бург, ГСП-170, ул.С.Ковалевской, 18; тел. 44-43-51

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО.РАН.

Автореферат разослан "_" МАЯ . ^ддд г_

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор физико-математических наук,

профессор

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Приставные магнитометрические устройства (ПМУ) получили большое распространение в практике измерений и контроля магнитных свойств различных ферромагнитных изделий. Как и любые другие устройства для определения свойств' ферромагнитных материалов, ПМУ содержат источник магнитного■поля, непосредственно воздействующего на испытуемое изделие, ' и первичные преобразователи магнитного поля, расположенные в той или иной точке системы "ПМУ-изделие". В отличие от традиционных средств измерений параметров магнитных материалов на специально изготовленных образцах ПМУ позволяют определять параметры материалов на изделиях любых размеров и формы, что обеспечивает широкие эксплуатационные возможности данного типа магнитометрических устройств.

В то же время системы "ПМУ-ферромагнитное изделие" характеризуются сложными процессами намагничивания и перемагничивания магнетика, обусловленных неоднородностью магнитного поля, нелинейностью и гистерезисом характеристик материала' испытуемого изделия. Это существенно затрудняет анализ процессов в таких системах и расчет соответствующих ПМУ, особенно в тех случаях, когда пере-магничивающее устройство не содержит специального ферромагнитного магнитопровода и изделие оказывается сильно "разомкнутым" в магнитном, отношении.' В связи со спецификой процессов перемагничивания в рассматриваемой системе весьмз важным при их анализе является вопрос о правомерности и границах применения "истинных" (полученных в условиях "осевого" перемагничивания магнетика, когда, все векторные макроскопшеские параметры в любой точке сбрэгцз материала всегда коллшеарны)' магнитных -характеристик вещества изделия, в большинстве объёмов которого происходит не "осевое", а "вращательное" (с поворотом векторных макроскопических величин, характеризуют« магнетик и магнитное поле) перемагничивание. ■

При использовании ПМУ имеет место специфическая /именно для этого типа, устройств проблема - зависимость показаний аппаратуры от качества магнитного контакта между ПМУ и поверхностью контролируемого изделия (наличие случайных зазоров, перекосов, неустойчивого положения и т.п.). Особенно ощутим этот недостаток в ПМУ о магнитопроводом, где, например, -изменение зазорз "ПМУ-изделие" даже в доли миллиметра нередко приводит к изменению показаний прибора на десятки процентов. Длительное время эта проблема не

имела кардинального решения.

Актуальной-проблемой ПМУ с магнитопроводом-с самого.начала эксплуатации такого типа устройств является низкая технологичность их изготовления, что обусловлено широким применением приборов с ПМУ преимущественно с "встроенным" измерителем (нуль-индикатором) магнитного поля в виде массивного феррозонда; Этот же тип приборов в некоторых случаях существенно ограничивает эксплуатационные возможности ПМУ, поэтому необходим поиск альтернативных вариантов выполнения ПМУ с магнитопроводом.

Основные направления исследований и разработок

В рамкам: перечисленных Еыше проблем в области теории и практики .ПМУ были поставлены следущие задачи:

1. Разработка методики расчета систем с ПМУ и сильно разомкнутыми ферромагнитными телами при учете нелинейности и гистерезиса характеристик магнетика. Анализ, процессов перемагничивания ферромагнитных тел с помрщью ПМУ без магнитопровода и с магнитопроводом.

2. Выявление и исследование особенностей статического перемагничивания ферромагнитных изделий приставными устройствами с магнитопроводом. Построение оптимальных схем ПМУ с П-образным магнитопроводом в составе коэрцитиметра с точки зрения отстройки от влияния мешающих факторов (преимущественно, непостоянства зазора и конфигурации контакта "ПМУ-изделие") на показания' аппаратуры.

3. Разработка приставных устройств с высокой технологичностью изготовления, а также приборов на базе исследованных схем коэрци-тиметров с ЕМУ, имеющих широкие функциональные возможности и высокую достоверность контроля ферромагнитных изделий.

Научная новизна работы

Новизна научных результатов работы подтверждается следующими достижениями:

1. Предложен метод расчета, в том числе графо-аналитический, систем с ферромагнитными телами, основанный на использовании как "расчетных" (вытекающих из магнитозарядово!" модели представления магнетика), так и "физических" (в рамках естественно-физической трактовки магнитных явлений) макроскопических параметров.

2. Получены зависимости параметров магнитного поля от свойств материала ферромагнитного тела при перемагничивании его приставными устройствами без магнитопровода и с П-образным магнитопрово-

дом, учитывающие нелинейность и гистерезис характеристик магнетика.

3. Определены условия отсчета показаний. ПМУ с П-образным маг-нитопроводом в режиме измерения, коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, при которых минимизируется влияние величины и конфигурации зазора "ПМУ-изделие" на показания аппаратуры.

4. Дано объяснение причин появления аномальных значений коэффициентов намагничивания и размагничивания в ферромагнитных телах, перемагничиваемых ПМУ; предложена наглядная графическая интерпретация коэффициентов при их изменении в процессе перемагни-чивания.

5. Описан эффект "статического саморагмагничивания" ферромагнитных изделий, намагниченных ПМУ. Экспериментально обнаружен режим перемагничивания изделия ПМУ с магнитопроводом, при котором суммарная напряженность магнитного поля в межполюсном пространстве ПМУ равна "внутреннему полю" в том же изделия после удаления ПМУ. Найдены условия, при которых по суммарной напряженности поля в межполюсном пространстве ПМУ может быть определено абсолютное значение коэрцитивной силы контролируемого изделия.

Практическая значимость работы '

Результаты проведенных теоретически и экспершэнтатанкх исследований позволяют анализировать процессы перемагничивания ферромагнитных тел в различных ситуациях с учетом нелинейности и гистерезиса характеристик материала магнетика, а тагане расширить, в ряде случаев, возможности количественного расчета систем с ферромагнитными телами. Результаты исследований дают основу для практического построения ЛМУ, имеющих лучше до сравнению с известны!,«1 устройствами метрологические характеристик;! (за счет минимизации влияния мешающих факторов на показания аппаратуры и возможности, в некоторых случаях, непосредственного измерения параметров материала магнетика), а также более высокую технологичность конструкции приставных устройств. На. основе проведенных исследований спроектированы, изготовлены (в том числе серийно) и находятся в эксплуатации несколько модификаций приборов 'магнитного контроля твердости, структуры, марки стали, толщины и свойств ферромагнитных покрытий на ферромагнитной основе (поверхностно обработанные изделия), механических напряжений в изделиях.

Публикации по теме работы

Основные научные результаты диссертации опубликованы в моног-

рафии (без соавторов) и в 21-й печатной работе, а практическое использование результатов исследований и разработок - в 10-ти работах, представленных списками в конце автореферата.

Опубликованные материалы получили апробацию в различных научных школах и изданиях (Уральское отделение РАН и Украинская академия наук, журналы "Дефектоскопия", "Электричество", "Проблемы технической электродинамики" и т.д.), на многих конференциях (4-й Коллоквиум "Внутренние напряжения и поверхностное упрочнение", ГДР, 1985 г.; 10-я Международная конференция по нераэрушащему контролю, г.Москва, 1982 г.; Уральские региональные конференции "Современные методы нераэрушащего контроля и их метрологическое обеспечение", г.Свердловск, 1982, 1981 г.; Республиканское совещание "Неразрушаотие физические методы и средства контроля материалов и изделий", г.Ижевск, 1981 г.; 2-я Всесоюзная конференция "Методы и средства измерения параметров магнитного поля", г.Ленинград, 1980 г.; 8тя Всесоюзная научно-техническая конференция по неразрушаювдм физическим методам и средствам контроля", г.Кишинев, 1977 г. и др.).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из общей характеристики (введения), пяти глав, заключения и списка литературы из 126 наименований. Общий объем диссертации составляет 249 страниц, в том числе 70 рисунков на 66 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность работы, даются основные направления исследований, научная новизна, научная и .практическая ценность работы, сведения о достоверности результатов исследований и публикациях автора, кратко изложено содержание глав.

Первая глава "Трактовка явлений в системах с магнетиками" посвящена анализу проблем, связанных с использованием в магнитостатике "физических" (описывающих реальные микроскопические и макроскопические магнитные поля) и "расчетных", "математических" (связанных с магнитозарядовой трактовкой магнитных явлений). Предложена усовершенствованная система понятий, терминов, определений и обозначений величин, которые позволяют производить анализ и расчет систем с ферромагнитными телами в условиях сложных режимов перемагничивания, в частности, с использованием ПМУ.

В качестве исходной характеристики магнитного поля предложено использовать микроскопический параметр - напряженность магнитного

поля h, определяемую силой воздействия поля на пробный электрический заряд q, движущийся со скоростью v и входящий в формулу для соответствующей силы (силы Лоренца) независимо от магнитной постоянной Мо. а именно Ш: fл - q t v-p^h ]. При таком задании основной характеристики микроскопические уравнения магнитного поля запишутся следующим образом:., rot h - j; div h = 0, где j -объемная плотность тока (тока проводимости, "молекулярных токов" магнетика и т.д.). Применительно к постоянному магнитному-полю в присутствии магнетиков микроскопическая напряженность суммарного магнитного поля равна hz = h0 + hM, где h0 - напряженность поля токов проводимости ("свободных" токов), a hM = £ ha - напряженность поля магнетика, равная сумме напряженностей поля "атомарных" ("молекулярных"), или "связанных", токов ha вещества;

Введено понятие макроскопической напряженности магнитного поля как соответствующей микроскопической (истинной) величины, усредненной по физически бесконечно малому сечению, исходя из известного правила, согласно которому элемент усреднения (в данном случае - сечение) должен быть значительно больше размеров неодно-родностей микроскопического поля, но значительно меньше размеров исследуемого магнитного тела: Н » h. Так, для макроскопической напряженности поля магнетика имеем Им = hM. В отношении макроскопического уравнения с ротором вектора 11м показано, что оно не может быть получено усреднением правой части соответствующего микроскопического уравнения типа rot h =■ j. Действительно, для микроскопического поля магнетика rot hif - ja, т.е. величина rot ht не равна нулю в пределах объема каждого атома Ya нещестЕа и всегда равна нулю в пространстве (вакууме) между ними независимо or зостояния магнетика в делом. Если теперь усреднять плотность ja "молекулярных токов", то при любом физически бесконечно малом объеме V, большем объема Va и включающем в себя последний,. полу-jaeM ja = 0, тогда-как величина rot Ц< = rot hM может быть-и не эавна нулю. Вывод уравнения с rot IIM основан на замене намагни-1енного магнетика системой фиктивных токов проводимости, в общем злучае как поверхностных, так и объемных Ш], исходя из равенс-рва соответствующих макроскопических векторных•магнитных потенциалов полей: магнетика - Лм (причем rot А« '»-Им) и эквивалентных ?оков. Объемная составляющая эквивалентного тока представляет co-toft фиктивный ток проводимости в объеме тела, поэтому rot Hi = fv, где Jv - плотность фиктивного объемного тока.

Макроскопическая напряженность суммарного магнитного поля в системах с магнетиками равна Н£ = Но + Н,,, где Но - напряженность поля токов проводимости (обычно принимают Но = ho) • Аналогичное уравнение для напряженности магнитного поля в присутствии магнетика дано в СЛ2] через деление соответствующих магнитных индукций Во. Вм и В2 на ро. С учетом сказанного имеем rot Hj = rot Н0 + rot Нм = J0 + JVl где Jq - макроскопическая объемная плотность токов проводимости; которую обычно полагают равной ее микроскопическому значент : J0 = jo-

В практике анализа и расчета систем с магнетиками весьма широкое распространение получили вспомогательные сугубо макроскопические векторные параметры, искусственно вводимые как комбинации двух разнородных величин: усредненного параметрз суммарного магнитного поля в присутствии магнетика, с одной стороны, и намагниченности М, с другой. Обозначим этот параметр Hi и для исключения неоднозначности в терминологии назовем "внутренним полем" [23: lli = Hj - M = Но + Нм - 11. Разность двух "физических" величин Нм и t.l представляет собой аналог макроскопической напряженности поля "связанных" зарядов диэлектрика и поэтому может быть названа "полем магнитных зарядов" 1I6 Î21 : II6 = Нм - М. Тогда вектор Hi является аналогом макроскопической напряженности суммарного электрического поля: Hi = Но + Ht, а соотношение между векторами H и Hi может быть выражено через тензор магнитной восприимчивости <зе> как аналог тензора диэлектрической восприимчивости: 13 = <ае> Hi. Параметр, отражающий связь векторов Hz и Н4, является тензором магнитной проницаемости <ц>: Н^ = <ц> Hi, , а связь между суммарной магнитной индукцией Вх = МоНг и вектором Hi выражается через тензор абсолютной магнитной проницаемости <(ia>: Вх =<iia>Il1.

Дифференциальное уравнение с "расчетным" параметром Hi имеет вид: rot Hi. - rot Но + rot Н^ - rôt II « J0 + Jv - rot 11. Можно показать (см., напр., [JI33), что rot M = Jv, тогда получаем rot Нм - rot Ы = rot H& = Q, т.е. поле вектора. H6 всегда потенциально. Это условие выполняется независимо от того, рассматривается одно магнитное тело или система тел (причем с разными свойствами) , так как ротор напряженности поля MarHw гика всех остальных магнитных тел по отношению к тому из них, в котором лежит данная точка, равен нулю. Из последних выражений имеем: rot Hi = rot Но » J0. Данное уравнение оказывается неполным, если в качестве исследуемого магнетика выступает только часть тел (или даже одно те-

ло) рассматриваемой системы нескольких магнитных тел, в то время как другая часть тел системы является, по сути дела, намагничивающей по отношению к первой [1]. В этом случае "поле магнитных зарядов" образуется только из параметров 1!,., и М' "исследуемого" магнетика (обозначим соответствующие величины индексом "и"), т.е. Нби'- Ими - Ми. Тогда составляющая суммарной напряженности поля всей системы магнитных тел, обусловленная "намагничивающей" группой тел, (обозначим ее Н^н) образует вместе с напряженностью поля токов проводимости напряженность внешнего по отношении к "исследуемому" магнетику поля: На - Но + И,я, причем Hi « IIe + Н<,„ = Н0 + Нин + Щ,и. Поскольку "намагничивающая" группа тел выступает по отношению к "исследуемой" как дополнительный (к полю реальных токов проводимости) источник внешнего магнитного поля, то заменяя эту группу тел соответствующими поверхностными и объемными фиктивными токами проводимости, имеем (с учетом того, что rot = 0)': rot Hi = rot He - rot Но + rot Нмн - JQ + JVn. где JVn - объемная составляющая плотности эквивалентного тока "намагничивающего" магнетика. Данное уравнение представляет собой наиболее общее выражение "закона полного тока" в дифференциальной форме для параметра Hi в магнитостатике, а уравнение rot Н4 = JQ является его частным случаем, когда вся система магнитных тел рассматривается в качестве "исследуемой" и находится только в поле реальных токов проводимости.

На рис.1, с учетом вверенных наименований и обозначений величин, показаны , все макроскопические параметры, характеризующие магнетик и магнитное поле в его присутствии для общего случае, когда одиночное тело произвольной формы помещено во внешнее неоднородное магнитное поле. Любая точка внутри магнетика (точка 0) характеризуется векторами напряженности Не внешнего магнитного поля, намагниченности Н магнетика, напряженности 11м поля магнетика, напряженности Hz суммарного магнитного поля, "поля магнитных зарядов" Нб и "внутреннего поля" Hi. Соотношение между векторами полностью соответствует введенным райее уравнениям. Для точек вне магнетика (точка О на рисЛ) II = 0, поэтому "поле магнитных зарядов" здесь совпадает с напряженностью поля магнетика Ц/, а "внутреннее поле" - соответственно с суммарной' напряженностью поля Hz' » He' + Ik*. В данном случае имеется в виду такой тип намагничивания (перемагничиваиия) магнетика и свойства последнего, когда вектор Ы не совпадает по направлению ни о суммарной напря-

женностыо поля Hj, ни с вектором Н^. На практике это происходит в ферромагнитных телах, даже из изотропных материалов, при ."вращательном" перемагничивании магнетика, когда векторы М, НМ| Н2 (а, стало быть, и Н6 и HJ в данной точке поворачиваются в процессе перемагничивания.

При анализе и расчете систем с магнетиками наряду с основными уравнениями магнитостатики и граничными условиями необходимо наличие характеристик магнетиков как веществ со специфическими свойствами, отражающими связь между макроскопическими параметрами поля магнетика (или суммарного магнитного поля) от .параметров магнитного поля, воздействующего на магнетик. Поскольку эта связь зависит также ог формы магнитного тела и от условий его намагничивания (конфигурации внешнего магнитного поля), то о получении "истинных" магнитных характеристик вещества можно говорить лишь в случаях, когда при . измерениях соблюдены определенные условия. Прежде всего, при выборе, образца материала и системы его перемагничивания надо исходить из того, что в месте (объеме), где производится измерение параметров, при всех режимах перемагничивания должно происходить "осевое" перемагничивание магнетика. Это позволяет оперировать модулями векторных величин и обеспечивает воспроизводимость характеристик материала в любых сколь угодно сложных системах о магнитными телами из данного вещества в тех его точках, где имеет место "осевое" перемагничивание. Кроме того, должно быть обеспечено точное определение "внутреннего поля" Iii в контролируемой зоне образца. Последнее требование обусловлено тем, что в идеальных условиях снятия характеристик вещества (в условиях сплошной однородной среды при однородном внешнем поле) строго соблюдаются следующие соотношения: Iii «= М и, соответственно, Hi - 0, а Hi = Hs, т.е. параметр Н4 полностью совпадает с напряженностью Не внешнего поля, воздействующего на магнетик. А это и есть та величина, в зависимости от которой строятся характеристики магнетика {"характеристики вещества"). Указанные требования соблюдаются, например, при перемагничивании кольце .ых образцов из изотропных магнетиков, когда голтина (размер в направлении радиуса) кольца значительно меньше его радиуса, т.е. магнитное поле можно считать условно однородным по сечению кольца.

В тех случаях, когда образец материала "разомкнут" в направлении внешнего поля, приведенные выше равенства уже не соблюдаются (Ни * М, Щ * 0, Hj * 11е) и даже при выполнении первого уело-

вия ("осевое" перемагничивание) соотношение между Н^ и На (как и между Н« и И) становится неопределенным. В этой ситуации либо непосредственно используют "характеристики тела", т.е. зависимости параметров М, Вг (или Нд) и других от Нв1 либо дополнительно измеряют "внутреннее поле" Н1 для получения характеристик вещества в виде зависимостей М, В г и т.д'. ог Нь Иногда характеристики вещества удается получить на разомкнутых образцах специальной формы, когда заранее известно точное соотношение между параметрами Им иМ (либо между % и М), не зависящее от свойств материала образца й величины магнитного поля (определяемое только формой магнитного тела). Что касается измерения величины при определении характеристик вещества на разомкнутых образцах, то оно, .как известно, возможно путем измерения касательной составляющей напряженности магнитного поля Нг у поверхности изделия. Очевидно, что при условии "осевого" перемагничивания имеют место следующие соотношения скалярных величин: Нг - Н1 + М; Вг = Мо(Н1 + М).

При рассмотрении систем с ферромагнитными телами необходимо учитывать наличие нелинейности и гистерезиса характеристик магнетика. В режиме намагничивания используются такие параметры, связанные с кривыми намагничивания, как магнитная восприимчивость зе - М/Н^, магнитная проницаемость 11 - В£/МоН1 - H¡/Иi » 1 + а и абсолютная магнитная проницаемость Ма - Вг/Н4 .« Цр(1 + а). При уменьшении намагничивающего поля, воздействующего на образец, с какого-либо значения Н,, М или В^ и последующем перемагничивании образца в направлении, противоположном намагничиванию, вводят такие параметры как намагниченность (Мг) или индукция (Вг) при нулевом "внутреннем поле",' .коэрцитивная сила (к.с.) по намагниченности ЬСм (на предельной кривой перемагничивания, иди петлэ гистерезиса, материала - НСм). к. с. по индукции Ъсв (или Нс8), а также релаксационная к. о. Ьр (или Нр) - значение "внутреннего поля" обратного по отношению к намагничивающему напрайления, после уменьшения которого до нуля материал находится в статически размагниченном состоянии (М »0; Н^ = 0). Для расчета систем с магнетиками в режиме перемагничивания из какого-либо предварительно намагниченного состояния материала .использование параметров жну теряет всякий смысл. С другой стороны, при расчете таких систем в магнитостатическом варианте не может быть использован и такой параметр как дифференциальная магнитная проницаемость Цд - ёВ^сШь которая графически интерпретируется через тангенс угла наклона

касательной в какой-либо точке кривой В^СН!) к оси Н/. Тем не менее здесь требуется введение параметра, аналогичного величине ц^ на кривой намагничивания. Например, может быть позаимствован известный прием из области систем с постоянными магнитами, а именно СЛ4, Л5]: ось В переносится вдоль оси Н! на величину к.с. (задерживающей силы) Ьсв, при этом кривая перемагничивания становится аналогичной кривой намагничивания с началом координат в точке Ьсв, а отношение суммарной индукции в любой точке кривой перемагничивания к отрезку на оси Н^ между ЬСв и. соответствующим значением "внутреннего поля" даёт абсолютную магнитную проницаемость, аналогичную

Очевидно, что описанный прием может быть применен не только по отношению к характеристикам ВгСН^) вещества, но также и к кривым перемагничивания М(Н1) или, например, к кривым зависимости индукции поля магнетика Вм от ^ и т.д. [2]. Он носит универсальный характер и позволяет ввести параметры магнитной восприимчивости и проницаемости, пригодные для любого режима перемагничивания. На рис.2 показана кривая перемагничивания М(Н1) магнетика, предварительно намагниченного до какого-либо значения М в первом квадранте (направление перемагничивания по кривой показано стрелкой) .. Не меняя точки О отсчета значений "внутреннего поля" Н1 (т.е. не затрагивая "характеристику материала" магнетика), перенесем условно ось М влево на величину Ьсм. а любое отношение намагниченности М к разности параметров Н1 и ЬСм (они могут быть как положительными - для точек кривых перемагничивания в 1-м и 4-м квадрантах, так и отрицательными - для точек во 2-м и 3-м квадрантах) назовем восприимчивостью на кривой перемагничивания и обозначим буквой ж с индексом "о": аес = М/(Н1 - ИСм)- Например, восприимчивость аес в точке 1 на рис.2 равна агС1 - М1/(Нц - Ьсм), а в точке 2 - ассг 10 Мг/О^г - Ьсм). Заметим, что несмотря на то, что намагниченность Мг отрицательна, восприимчивость хС2 тем не менее остается положительной, поскольку отрицательная величина Н12 больше, по модулю, чем Ьсм- Далее, если начать перемагничнва-ние магнетика в противоположном направлении (например, от точки 2, то кривая пересечет ось Н^ в точке ЪСи , перейдет во 2-й, а эатем в 1-й квадрант системы координат МСНО ("кривая возврата"). В данном случае ось М условно переносим в точку Ьсм'; при этом восприимчивость аес в точке 2 скачком меняется до значения хс.г « М2/(Н12 - Ьсм'). в точке 3 на кривой возврата она равна эесз

M3/(Hi3- hCM ). а в точке 4 - atc4 • M4/(Hi4 - Ьсм )■ В частности, если кривая возврата проходит через 0 (т.е. hCi/ - 0), то восприимчивость в любой ее точке определяется по формуле «с' -M/Hi, т.е. как на кривой намагничивания.

Аналогичный смысл будет иметь соответствующий параметр в координатах B(Hi) - абсолютная магнитная проницаемое!* на кривой перемагничивания Щс - Вг/ (H¿ - hCn). При этом формулы для ж и Ма являются частными случаями' "универсальных" параметров «с и Uec. когда, соответственно, heu и hca равны нулю. Зависимость восприимчивости «с (в привязке к heu) и Хс' (в привязке к Ьсм') показана пунктиром на рис.2. Там же видно, что восприимчивость в любой точке кривых перемагничивания пропорциональна (с учетом масштабов по осям координат) тангенсу угла наклона прямой, проведенной из точки hCM (или Ьсм") в данную точку, к оси Hj.

Использование "универсальной" восприимчивости (проницаемости) и переноса оси ординат на характеристиках ферромагнетика позволяет оперировать понятием магнитной цепи в режиме перемагничивания по кривым гистерезиса материала, причем можно вести расчет не только по суммарному магнитному потоку - SBr (S - площадь поперечного сечения магнитного участка цепи или трубки потока), но и по потоку поля магнетика Фи « SEm - SjjoHm. Соответственно, каждый магнитный участок цепи (трубки потока) в случае расчета по магнитному потоку может быть представлен магнитодвижущей силой (м.д.с.) Fea - hcal. где 1,- длина участка (трубки), а также магнитным сопротивлением R - 1/ЦоМ-cS.

В системах о сильно разомкнутыми магнитными телами применяются понятия коэффициентов' «.размагничивания и намагничивания СЛЗЗ. Последние, в общем случае, являются тензорными величинами, отражающими связь между соответствующими векторами:' H¿ - <N> М; Нц -<К> М. При "осевом" перемагничивании магнетика рассматриваемые коэффициенты являются скалярными величинами, а их соотношение всегда равно К - 1 + N. Например, для сплошного кольца из изотропного магнетика, перемагничиваемого током провода, установленного по оси кольца, К - 1, N - О. Такими же будут коэффициенты К и N в любой точке бесконечно длинного магнитного стержня в однородном магнитном поле, приложенном вдоль отержня. однако, если стержень имеет ограниченную длину, например выполнен в виде удлиненного эллипсоида вращения, то для него К < 1, а N < 0. Так, для шара, как частного случая эллипсоида вращения, К - 2/3, N - -1/3.

На рис. 3 дана графическая интерпретация процесса изменения параметров магнитного поля при намагничивании эллипсоидов вращения из изотропного ферромагнетика с изменением относительной длины эллипсоида (суммарная напряженность поля Н^ для упрощения обозначена через Н). Если эллипсоид бесконечно длинный и на него воздействует некоторое однородное внешнее магнитное поле напряженностью Не, то "внутреннее поле" (обозначим его Ни) равно внешнему, т.е. Нц = На, а Н1 - На + М1 « Н® + Мь Соответственно, НЬ1 = Ни - Нв = О, НМ1 « М1 + Н61 ='М1 (т:е. кривая НМ1 (Н») совпадает с кривой' М(Н1) на рис.3), а К1 - 1, N1=0. При намагничивании эллипсоида вращения конечной длины напряженность поля магнетика Ны в нем изменяется по кривой, лежащей ниже кривой Нщ (линия НМ2 на рис.3), и при том же значении напряженности внешнего магнитного поля Не суммарная напряженность поля в эллипсоиде равна Иг = Не + НМ2, а намагниченность и "внутреннее поле", соответственно, Мг. и Н)2. . Отрезок между точками На и Н^г на оси Н, представляет собой "поле магнитных зарядов" ("размагничивающее поле") Н&2 - - Не, при этом Кг = Нмг/М2 < 1, а N2 - Н<,2/М2 < 0. Графически коэффициент N можно интерпретировать как тангенс угла а между прямой, проведенной из точки На на оси Нх в точку на кривой Щ^), соответствующую "внутреннему полю" для той или иной относительной длины эллипсоида вращения и вертикалью, восстановленной из точки Н^. При бесконечно длинном стержне «1 =0, а при бесконечно тонком (сильно "сплюснутом") в направлении намагничивания эллипсоиде вращения (тонком диске) а стремится к 45°. В последнем случае поле, создаваемое магнетиком, практически равно нулю (Нм « 0; т.е. зависимость Ны(Н() сливается с осью Н1) несмотря на то, что в диске может быть достигнуто любое значение намагниченности в соответствии с кривой ) материала магнетика. Например, при том же значении напряженности внешнего поля На намагниченность будет равна МЬ - Нв - а Нбо - - Нв = -Несоответственно, К «= 0, N *» -1, а угол с(о « 45° (на рис.З он больше 45° из-за различия в масштабах по осям М и Н^).

Для некоторых систем с ферромагнетиками,. в силу нелинейности свойств последних и неоднородности магнитного поля, коэффициенты К и N могут выходить за названные границы: К может быть больше 1, а И - больше 0. Условие N > 0 означает, что "поле магнитных зарядов" становится по существу "намагничивающим" (а не "размагничивающим"), т.е. действует согласно с внешним полем. Впервые на это

обстоятельство обратили внимание авторы работы СЛ6] при намагничивании длинных ферромагнитных стержней короткой катушкой. На достаточном удалении от центра катушки они наблюдали значения N > 0; рзсчет по данным СЛ6] показывает, что максимальное значение N составляет около 0.08, а К * 1.08. Исследования показывают, что приведенные значения К и N не являются предельными даже в условиях сплошной изотропной среды. В частности, это касается системы "виток с током I в изотропном ферромагнитном пространстве" [31. Магнитное поле в такой системе неоднородно во всем пространстве, а "осевое" перемагничивание Магнетика происходит, строго говоря, только в трубке магнитного потока вблизи оси витка. Показало, что когда ферромагнетик представлен характеристикой с насыщением (рис.4). то при достижении насыщения в самом узком сечении указанной трубки потока (в центре витка с током) соотношение Нм/М (коэффициент намагничивания К) становится-больше 1. Это обусловлено тем, что намагниченность в центре витка, достигнув уже не может превысить этой величины, в то время как Нм в этой же точке, зависящая от магнитного состояния материала во всей трубке, не остается равной М3 и продолжает расти. Графически (рис.4) это можно интерпретировать следующим образом: при напряженности внешнего поля На > Н^з - Наз зависимость НМ(Н1) идет выше прямой М - М2, при этом "поле магнитных зарядов" Н& - Н1 - Нв становится положительным, поскольку значение "внутреннего поля" Н^ становится больше напряженности Нв, а угол а - агс N. равный нулю до На - Н^з, при На > Н*.3 па мере роста Нв увеличивается. Другими словами, коэффициент К в центре витка становится больше 1, а коэффициент размагничивания N - К - 1 приобретает положительные значения. Расчет, проведенный графо-аналитическим методом для рассматриваемой системы [33, показывает, что в пределе коэффициент К стремится к значению +2, а коэффициент размагничивания N -к значению +1. Последнее означает, что угол « в рассматриваемом случае стремится к 45° (при одинаковых масштабах по осям М и НО.

Исследования указывают на чрезвычайно широкий диапазон изменения коэффициентов К и Ы: фактически от -» до На теоретическую возможность изменения коэффициента размагничивания в-пределах ±«> (даже при перемагничивании цилиндрического стержня в однородном продольном внешнем магнитном поле, не говоря уже о Солее сложных случаях перемагничивания) было обращено внимание еще в 1950 г. Р.И.Янусом [Л7]. Как будет показано далее, в этих же пре-

делах изменяются коэффициенты К и N при перемагничивании ферромагнитных изделий с помощью ПМУ.

• Совместное использование "физических" (Иц, Н*) и "расчетных" (Н^, И,) макроскопических параметров магнитного полй, имеющих одинаковую, размерность с намагниченностью N магнетика, существенно расширяет, возможности анализа-и расчета систем с ферромагнетиками, особенно с использованием семейства кривых перемагничивания материала и графо-аналитических методов расчета, а также дает Солее полное представление о таких понятиях, как коэффициенты намагничивания и размагничивания, границах их изменения, в частности в системах с приставными магнитными устройствами.

Вторая глава "Приставные' магнитные устройства без магнитопро-вода" посвящена анализу и расчету систем с ПМУ, не содержащими ферромагнитных элементов (сердечников), в которых магнитное поле, воздействующее на исследуемое ферромагнитное изделие, является линейной функцией тока в проводе (катушке). Наиболее простым вариантом ПМУ без магнитопровода является одиночный прямой достаточно длинный провод, устанавливаемый на некотором расстоянии "а" от плоской поверхности массивного ферромагнитного тела, о расположенным в том или ином положении вблизи исследуемого участка тела измерителем магнитного поля (ИМП). Задача расчета такой системы состоит в том, чтобы определить' параметры магнитного поля внутри магнетика и за его пределами (в воздухе, или вакууме) В' зависимости от тока I и свойств магнетика. Обычно решение этой задачи, известной также под названием "вторая задача Сирла" СЛ83, производится при существенных ограничениях, а именно: а) рассматривается только режим-приложенного поля (намагничивание), т.е. не учитывается гистерезис характеристик магнетика; 0) магнитная восприимчивость х (магнитная проницаемость д) вещества постоянна при любой поле и в любой точке магнитного полупространства, т.е. не учитывается нелинейность характеристик магнетика. По этому методу можно найти напряженность поля в любой точке пространства, однако учесть нелинейность реальных характеристик ферромагнетика и наличие у них гистерезиса в данном случае не представляется возможным.

В диссертации поставленная задача решается (при некоторых допущениях) с помощью разделения суммарного магнитного потока Фг в системе на составляющие - поток Ф0 (линейная составляющая, обусловленная внешним полем) и поток поля магнетика Фм (создаваемый

'намагниченным магнетиком и связанный с внешним полем нелинейной ■ зависимостью с гистерезисом) С4]. На рио.Ба показано расположение в пространстве соответствующих магнитных потоков, ограниченных трубками с поперечным сечением 3. Будем полагать (первое допущение) , что поле магнетика в пределах полупространства, занятого веществом, полностью совпадает с внешним полем. Иными словами, линии индукции вм в ферромагнетике совпадают с линиями индукции В0. При этом суммарная индукция В£ = В0 + Вм, а векторы индукции совпадают по направлению (точка 1 на рис.5а). В действительности потоки индукции Во и Вм не совпадают друг с другом, а воспршшчи-вость ферромагнетика не остается постоянной не только в направлении радиуса, но и вдоль силовых линий поля. Однако, только при упомянутом выше предположении возможно установление связи параметров поля магнетика с внешним полем и свойствами вещества, заданными кривыми Вг(Н1) или М(Нг). Полагаем также (второе допущение) , что вне магнетика линии индукции Вм замыкаются симметрично относительно поверхности раздела сред,, как показано на рис.5а. При этом суммарная индукция В^ образуется от сложения вектора Пм с векторали индукции внешнего поля в рассматриваемой точке (например, с вектором В0 в точке 2 непосредственно над поверхностью магнетика).

С учетом этих допущений расчет системы производится методом магнитных цепей по потокам Ф0 и Фц. Если в магнетике выделить некоторую трубку потока Ф.г = Ф0 + Фм. то соответствующие трубки потоков Ф0 и Фм ■ вне магнетика займут положение, показанное на рис.5а. Последнее остается неизменным (в отличие от картины суммарного магнитного поля) независимо от значения тока I и восприимчивости магнетика, что создает необходимые условия для расчета параметров магнитных цепей как при намагничивании, так и при пе-ремагничивании магнетика. Выберем расстояние между стенками цилиндров, образующих трубки потока Ф0, значительно меньшим радиусов этих цилиндров; тогда поле в пределах трубок можно считать однородным по сечению 5 (на рис.5а трубки потока, кроме поверхностей цилиндров, ограничены также двумя плоскостями, расположенными на расстоянии "Ь" друг от друга и параллельными плоскости чертежа). Обозначим среднюю длину силовой линии в трубке потока ®о через 1, часть ее внутри магнетика - через Г, а.часть, проходящую вне магнетика, - через 1" - 1 - 1'. Соотношение частей зависит от расстояния "а" между проводом и магнетиком, т.е. пара-

метр "а" опосредованно учитывается при расчетах через 1 и 1 .

Поток Ф0, создаваемый проводом, описывается выражением Ф0 -B0S - MoHqS » Hol/Ro 1/Ro. где Ro - 1/HoS - магнитное сопротивление вакуума. Схема замещения магнитной цепи потока Ф0 приведена на рис.6а. • Здесь Ro' и Ro" - части общего магнитного сопротивления Ro, соответствующие участкам трубки 1 и 1 : R0 - 1 Ro" - l '/jioS. Падение магнитного потенциала на сопротивлении Ro при прохождении по нему потока Ф0 равно F « Н01 - ®oRo -IRc'/Rq. Оно является частью и.д.с. провода I - Н01 и непосредственным возбудителем намагничения магнетика, расположенного в пределах трубки потока Ф0. В свою очередь, для трубки потока магнетика имеем FM - Ml' - Hul' + HMl"', или Ml' - ®m(Ro' + Ro"). где FM » Wl' - и.д.с. намагниченного магнетика; 1'" - средняя длина силовых линий в трубке Фм над . поверхностью магнетика (рис.6а); Ro'" - 1 " '/¡ios есть магнитное сопротивление вакуума (воздуха) на участке трубки потока Фм длиной 1 " '. В силу симметрии поля магнетика относительно поверхности (согласно принятому ранее допущению) 1 » 1 ,

a Ro » Ro .

'Выразим намагниченность M через напряженность внешнего поля Н0 и параметры материала ферромагнетика, заданные кривой намагничивания и семейством кривых перемагничивания в виде характеристик Bj(Ht) и M(Ht). С учетом того, что Hi = Hz - M, выражение для FM принимает вид HQl' = Hjl' + HMl". Подставляя в эту формулу вна-' чение Hi из. выражения для ас, получаем Н0Г - hCul.' - Ml'/atc + Hui"', или F' + F см - + Rcm), где FCM = - heul' -

м.д,с., a Reu - l'/UoKaecS - магнитное сопротивление магнетика, а К « Нм/М - коэффициент намагничивания в пределах части трубки, расположенной в магнетике.. Схема замещения магнитной цепи по потоку Фи приведена на рис.66..

Значения магнитных потоков находим графическим способом, используя вебер-амперные характеристики, построенные по кривым намагничивания и перемагничивания материала с учетом геометрических параметров системы. Умножив значения Bi и »ioM характеристик магнетика на сечение трубки S. а значения Ht - на длину трубки в магнетике 1 , получим вебер1амперные характеристики Ф(F) и зависимости MoMS(F), показанные на рис.7. Предположим, что магнетик намагничивается из размагниченного состояния путем увеличения тока в проводе от нуля до заданного значения. При некотором токе I - Ii процесс намагничивания прекращается и начинается перемагни-

чивание материала по соответствующей кривой. Для определения магнитных потоков в цепи, соответствующих различным значениям тока! в проводе, производим следующие графические построения (рис.7). Из начала координат строим прямую под углом с*о ~ are tg R0 . Пересечение ее с прямой, проведенной из точки Ii = Holl под углом oto" ~ are tg R0", определяет значение потока Ф01 и падение магнитного потенциала Fi' = Holl' (точка 1). Если теперь из точки 1 провести прямую под углом aQ''' - are tg R0 (поскольку в данном случае R0"' - R0', то.а0'" = cío') до пересечения с кривой Ф(Р), то получим значение суммарного потока ®i. Ему соответствует падение магнитного потенциала на магнетике Htil , а также поток магнетика Ф>л « <Si - Ф0х. Зная "внутреннее поле" H¡ =■ Hü, с которого начинается перемагничивание, строим кривые перемагничива-ния Ф(Н4Г) и lioMS(Hil'). Пересечение кривой iioMS(Hil') с осью F дает значение м.д.с. FCm1 • Значения <3^ при перемагничивании находим так же, как и при намагничивании. В частности, при I ■ 0 (режим остаточного намагничения) поток магнетика соответствует точке пересечения прямой, проведенной из начала координат под углом «о'", с кривой ffl(F).

При любом значении тока I в проводе можно найти значения Ф0 и Фм и, соответственно, напряженности поля Н0 и Нм в.заданной точке пространства (как внутри магнетика, так и вне его). Учитывая, что известны направления векторов Но и Нм, можно получить суммарную напряженность магнитного поля Hz в любой точке пространства, поскольку Hz - Но + Нм. Аналитические выражения, связывающие намагниченность и параметры поля магнетика с напряженностью • внешнего поля и параметрами вещества, можно определить следующим образом. Намагниченность с учетом того, что H¿, « NM, ' a Hi - Но + H<s, равна М - (Н0 - hciiVíl/aec - N); при этом Нм - К(Н0 - Ьсм)/(1/зес - N). Определим коэффициенты К и N для рассматриваемого случая. Из уравнения для м.д.с. Ml' с учетом того, . что Ф« « BMS - PoHMS, имеем Ml' = UoHMS (R0' + R0'"), откуда К - Нм/М - Ro'/(Ro' + Ro ). В рамках принятых ранее допущений о симметрии потока магнетика относительно поверхности имеем R0' » Ro'", поэтому в данном случае для полупространства, как формы тела, К - 0,5, N --0,5. С учетом этого получаем М « (Н0 - hcM)/(l/aec + 0,5); Нм -0,6 М » (HQ - hcM)/(2/a¡c + !)•

Таким образом, при любом режиме перемагничивания магнетика в данной системе имеем Н6 - -Нм, а И - Щ, (рис.56). Кроме того,

напряженность поля магнети. л в режиме остаточного намагничения (обозначим ее Нмс|) связана о параметрами материала на кривой пе-ремагничивания следующим образом: - ~ Ьсм/(2/хс + 1). В частности, для ыагнитномягких материалов (например, конструкционных ферромагнитных сталей) Шс обычно-составляет сотни и тысячи, т.е. хс >2, поэтому для них в рассматриваемой системе Нма * -Иси. что можно использовать для непосредственного определения коэрцитивной силы' на той или иной кривой перемагничивания (петле гистерезиса) материала. В работе [53 нами показана возможность измерения характеристик МСНО материала магнетика на массивных изделиях с помощью описанного ШУ. При расположении ИШ между проводом и поверхностью изделия, как показано на рис.56, он будет фиксировать суммарную напряженность магнитного поля Н^' - Н0 - Нм, откуда Нм

- Н0' -'Иг', где Н0' « 1/2я(2а - г) - напряженность внешнего поля на р: тоянии (2а - г) от провода, г - расстояние от провода, на котором напряженность внешнего поля равна Н0 - 1/2ЯГ. При" К * 0,5 Нм = 0.5М получаем М = 2(Н0' - Н^'), а "внутреннее поле" равно Щ

- Н0 + Н2' - Н0'.

Аналогично проведен расчет системы "катушка с токам над ферромагнитным полупространством" С2] (рис.8а) ■ Отличие от предыдущей системы состоит лишь в том, что здесь магнитное поле вдоль исследуемых трубок потока неоднородна и их необходимо разбивать-на учатки длиной &1 с предположением однородности потока как по длине, так и по сечешно каждого <1-го) участка (рис.86). Особенность данной системы также в том, что при перемагничивании магнетика каждый из участков перемагничивается по "своей" кривой М(НО материала, поэтому в расчете участвуют м.д.с. и магнитные сопротивления с различными к.с. Нем». Катушка-может быть выполнена С-образной и при пропускании по ней тока она формирует в близлежащей зоне изделия магнитное поле, направленное вдоль его поверхности (по крайней мере на участке вблизи плоскости симметрии ГОЛУ). В этой зоне происходит "осевое" перемагничивание магнетика, а магнитное поле в приповерхностных областях под катушкой является достаточно однородным. Это дае возможность при определенных условиях непосредственно измерять значения параметров материала магнетика. Например, возможно измерение к.с. материала ферромагнитного изделия. Способ измерения сводится к намагничиванию изделия катушкой, выключению намагничивающего поля и измерению напря-женност1:1 магнитного поля Нис1 над поверхностью магнетика (непос-

редственно с помощью малогабаритного ИМП либо экстраполящганным методом [Л9,2,6]), которая равна "внутреннему полю" магнетика при остаточном намагничении Hid, поскольку оба вектора (HMd и Hid) параллельны поверхности изделия. Аналогичная процедура измерения Hid возможна на том же изделии, но предварительно намагниченном электромагнитом, который удаляется от изделия после намагничивания ШО]. Сходные реаультаты имеют место и после намагничивания изделий в виде пластин, стержней в "открытой" магнитной цепи (например, в поле внутри катушки с током) СЛЮЗ.

Независимо от способа (из перечисленных) намагничивания изделия поле остаточного намагничения в контролируемой зоне характеризуется параметрами, представленными на рис.9. Это состояние магнетика соответствует, как правило, точке на кривой перемагни-чивания материала Ы(Hi) во втором квадранте с координатами Ма, Hid- Восприимчивость магнетика при этом равна зеса = Md/(Hid -hew), а "внутреннее поле" - Hid = hCu/(l - l/Nd^cd), ГДе Nd - коэффициент размагничивания в данной точке изделия при остаточном намагничении, которому на рис.9 соответствует угол ad- Из выражения для Hid видно, что если произведение iNdatcdl значительно больше единицы, то Hid * ЬСм- Восприимчивость зеса большинства магнитномягких материалов составляет сотни и тысячи единиц (по крайней мере, для кривых перемагничивания, близких-к предельной), поэтому даже при сравнительно низких значениях |Ndl' условие |Nd3tcdl > 1 хорошо выполняется, а величина Hid практически совпадает со значением'hcM материала, т.е. Hid - hCu- При определении к.с. ферромагнитных изделий по напряженности поля остаточного намагничения после намагничивания их С- или П-образными электромагнитами или катушками необходимо учитывать эффект "статического оаморазмагничивания" изделия, о котором будет сказано далее.

Третья глава "Приставные магнитные устройства с магнитопрово-дом" содержит результаты исследований систем с ЛМУ, содержащими разомкнутый (С- или П-образный) магнитопровод (сердечник) из маг-нитномягкого материала, замыкаемый контролируемым ферромагнитным изделием. В любой точке такой системы напряженность магнитного поля складывается из напряженностей поля катушки ГИЛУ (поля токов проводимости; предполагается, что таковые отсутствуют в магнитных элементах системы) Но, магнитопровода ("намагничивающего" магнетика) Нн и изделия ("исследуемого" магнетика) Ни: Hz. - Но + Нн + Ни. При этом топография суммарного магнитного поля представляет

сабой сложную систему замкнутых силовых линий вектора Нх (или Вг Р0Н1), непрерывно изменяющуюся в процессе перемагничивания. очевидно, что при таких условиях как качественный анализ процессов в системе, так и расчет, хотя бы приближенный, возможен только при определенных упрощениях. ..

Так, если считать магнитное поле во всех магнитных элементах однородным, то, как известно, каждый из них может быть представлен соответствующим магнитным сопротивлением и м.д.с., а вся магнит я цепь "магнитопровод-изделие" - неразветвленной эквивалентной электрической цепью (схемой замещения) с сосредоточенными параметрами. Более того, при некоторых ограничениях можно вводить сосредоточенные магнитные сопротивления и для потоков рассеяния по воздуху, что будет соответствовать уже разветвленной схеме замещения.' Для обоих случаев справедливы законы Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока. Далее, если учесть, что большинство магнитных силовых линий суммарного магнитного поля замыкаются по ферромагнитным участкам, можно вести анализ и расчет по выделенным замкнутым трубкам потока. Это позволяет учесть закономерности изменения магнитного поля при перемагничивании также и но сечению магнитного элемента, в частности по сечению контролируемого изделия.

ПМУ с П-образным магнитопроводом ("приставной электромагнит"). в применении к магнитометрическим задачам был впервые использован в конце 30-х'годов XX века отечественными учеными П.А.Хаяилеевым [ЛИ] и М.Н.'Михеевым [Л12] и в последующие годы нашел весьма широкое применение в практике магнитного контроля ферромагнитных изделий (контроль качества термообработки изделий, толщины и качества сдоев поверхностнообработанных деталей и т.д.). Он ' не только является простым по конструкции, но и позволяет измерять свойства изделия на локальном участке поверхности, причем по различным направлениям (что, например, принципиально необходимо при измерении механических напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов [?]). Измерение магнитных параметров рассматриваемой системы (например, магнитной индукции в магнитопроводе) в режиме намагничивания применяется довольно редко из-за сильной зависимости их от непостоянства зазора 5 "ПМУ-изделие". Поэтому наибольший интерес представляют режимы остаточного намагничения, размагничивания и перемагничивания по кривым возврата после частичного размагничивания до заданного значения ампервитков, маг-

нитной индукции или "внутреннего поля" в изделии.

После намагничивания системы и выключения тока магнитный поток в ней обусловлен только остаточным намагничением образца и магнитопровода. При этом любую трубку потока, проходящую в изделии и замыкающуюся через ыагнитопровод, можно представить в виде нераэветвленной магнитной цепи, схема замещения которой дана на рис.10. В соответствии с законом Кирхгофа суммарный магнитный поток в трубке (для упрощения обозначим его Ф) в режиме остаточного намагничения представляет собой остаточный магнитный поток Фа, соответствующий току размагничивания I = О в катушке электромагнита с числом витков W (т.е. когда WI =0), и определяется из выражения ГСи + Рсэ = ®d(Rnd + Rsd + Кд)■ Поскольку магнитное поле вдоль трубки потока неоднородно, то соответствующие параметры магнитной цепи, в общем случае, могут быть представлены следующим образом: FCh = £ hCiuAl - м. д.с. изделия'в пределах выделенной трубки потока; hCju - к. с. по индукции материала изделия (индекс "в" для упрощения опущен) в i-м элементе трубки длиной Д1 в изделии при общем числе элементов п (в зависимости от режима намагничивания и топографии магнитного поля в изделии к.с. может соответствовать предельной или любой частной кривой перемагничивания

m

B(Hi)); FCa = £ ЬСэкЛ1 - м.д.с. магнитопровода электромагнита, где hcak. - к. с. по индукции в k-м элементе трубки потока в магни-топроводе (при общем числе элементов m); RHd = Е ¿¡l/jiHdiSi ~ магнитное сопротивление . изделия в пределах трубки, где jiHdi - Ви di/(Hidi - hem) - магнитная проницаемость на кривой перемагничивания материала изделия в i-м элементе, BHdi ~ магнитная индукция и Hidi - "внутреннее поле" в этом элементе при остаточном намагничении, a Si - средняя на длине Д1 площадь поперечного сечения

ГЦ

элемента; R3d » С Al/^dkSk * магнитное сопротивление магнитопровода в пределах трубки, где fedk и Sk - параметры магнитопровода, аналогичные таковым для изделия; !?д = - магнитное сопро-

тивление •неферромагнигных участков рассматриваемой трубки (например, прокладок, воздушных зазоров и т.п.), где Д и 3Л - соответственно длина (размер вдоль трубки) и средняя площадь поперечного сечения участков. В частной случае, когда при намагничивании изделие и магнитопровод были доведены до технического насыщения, приближенно можно считать, что ГСц « Нси1и; FC3 - Нсэ1э, где НСи и Нса - к.с. по индукции на предельной кривой перемагничивания (петле гистерезиса), а 1и н 1а - длины участков трубки, соответс-

твенно в изделии и магнитопроводе. Видно, что м.д.с. Реи прямоп-ропорциональна длине 1и, последняя же определяется положением трубки в изделии. Минимальную длину имеет трубка, прилегающая к поверхности изделия со стороны ПМУ. По мере удаления От поверхности внутрь изделия длина трубок, входящих в магнитопровод, возрастает, что-, в свои очередь', приводит к увеличению м.д.с. соответствующих участков изделия.

Рассмотрим теперь процесс размагничивания предварительно намагниченного изделия. Если цепь целиком состоит из ферромагнитных участков (Д = 0; Ед ■= 0), то этот процесс в любой трубке потока, замыкающейся по изделию и магнитопроводу, приближенно описывается уравнением, содержащим в левой части м.д.с. VI со знаком "минус" (пунктир на рис. 10): Рси + Рсэ - VII - Ф(1?и + 1?э). Здесь полагаем, что при перемагничивашш длина линий индукции и их взаимное расположение Еблпэи рассматриваемой трубки в изделии и магнитопроводе не «¿меняются. По мере увеличения №1 поток Ф в трубке уменьшается и при некоторых ампервигках (обозначил их И10) становится равным нулю. В этот момент м.д.с. изделия и магнитопровода в данной 'трубке полностью компенсируютсям ампервиткаыи VI 1о. . Из всех трубок потока, проходящих по изделию и магнитопроводу, размагничиванию до получения Ф = О в ,первую очередь подвергается та, длина 1и которой наименьшая (пусть это будет трубка 1 длиной 1И1> а ампервитки, соответствующий размагниченному состоянию в трубке, • равны У101). . В соседних трубках поток еще больше нуля и в тем большей степени, чем длиннее трубка. При дальнейшем увеличении УЛ поток в первой трубке меняет направление на обратное и увеличивается, а в соседней1 трубке (длиной 1иг) поток уменьшается и при Некоторых ампервитках VI а2 становится равным нулю. Так происходит до тех пор, пока не закончится перемагничивание во всех трубках потока.

Гаюш образом, перемагничивание изделия происходит не одновременно по Есеыу сечению, а послойно, при'этом м.д.с. У10 для трубок минимальной и максимальной длины могут существенно различаться. В качестве примера на рис.11а показана зависимость тока размагничивания 10,для ПМУ с П-обрагным магнитопроводом (полюса 12x28 мм, расстояние между ними 34 мм; V? ■= 2360 витков) от координата точки наблюдения X для трех образцов (58x28x8 мм) с различными к. е.: 1 - Нси - 4,6; 2 - Нои = 17,8; 3 - Нси - 50,2 А/см. Отсчет тока 10 производился в момент равенства нулю показаний ма-

логабаритного датчика Холла (нуль-индикатора магнитного поля -НИМП), устанавливаемого в различных точках зазора между полюсами ПМУ и образцом. На puo.ll под графиками показано в соответствующем масштабе по оси X взаимное расположение образца, одного из полюсов магнитопровода и датчика Холла в двух крайних позициях. Как видно из рис.11а, максимальное различие в токах 10 для трубок потока, расположенных на расстоянии 1 мм от кромок полюса (X = 18 и 28 мм), составляет 41 ыА .(изделие 3), т.е. около 30% от максимальной величины.

Некоторыми особенностями"обладает процесс перемагничивания с помощью ПМУ "массивных" изделий, т.е. таких тел, которые выступают за площадку контроля и толшдна которых значительно больше толщины сердечников магнитопровода [8]. При ограниченных ампервитках намагничивания массивное изделие не может проиагнититься до насыщения по всему объему, поэтому для одних "элементов трубки используется к.с. на предельной кривой перемагничивания (петле гистерезиса) Нсн, для других элементов - к.с. на частных кривых перемагничивания. При этом может оказаться, что трубки большей длины 1И имеют меньше значения м.д.с. Feu- Это приводит к тому, что при размагничивании нулевое значение потока мажет быть зафиксировано одновременно в двух трубках потока, существенно различающихся длиной 1ц, но тлеющих одинаковые значения FCII. В последнюю очередь размагничивается трубка, лежащая между ними'и тлеющая наибольшую м.д.с. Сказанное подтверждается экспериментом. На рио.Иа кривой 4 представлена зависимость размагничивающего тока 10 от параметра X, снятая на массивном изделии (170x30x40 мм, НСц « 45 А/см) при тех же условиях намагничивания и размагничивания, что и кривые 1, 2 и 3. Видно, что, во-первых, максимальный размагничивающий ток соответствует X я» 26 мм, а не наружному край полюса магнитопровода, как для изделий 1, 2 и 3. Во-вторых, значение тока 10 при X » 26 мм для массивного изделия несколько меньше, чем для небольшого образца с той же к,с. 45 А/см (91 против 111 мА). Это свидетельствует о том, что многие части трубки, соответствующей X = 26 мм, в массивном изделии после намагничивания обладают к.е., меньшими 45 А/см. Последнее может быть обусловлено не только непромагничиванпем удаленных от ПМУ участков массивного изделия, но и наличием "вращательного" перемагничивания магнетика в тех из участков, которые находятся вне плоскости симметрии рассматриваемой системы. Для них, строго говоря, не применимы "истин-

ные" характеристики ВСН^) мягнегика, поэтому в данном случае можно говорить лишь о некоторых условных значениях к. с. Иснь входящих в выражение для общей м.д.с. изделия.

Аналогичные зависимости получены на изделиях, имеющих со стороны БМУ слой, отличающийся по магнитным свойствам от основы [8]. Имея различную толщину, поверхностный слой может в то же время обладать по сравнению с основой меньшей или большей к.с., а также тем или иным значением магнитной проницаемости. Все эти параметры слоя прямо иди косвенно влияют на показания приставного устройства. Измерения' проведены на образцах, составленных ив пластин стали ШХ15 с различными магнитными свойствами, полученными в результате подбора режимов термообработки. "Основу" составных образцов имитируют пластины площадью 58x28 мм2 и толщиной 8 мм. "Слои" имеют ту же площадь, но их толщина^ равна 1,5 мм. Были сняты зависимости размагничивающего тока ПМУ от параметра X (рис.116) для четырех составных образцов: 5 - ' НСо - 17.8 А/см (основа) и Нее - 1?»7 А/см (слой); 6 - Нсо = 17,8 и Нес - 52,5 А/см; 7 - Нсо = 50,2 и Нсс » 52,5 А/см; 8 - Нсо - 50,2 и Нсс -17,7 А/см. Показано, что по величине И10 и к.с. слоя и основы можно оценить среднюю длину участков трубки в основе и слое, воспользовавшись уравнением, полученным при Ф ■ 0 - №!0): №10 =« Реи + Рсэ- С другой стороны, при заданном расположении ГОШ в полюсе магнитопровода и расстоянии между полюсами возможен инженер-' ный расчет ЕМУ, т.е. определение значения \11о, соответствующего контролируемому изделию о максимальной из заданного диапазона к.'с. или поверхностнообработанному изделию с максимальным значением м.д.с. РСи-

Рассмотренное ПМУ предполагает, измерение магнитного поля в процессе перемагничивания непосредственно' на' выходе магнитного .потока из изделия, т.е. в зазоре й "ПМУ-изделие". Такое расположение ИМИ имеет ряд преимуществ (например, практическое отсутствие влияния непостоянства зазора б на величину м.д.с. И10), однако- во многих случаях оно неприемлемо из-за возможности механического повреждения преобразователя или затруднено вследствие необходимости применения миниатюрных датчиков. Поэтому чаще всего используют устройства с Ш1, вмонтированными ("встроенными") в среднюю часть перемычки магнитопровода. Например, первые устройства такого типа содержали стрелочный . магнитоэлектрический механизм, расположенный в зазоре перемычки П-образного электромагнита

СЛ123. Позже появились ИМИ в виде массивных феррозондов с сердечниками рамочного типа [Л13, ЛШ (рис,12а), которые одновременно выполняли роль перемычки магнитопровода при намагничивании. К "встроенным" ИМИ можно отнести и датчики Холла, устанавливаемые в небольшой зазор в средней части перемычки магнитопровода [Л15].

Особенностью данного типа ПМУ является то, что в нем измеритель фиксирует магнитное поле на достаточно большом удалении от контролируемого участка изделия, поэтому показания аппаратуры (независимо от того, будет ли это магнитный поток или м.д.с., например WI0) отражает лишь некоторые усредненные параметры испытуемого участка. Тем не менее и здесь для расчета возможно применение магнитных цепей с сосредоточенными параметрами. При этом вполне приемлемо понятие м.д.с. изделия, в котором 1И следует, рассматривать как среднюю длину магнитных силовых линий в пере-магничиваемом участке. Более того, как видно из работ СЛ16, 9,10], в таких магнитных цепях возможен также учет потоков рассеяния как между сердечниками магнитапровдда, так и у изделия. В этом случае схема замещения становится разветвленной (сопротивления потокам рарсеяния по воздуху могут Сыть приняты сосредоточенными), а анализ, ведется с использованием обоих законов Кирхгофа.

Рассмотрим, например, систему по рис.12а в режиме размагничивания после намагничивания контролируемого участка изделия до технического насыщения и выключения намагничивающего тока С 9 3. Схема замещения системы дана на рис.13, где Фи ■= CDg - магнитный поток в изделии и в зазоре S "ПМУ-изделие" (полагаем, что поток от изделия проходит без рассеяния в полюса магнитопровода), -поток рассеяния между сердечниками магнитопровода со стороны изделия, Фг - поток рассеяния между сердечниками магнитопровода со стороны перемычки, Фп - поток в перемычке (феррозонде), а Rj, Ri, R2 и Rn - магнитные сопротивления, соответственно, зазора 5, межполюсного пространства ПМУ и перемычки. При размагничивании (WI * 0) поток Фп уменьшается и при некоторых ампервитках (WI0) становится равным нулю. Расчет дает значение ампервитков WI0 - Рсэ + FCHRi/(Ri + Rh + R&). В этот момент магнитный поток в изделии (Фи) остается еще большим нуля и для получения Фи - D требуется дальнейшее увеличение размагничивающего тока. Ампервитки, соответствующие Фи - О, (обозначим их WIC) равны WIC - Рсэ + ГСи£1 + Rs/Ri + RnR2/(Rn + R2)Ri3.

Аналогичные зависимости имеют место и для ПМУ о измерителем

магнитного поля, вынесенным за пределы магнитопровода. ИШ(НИШ) в таких устройствах может быть расположен непосредственно у перемычки [11,121 либо,со стороны изделия [13]. На рис.126 показано ШУ с расположением ШП у перемычки магнитопровода. Схема замещения магнитной цепи этого устройства аналогична схеме замещения ПМУ с феррозондом рамочного типа-по рис.12а, однако здесь необходимо учитывать м.д.с. перешгаш РСп = Нсп1п (пунктир на рис.13), где Нсп и 1п - и.о. по индукции на предельной кривой перемагничи-ванио (петле гистерезиса) и длина перемычки.

Полученные выражения отражают зависимость измеряемых величин (магнитных' потоков и ампервитков размагничивания) от параметров контролируемых изделий и ЕМУ, а также от зазора 3 "изделие-ПМУ". Они позволяют судить о функциональных возможностях ПМУ с П-образ-ным магнигопроводом, а также оценить влияние различных мешающих факторов на показания аппаратуры и свести это влияние к минимуму. В ряде случаев удается использовать влияние того или иного параметра на показания ПЫУ для расширения эксплуатационных возможностей последних. Так, учет потоков рассеяния у изделия со стороны, противоположной ПМУ (поток Ф3 и соответствующее магнитное сопротивление Рз на ряс. 13), позволил выявить зависимость ампервитков размагничивания, отсчитываемых в ысмент равенства нулю потока Ф (У1 = VI*), ог магнитной проницаемости изделия на кривой перемаг-ничнванпя цСн [123. Это позволило производить разбраковку ферро--магнитных изделий, имеющих практически одинаковую к.е., но существенно различающихся по параметру р.си.

.Четвертая глаза "Приставные коэрцитшетры" содержит анализ ШУ с П-образным магнйтопроводом в режиме измерения к.с. ферромагнитных изделий. Приведены различные методы отстройки показаний приставного коэрцитиыетра (ПК) от мешающих факторов, прежде всего устранения влияния на них непостоянства зазора б и конфигурации контакта между полюсами ПМУ и контролируемым изделием. Исследованы и рекомендованы к использованию на практике различные типы приставных устройств с более.высокой, по сравнению с известными ПМУ, локальностью контроля технологичностью изготовления датчика. Предложен и исследован новый тип приставного коэрцитиметра с непосредственным измерением к.с.

В работе подробно исследуются способы снижения влияния зазора "ПМУ-изделие" на показания ПК. В основе их лежит определение таких режимов отсчета показаний при размагничивании изделия, .когда

о

Одновременно становятся равными нулю магнитное поле в месте рас- , положения первичного преобразователя ИМП (НШП) и средний магнитный поток в зазоре "ПМУ-изделие". С точки зрения теоретического описания процессов в магнитной цепи ПМУ это условие означает, что в выражении для соответствующих ампервитков размагничивания будут отсутствовать члены с магнитным сопротивлением зазора !?£• Поскольку в большинстве конструкций ПК измеритель магнитного поля (феррозонд, датчик Холла и т.п.) располагается вне указанного зазора, а процесс установления-нулевого магнитного потока в различных частях П-обраэного магнитопровода является, как было показано ранее, разновременным, то для получения Ф$ = О требуется специальное, причем желательно автоматическое в процессе размагничивания, смещение полезного сигнала ИМП (НИМП) приставного коэрцити-метра. Это может Сыть осуществлено двумя путями: электрическим смещением показаний ИМП либо непосредственным воздействием на измеритель (НИШ) вспомогательным магнитным полем, подбираемым из условия равенства нулю как потока Ф§, и магнитного потока через ИМП (НИМП). Во втором случае возможен вариант использования в качестве вспцмогательного поля магнитного поля намагниченного магнитопровода ПМУ (за счет поворота оси чувствительности НИМП, вынесенного за пределы магнитопровода).

Метод отстройки от зазора "ПМУ-изделие" путем электрического смещения показаний ПК основан на следующих предпосылках. В ПМУ с измерителем магнитного поля, расположенным в перемычке'магнитопровода (как, например, по рис.12а), магнитные потоки в перемычке (Фп) и в изделии (Фц) изменяются с увеличением размагничивающего тока I так, что нулевое значение в процессе размагничивания приобретает сначала магнитный поток Фп (ток 10), а -¿атем становится равным нулю поток Фи (ток 1с). Если пренебречь потоком рассеяния у изделия со стороны, противоположной ПМУ (поток Фз и магнитное сопротивление 1?з, показанные пунктиром на-рис. 13), то Фи = ®8 и ток 1С, .соответствующий Фи » О, оказывается равны),» размагничивающему току, при котором он не зависит от зазора 5 (обозначим этот ток через 1"). в действительности, благодаря наличию потока рассеяния Фз у изделия, Ф$ * Фи и ток I*, соответствующий точке пересечения кривых Фп(1) при различных зазорах 8, оказывается несколько меньше тока 1с.

Отсчет тока I* происходит при некотором значении <35п = Фп* < О, т.е. при отличных от нуля показаниях ИМП. Выражение для Фп"

находим из системы уравнений для рассматриваемой магнитной цепи при <5б » Фи - 0: Фп* - - Кг/^СЕп + Иг) • Как видим, необходимое значение потока Фп* прямопропорционапьно м.д.с. ?Си, т.е. коэрцитивной силе изделия. Это позволяет использовать простой способ измерения тока I*, который иллюстрируется рис.14. При показаниях (А) ИШ, прямапропорциональных измеряемому магнитному потоку Фп, отсчет токов И*, ¡2* и 1з* для трех изделий с различными к.с. должен производиться, соответственна, при А1*, Аг* и Аз", т.е. в точках 1, 2 и 3 на прямой А*(1). При контроле изделий с небольшим диапазоном изменения к.с. отсчет тока размагничивания может производиться при каком-либо одном значении Фп* (или А*), например, соответствующем изделию с к.с., лежащей в середине диапазона (А - Аг*). Тогда для всех изделий о указанной (средней) к.с. ток размагничивания не зависит от непостоянства зазора В, поскольку для них I = I* (I = 1г*), а для других изделий остается некоторая погрешность от зазора б, причем тем большая, чем больше ■ отличается к.с. изделия от ее среднего значения.

При работе ПК по методу "среднего тока" для отстройки от за-зорк 5 здесь может быть применен следующий простой способ. Если на ИМП подать постоянное смещение, равное, например, АСм -(для изделия со средней к.с. НСи2 на рис.14), то при "среднем токе" ¡2* показания ИШ будут равны нулю на всех изделиях с к.с. Нси2- Нри отклонении к.с. от среднего значения (например, при Нси1 и Нсиз). появляется погрешность измерения, обусловленная непостоянством зазора 8, причем тем большая, чем больше отличие к.с. от Нси2- Тем не менее, если "средний ток" и соответствующее постоянное смещение показаний ИМИ выбирается по изделию, находящемуся на границе годности по к.с.,, то достигается максимальная отстройка от зазора б при разбраковке изделий' на брак и годные. Действительно, если все изделия с НСи < НСи2 на рис.14 .считать годными (Нси2 соответствует границе годности), то при любом зазоре б показания А1 НМЛ будут отрицательными, а годное изделие не будет забраковано. С другой, стороны, показания Аз для изделий с Ней > НСиЕ всегда остаются положительными, а соответствующие изделия не будут признаны годными. Аналогичный прием может быть применен при контроле изделий о двумя границами годности.

При контроле различных типо-размеров изделий с широким диапазоном изменения к.с. необходимо применять метод непрерывного автоматического смещения показаний ИМП на всем диапазоне измеряемых

к.е., который заключающийся в следующем. Если на ИМП в процессе, размагничивания изделия с любой к.с. подавать сигнал, изменяющийся в соответствии с прямой АСм(1). симметричной прямой А*(I) по отношению к оси I, как показано на рис.14, то отсчет тока I* будет всегда производиться при А - О, т.е. в удобном режиме нуль-индикации. Так, при отсчете токов II*, 1г* и 1з* сигналы смещения равны, соответственно, АСм1 - АСм2 ■* "Аг* и АсмЗ -

-Аз", поэтому во всех трех случаях отсчет токов производится при показаниях ИМП, равных нулю (по сигналу электрического нуль-индикатора), т.е. аналогично отсчету токов 1с по сигналу магнитного нуль-индикатора (НИШ). В работе приведена схема размагничивания и индикации для рассматриваемого случая.

Приставные козрцитшетры с электрическим смещением показаний ИМП обладают, рядом недостатков, от которых свободны ПК со смещением показаний ИШ через непосредственное воздействие на измеряемое магнитное поле, например, с помощью специальной (компенсационной) обмотки. Для ПК со "встроенным" 'ИМП (НИШ) такая обмотка устанавливается на перемычку (сердечник ферро1^нда) и соединяется определенным образом с обмоткой размагничивания, как показан? на рис.15 С10,15]. Схема замещения магнитной цепи такого ПК аналогична эквивалентной схеме по рис.13. Отличие состоит в том, что в цепь перемычки включена м.д. с. (ампервитки) компенсации где N - число витков компенсационной обмотки, а 1к - ток компенсации. С помощью компенсационной обмотки производится смещение непосредственно магнитного потока в перемычке Фп таким образам, чтобы отсчет ампервитков размагничивания всегда производился при Фп -0. Это существенно упрощает систему индикации ПК и позволяет вместо сложного измерителя применять простые ■ НИМП. Ампервитки размагничивания и компенсации, соответствующие Фп » 0 и Ф§ - О (обозначим их, соответственно, Ш* и N1^*), определяются из уравнений магнитной цепи: « Рсэ + Реи + N1^(1 + Яз/Яй) - Рсэ + Рси(1?1 +' Кг + 1?э)/1?1! - РСИ П&Ъ - Реи Кй, где Кй -

Из совместного решения этих уравнений находим также зависимость Ш*(ШК*): «1* - Рсэ + М1к*([?1 + Ег + Ргэ)/Й2. Таким образом, ток прямопропорционален к.с. изделия, а зависимость 1к*(1) представляет собой прямую, проходящую через точку 1э на оси I, как показано на рис.16. Там же даны зависимости показаний А ИШ вблизи их нулевых значений для двух изделий с к. с. НСи1 и НСц2 при двух различных зазорах 5 "ПМУ-изделие" (сплошная и,пунктирная линии).

Расчет показывает, что м.д.с. И1К должна иметь направление, показанное на рис.15, т.е. должна быть направлена согласно с магнитным потоком в перемычке ПМУ при остаточном намагничении или последовательно-встречно с ампервитками размагничивания WI. Это позволяет достаточно просто осуществить способ измерения тока I* с помощью устройства, изображенного на рис.15.

Часть тока размагничивания I, регистрируемого прибором ИП, пропускается через компенсационную обмотку, установленную на фер-розс {оном ИШ. Соединение размагничивающей и компенсационной об-нотск производится тагам образом, чтобы магнитные потоки в магни-топроЕоде ПМУ, создаваемые токами в этих обмотках, были направлены навстречу друг " другу (направления токов в обмотках W и N на рис. 15 показаны крестиками и точками). При изменении тока I с помощью потенциометра R пропорционально меняется' и ток 1к, причем соотношение этих токов модно изменять сопротивлением Ri, подключенным параллелью компенсационной обмотке. На рис. 16 это эквивалентно изменении угла а наклона прямой 1К(1), выходящей из начала координат, к оси I. Из рисунка видно, что для отсчета тока на изделиях с различными к.с. требуются различные соотношения токов Кj - IK/I (угол «1 для изделий с к.с. НСи1 и Угол аг для изделий с к.с. Ней2) Для точного воспроизведения зависимости 1к*(1). когда при отсчете тока I* на изделиях с любой к.с. не требуется никакая подрегулировка соотношения токов 1К и 1, необходимо не только обеспечить заданный найлон прямой 1кО) (« »' «*), но и сместить эту прямую вдоль оси 1 на величину 1э •= FCa ■ HcsU/W. Практически это осуществляется подачей тока 1э в размагничивающую сйыотку через сопротивление R2. Цепи токов I и 1э разделены диодами Di и D2, что позволяет производить питание обмоток размагни-чиванш и компенсации от одного источника. При надлежащем выборе угла а и тока 1э зависимости А(1) на рис.16 при любом зазоре б будут пересекать ось I в точках I* во всем диапазоне к.с.

Предлагаемый способ измерения к.с. был опробован на ПК с компенсационной обмоткой по рис.15. Проведены измерения на пяти образцах 00x40x7 ш ка стали IUX15 с к. . Нсн: образец 1 - 9.9, 2 -13.0, 3 - 19.0, 4 - 28.0 и 5 - 35.0 А/см. Были определены: tg- а" • 0,93, 13 = 3 мА. После настройки ПК на всех образцах снята зависимость Г(5), показанная на рис. У. Там же для сравнения дана зависимость размагничивающего тока, ■ отсчитываемого на образцах при А «= 0 в отсутствие тока компенсации, у.е. 10 от 5 (пунктирные

линии). Видно, что в отличие от токов I*, практически не зависящих от зазора 5, уменьшение тока 10 с увеличением 5 от 0 до 1 мм составляет около 307..

Приведен расчет ПК с компенсационной обмоткой, который позволяет при заданных к.с. изделий и сердечников ПМУ найти ампервитки Щ* и Шк*. если известны три величины - 1э - 1и -

Рся/Нси и Ки. Даны рекомендации по определению дзнных параметров, в том числе о использованием-эмпирических зависимостей £10]. В частности, показано, что средняя длина 1и магнитной силовой линии в изделии (рис.18а) может быть приближенно вычислена по формуле 1И * с + Ья + а, однако более точное значение равно 1И - с + 1,3а. Установлено, что коэффициент Ь'й существенно зависит от расположения обмотки размагничивания вдоль сердечников электромагнита (от соотношения параметров е и 1э, рис.18), получена эмпирическая зависимость Кд(е/1э). Предложена выделение обмотки размагничивания и размещение ее ближе к полюсам ПМУ (рис.186), что обеспечивает не только существенное уменьшение необходимых для отстройки от зазора б ампервитков и №1*, но и возможность плавной регулировки режима отстройки за счет перемещения обмотки размагничивания вдоль сердечников ПМУ. Даны примеры инженерного расчета нескольких типо-размеров ПМУ.

Предложены и описаны коэрцитиметры с ПМУ, содержащими "вынесенный" НИШ, определены условия отстройки от зазора 5 ' при использовании компенсационной обмотки [11,12]. Конструкция ПМУ в этом случае имеет- вид, показанный на рис. 19. Схема замещения магнитной цепи рассматриваемого устройства соответствует рис.13. Расчет цепи показывает, что-соответствующий моменту отсчета тока I* магнитный поток рассеяния у перемычки (обозначим его Фг*) определяется формулой-Фг* - -. [Гсл/(Еп + ¡?2) + Гси Еп/1?1(Яп + Йг)], т.е. ампервиткам всегда соответствует отрицательный поток

рассеяния ®2*, линейно зависящий от м.д.с. изделия Рси. Последнее обстоятельство является весьма важным для практического построения прибора, поскольку связь между Фг* и Ш* также линейна. Показано, что в данном типе ПМУ ампервитки размагничивания №1* не содержат срставлягацей №к*, они зависят в основном только от к.с, магнитопровода и образца и практически не зависят от магнитных сопротивлений элементов устройства.

Общими недостатка)«! ПК с компенсационной обмоткой (в том числе с "вынесенным" НИШ) являются сложность конструкции, низкая

технологичность изготовления приставных устройств, а также ограниченные возможности их настройки под конкретный типо-размер контролируемых изделий. Это связано о необходимостью устанавливать дополнительную обмотку и регулировать соотношение 'ампервитков компенсации и размагничивания путем изменения числа витков обмотки (или .шунтирования ее -переменным активным сопротивлением) либо перемещением вдоль сердечников ПМУ одновременно двух секций выделенной обмотки размагничивания.

От указанных недостатков свободны коэрцитиметры о ШУ, у которых малогабаритный НИШ вынесен за пределы магнитопровода и расположен-у одного из его полюсов в пространстве между сердечниками, обмоткой ПМУ и изделием (рис.20а) [133. Контроль изделий с помощью такого ПМУ ведется по величине тока размагничивания, отсчитываемого при - О, т.е. по току Iм. Чтобы момент отсчета соответствовал срабатыванию НИМП, последний так ориентируется (поворачивается вокруг своего центра) в продольной плоскости симметрии ПМУ, чтобы составляющая напряженности магнитного поля'в месте расположения НИМП на его ось чувствительности равнялась нулю. При необходимости на данном ПМУ может быть получена любая зависимость 1(6). Отсутствие же в нем специальных обмоток (катушек) и электрических схем для коррекции показаний ПК позволяет не только упростить конструкцию прибора, но и повысить точность измерений, в частности за счет устранения погрешностей, связанных с темпера--гурной нестабильностью элементов (медных обмоток, шунтирующих сопротивлений и т.д.). Повышение достоверности контроля изделий может быть обеспечено также за счет выполнения НИШ в виде двух одинаковых полуэлементов, расположенных симметрично относительно нейтральной плоскости магнитопровода ПМУ (рис.206), и соединенных между собой по схеме градиентомера по отношению к однородному магнитному полю. Такое выполнение НМЛ! позволяет, во-первых, увеличить его чувствительность (практически в 2 раза, поскольку по отношению к суммарному магнитному полю системы "ПМУ-изделие" полуэлементы НИКИ работают как последовательно-согласно включенные полемеры) и, во-вторых, существенно отстроиться от влияния внешних однородных магнитных полей, например поля Земли (это обеспечивается тем, что угол а между осями чувствительности полуэлементов по рис.206 при отсчете токов I" практически не превышает 10-15°, т.е. оси полуэлементов близки к параллельным).

. В диссертации впервые исследовано влияние на показания ПК не-

постоянства конфигурации контакта полюсов ПМУ о изделием, обус- . ловлеиного неравномерным ивносом полюсов, перекосом их при установке на изделие, непостоянством радиуса кривизны поверхности изделий и т.д. [16]. В любом из этих случаев между изделием и полюсами ПМУ образуется не только некоторый суммарный зазор, но и появляется воздушный клин. Установлено, что последний оказывает сильное влияние, особенно в области малых зазоров 5, на среднюю длину магнитных силовых линий 1и в изделии, а, стало быть,' на величину тока I*. Исследования■показывают, что единственным методом снижения указанного фактора яа показания ПК, при неизменной конфигурации ПМУ, является введение сравнительно небольшого (0,1-0,2 мм) "начального" зазора. С этой целью, а также для повышения износоустойчивости полюсов магнитопровода ШУ их рабочую поверхность покрывают, например, слоем хрома или другого немагнитного износостойкого материала.

Впервые исследована возможность непосредственного измерения к. с. в системе "ШУ с П-образным магнитопроводом - ферромагнитное тело". Обнаружено, что при определенном токе размагничивания топография магнитного поля в пространстве между полюсами П-образного магнитопровода со стороны изделия становится практически однородной как вдоль силовых линий поля, так и по высоте ПМУ.а величина напряженности этого поля (обозначим ее Н*) равна "внутреннему полю" в том же участке изделия после удаления ПМУ (Hid)- В результате, в тех случаях, когда Hid * НСи. можно по измеренной напряженности магнитного поля Н* судить о величине к.о. изделия. Способ измерения при этом сводится к следующему [17J: после намагничивания изделия до' технического насыщения его размагничивают, одновременно измеряя напряженность магнитного поля в двух точках межполюсного пространства ПМУ. В момент равенства значений напряжености поля в этих точках отсчитывают значение Н* и по нему определяют коэрцитивную силу. •

При .измерении к.с. предлагаемым способом необходимо учитывать эффект "статического саморазмагничивания" изделий, перемагничива-емых в условиях неоднородного магнитного поля. Известно, что даже в цилиндрических стержнях ограниченной длины, намагниченных однородным внешним магнитным полем, поверхностный слой стержня при его остаточном намагничении оказывается 'перемагниченным за счет глубинных частей тела [Л7,Л17]. Это приводит к тому, что при пе-ремагничивании стержня его коэффициент размагничивания N не оста-

ется постоянным, а изменяемся в широких пределах (в общем случае от- -оо до +<»). Еще в большей степени указанный аффект проявляется при переиагннчивашш ферромагнитного тела с помощью ПМУ. Здесь "внутреннее поле" Hid вблизи нейтральной плоскости магнигопровода ПМУ после намагничивания изделия и удаления ПМУ иногда существенно отличается от к.с. НСц изделия, причем наиболее примечательным является случай, когда Hid > НСи (например, в СЛ18] описана система ."ПМУ-иэделие", в которой пара-метр Hid превышает к.с. изделия по"ти на 30%). Характерно, что данный эффект имеет место и без удаления ПМУ после намагничивания изделия и зависит от соотношения размеров,полюсов ПМУ и контролируемого изделия. В работе исследован процесс перемагничивания магнетика в приповерхностной зоне изделия вблизи нейтральной плоскости ПМУ [18]. В частности, на рис.21а .показано изменение параметров в указанной зоне для случал, когда имеет место неравенство |Hidl> IНей!,(напряженность суммарного магнитного поля в изделии Hj ■ На + Ни для упрощения обозначена через Н). На рис.216 представлена соответствуюшдя зависимость коэффициентов намагничивания (К) и размагничивания (М) от "внутреннего поля" при перемзгничивании. Видно, что в процессе перемагничивания коэффициенты К и N могут принимать значения в интервале от до +». Это происходит во.всех случаях, когда переход значения Ни через нуль не совпадает с нулевым значением М. При этом "внутреннее поле" приповерхностных областей тела в состоянии его остаточного намагничения Hid может быть как меньше, так и больше НСц изделия; когда Hid ° НСи. то коэффициенты К и N становятся бесконечно большими. Именно в такой ситуации (при определенном соотношении размеров изделия и ГОЛУ) измерения параметра Я* в коэрцитиметре, описанном выше, дают непосредственное значение коэрцитивной силы изделия.

Пятая глава "Приборная реализация приставных коэрцитшетров' посвящена исследования особенностей намагничивания (магнитно;" подготовки) и размагничивания изделий в системах с ПМУ, обусловленных динамическими эффектами. Даны рекомендации по выбору режимов перемагничивания изделг"' при определении их к.е., обеспечивающих высокую воспроизводимость показаний ПК при требуемом быстродействии аппаратуры [19,20]. На основании проведенных исследований и разработок предложено несколько типов приборов магнитноп контроля ферромагнитных изделий, получивших применение на практике Ш1-П103. Показано, что повышение локальности контроля и восп-

роизводимости показаний аппаратуры с применением новых типов ПК существенно расширяет возможности применения данного типа прибЬ-ров не только для решения традиционных задач контроля качества ферромагнитных изделий С213, но и для контроля их состояния. В качестве примера исследована возможность использования ПК с малогабаритным ПМУ и улучшенными метрологическими характеристиками цля измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях, применение малогабаритного .ПМУ (полюса 3x8 мм, расстояние между зими 10 мы) позволило измерять Нс в различных направлениях по от-юшению к направлению приложения нагрузки на образцах с размерами тлощадки контроля не более 30 мм, что обеспечило проведение исо-1едований как при одноосном, так и при двухосном (плоском) нагру-кении образцов. Установлено, что по величине к.с. могут быть определены приложенные механические напряжения в упругой области .221, а также остаточные напряжения в изделии после различной :тепени пластической деформации материала (73. На рис.22 показана (ависимость к. с. Нс отожженной стали 45 от наибольшей главной де-юрмации е при различном отношении главных деформаций п - е/е, ■де I - наименьшая главная деформация. Сплошными линиями изображены зависимости Нс(ё), измеренные в направлении наименьшей глав-юй деформации ё, штриховыми - зависимости, измеренные в направ-ении наибольшей главной деформации е, а штрих-пунктирными линия-и - зависимости, измеренные при п - 1 (симметричная деформация). [ри наличии подобных кривых (градуировочных характеристик) ферро-[агнитного материала измерение Нс в различных направлениях позво-яет определить 'величину и направление (при известном знаке) лавных напряжений. Взаимно перпендикулярные направления, по ко-орым Нс принимает экстремальные значения, будут главными, а лавные напряжения (деформации) можно определить по величине к.с. зделия до нагружения Нсо и и.о., измеренным по главным направлении в нагруженном состоянии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Развита "физическая" трактовка магнитных явлений; предло-ен метод графо-аналитического расчета систем с магнетиками, ос-эванный на одновременном использовании как "расчетных" (вытекаю-их из магнитозарядовой трактовки магнитных явлений), так и "фи-ических" макроскопических одноразмерных величин.

2. Предложен метод графо-аналитического расчета систем о адьно разомкнутыми в направлении перемагничивания ферромагиитны-

ми телами, основанный на раздельном анализе магнитных цепей внешнего магнитного поля и поля магнетика; дан расчет систем с приставными устройствами без магнитопровода и ферромагнитным изделием с учетом нелинейности и гистерезиса характеристик магнетика. Предложен способ определения с помощью ПМУ без магнитопровода параметров петель гистерезиса,- в частности коэрцитивной силы, ферромагнитных материалов.

3. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований дано объяснение особенностей процесса послойного пе-рек._*гничивания с помощью ПМУ с П-образным магнитопроводом трех типов ферромагнитных тел: образцов, ограниченных размерами магнитопровода ПМУ, массивных тел и поверхностно обработанных (двухслойных) изделий. Предложен метод инженерного расчета ПМУ в составе коэрцитимегра с расположением нуль-индикатора магнитного поля в полюсе магнитопровода приставного устройства!

4. Дан расчет разветвленных магнитных цепей с сосредоточенными параметрами нескольких типов ПМУ с магнитопроводом при'различном расположении измерителя (нуль-индикатора) магнитного поля в режиме измерения коэрцитивной силы. Предложены способы снижения влияния на показания приставных коэрцитиметров непостоянства зазора и конфигурации контакта между ПМУ и контролируемым изделием. Разработаны различные конструкции ПМУ в составе коэрцитиметров, обеспечивающие высокую достоверность контроля и технологичность-изготовления приставных устройств.

Б. На основе экспериментальных и теоретических исследований магнитного поля в межполюсном пространстве ПМУ с П-обрззным магнитопроводом и приповерхностной зоне контролируемого изделия при сх:таточном намагничении и перемагничивании по петле гистерезиса определены условия и режимы измерения, при которых возможно непосредственное определение коэрцитивной силы изделий по показаниям ПМУ; разработано соответствующее приставное устройство. Новый тип ПМУ приставного коэрцитимегра защищен патентом на изобретение.

6. На базе исследованных ПМУ с П-обраэным магнитопроводом разработаны следующие приборы: , - КФ-1К (контроль, крупногабаритных поковок подшипников);

- КИФМ-З (разбраковка изделий по маркам сталей);

- Коэрцитиметр "Вега-1" (контроль деталей машиностроения);

- ГОЖ (контроль массивных деталей спецтехники);

. - КП2-50; МС-10Н (выооколокальный контроль ферромагнитных из-

делий, определение механических напряжений в стальных конструкциях) .

7. Разработан способ определения механических напряжений с применением приставных коэрцитиметров как при одноосном, так и при двухосном (плоском) нагружении ферромагнитных изделий, в том числе в условиях пластичесгай деформации материала. ■ Способ измерения напряжений при упругом двухосном нагружении защищен авторским свидетельствам на изобретение.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Захаров В.А. Макроскопические уравнения стационарных полей в электромагнетизме. - Деп. ВИНИТИ, II 1574-В95, 1995. - 19 с.

2. Захаров В.А. Магнитостатика систем с ферромагнетиками. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - 95 с.

3. Захаров В.А. О физическом смысле и предела1; изменения коэффициента намагничивания К. Деп. ЕИНИТИ N 5202-80, 1980. - 12 с.

■ 4. Захаров В.А. К теории намагничивания массивных ферромагнитных тел приставными устройствами. - Проблемы технической' электродинамики, вып.66, Киев: Наукова думка,-1978, с.81-85.

5. Захаров В.А. О возможности измерения параметров петель гистерезиса материала массивных ферромагнитных изделии приставными ' устройствами. - Проблемы технической электродинамики, e\ti.67, Киев: Наукова думка, 1978, с.97-102.

6. Бабкин С.Э., Захаров S.A. Устройство для измерения магнитного поля. - A.c. СССР N 1193611, 1985.

7. Захаров В.А., Еоровкова H.A., Комаров В.А., Му?ышк:м В.CS. Влияние внешних напряжений на газрщшганую силу углеродистых сталей. - Дефектоскопия, 1992* N1, с.41-16.

8. Захаров В.А. К теории приставных .магнитных устройств с магнитопроводом. - Дефектоскопия, 1978, N3, с.75-31.

9. Захаров В.А., Михеев W.H., Табачник В. П.", Орзнцевич В.М., Фридман Л.А. Влияние непостоянства зазора между изделием и наконечниками электромагнита на величину размагничивающего тока фер-розондового коэрцитиметра с приставным электромагнитом. - Дефектоскопия, 1970, N4, с.91-100.

10. Захаров В.А., Михеев М.Н.,. ОранцеЕШ В.М. К расчету фер-розондового коэрцитиметра с приставным электромагнитом и компенсационной обмоткой. - Дефектоскопия, 1971, N4, с.21-31.

11. Захаров В.А., Бараз Э.М., Францевич В.М. Приставное магнитное устройство коэрцитиметра. - Дефектоскопия, .1977, N1,

С. 48-53.

12. Захаров В. А.,' Пономарев В. С., Францевич В.М. О функцис нальных возможностях приборов с приставным магнитным устройство» - Магнитные методы нераэрушающего контроля. Труды И(Ш УНЦ I СССР, вып.37, Свердловск, 1979, с.43-48.

13. Захаров В.А., Шкарпеткин В.В. Приставное устройство noaj цитиметра. - А.с. .СССР N 1205089, 1986.

14. Захаров В.А., Михеев М.Н., Францевич В.М. Способы сниж ния влияния зазора между изделием и наконечниками электромагни; на величину размагничивающего тока феррозондового коэрцитиметра приставным электромагнитом. - Дефектоскопия, 1970, N4-, о. 100-1 СИ

15. Захаров В.А., Михеев М.Н., Францевич В.М. Феррозондов! козрцитиметр с приставным электромагнитом и компенсационной oi моткой. - Дефектоскопия, 1970, N5, с.88-95.

16. Захаров В.А., Францевич В.М., Деордиев Г.И.'Влияние фор» наконечников приставного электромагнита на показания феррозонде вого коэрцитиметра. - Дефектоскопия, 1975, N1, с.41-45.

17. Ульянов А.И., Захаров В.А., Мерзляков Э.ф., Воронов СJ Приставное устройство коэрцитиметра. - Патент РФ N 2035745, 199Е

18. Захаров В.А. О коэффициентах намагничивания и размагнич} вания ферромагнитных тел. - Электричество, 1991, N10, о.68-71.

19. Бараз Э.М. .Захаров Ejj.A., Францевич В.М. О применении кс эрцигиыегра о приставным электромагнитом для контроля массивнь ферромагнитных изделии. - Дефектоскопия, 1975, N5, с.7-11.

20. Захаров В.А., Францевич В.М., Деордиев Г..И., . Казинсю В.П. Приставной феррозондовый козрцитиметр на бесконтактных эле ментах. - Дефектоскопия, 1974, N3, с.113-118.

21. Захаров В.А., Бараз Э.М., францевич В.М. Полуавтоматичес кий цифровой козрцитиметр КИФМ-3. - Дефектоскопия, 1977, N5 0.132-133.

22. Боровкова М.А., Воропаев С.И., Захаров В.А., Мужицю В.Ф. Способ определения механических напряжений в ферромагнитнь изделиях. - А.о. СССР N1241119, 1988.

Результаты практического использования разработок оггубдиковг ны в следующих {заботах:

П1. Отчет по теме "Исследование возможности применения прибс ров с феррозондовыми датчиками для контроля твердости термообрг Оотанных изделий", ИОМ УЩ АН СССР, г.Свердловск, 1971.

П2. Отчет по теме "Исследование возможности применения феррс

зондового коэрцитиметра с приставным электромагнитом и компенсационной . обмоткой для контроля качества отжига псковок деталей", Ши УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1971.

ПЗ. Отчет по теме "Разработка и внедрение неразрушающего метода контроля качества термической обработки деталей из спецстали марки I", И<Ш УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1971.

П4. Отчет по теме "Разработка и изготовление аппаратуры для контроля качества изделий "Ушко", ИШ УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1972.

П5. Отчет по теме "Разработка и изготовление аппаратуры для контроля глубины цементации стальных изделий", И5М УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1973.

Пб. Отчет по теме "Разработка неразрушающего метода контроля пластичности и прочности стального листового проката", ИФМ УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1973. ' -

П7. Отчет по теме "Исследование возможности применения ферро-эондового коэрцитиметра с приставным электромагнитом типа КФ-1К" для контроля качества отжига поковок подшипниковых колец", ИХМ УНЦ АН СССР, г.Свердловск, 1974.

П8. Отчет по теме "Разработка и.изготовление коэрцитиметра с автоматическим процессом измерения и цифровым отсчетом результатов измерения КИФМ-3", 1Ш УНЦ АН СССР, г. Свердловск, 1976.

П9. Отчет по теме "Разработка и изготовлений приборов для контроля качества термообработки массивных изделий", ИФМ УНЦ АН СССР, Ижевский отдел, г.Ижевск, 1992.

П10. Захаров В.А., Шкарпеткин В.В. Миниатюрное приставное устройство коэрцитиметра.: - В ich. : Современные методы нераэрушзе-щего контроля и их метрологическое обеспечение. Тез. докл. -Свердловск, 1981, 32-33.

Цитированная литература

Л1. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.:. Наука, 1976. - 616 с.

Л2. Нестеренко А.Д. введение в теоретическую электротехнику. Киев: НаукЬва думка, 1969. - 352 с.

ЛЗ. Поливанов K.M. Теория электромагнитного поля '(Теоретические основы электротехники, т.З), М.: Энергия,- 1975. - 208 .с.

Л4. Пику Р. Постоянные магниты. Расчет и техника применения.' М.-Л.: ГОНТИ, 1931. - 103 с.

Л5. Аркадьев В.К. Электромагнитные процессы в металлах. 'I. I.

Постоянное электрическое и магнитное поле. М.-Л.: ОНТИ, 1934. -- 230 с. .

Л6. Янус Р.И., Обухов B.C.-, Шубина Л.А. Новая высокочувствительная схема для заводского контроля пруткового и листового материала по магнитной проницаемости. - ЖТФ, 1941, II, вып.10, с.936-946.

Л7. Янус Р. И. О коэффициентах размагничивания ферромагнитных стержней. - Сборник, посвященный семидесятилетию академика А.Ф.Иоффе. - М.: АН СССР, 1S50, С.402-410:

Л8. Хэг Б. Электромагнитные расчеты. М.-Л.: Госэнергоиэдат, 1934. - 306 с.

Л9. Матраков Б.И. Повышение точности при измерении напряженности магнитного поля в пермеаметрах. - Измерительная техника,

1968, N9, с.64-66.

Л10. Веденев М.А., Дроджина В.И. Об измерении коэрцитивной силы накладным датчиком. - Дефектоскопия, 1977, М5, с.65-73.

ЛИ. Халилеев П.А. Определение магнитных свойств в отдельных участках очень крупных изделий. - ЖТФ, 1938, т.VIII, вып.24, с.2118-2125.

Л12. Михеев М.Н. Магнитный метод контроля твердости и микроструктуры стальных труб. - Заводская лаборатория, 1938, т.7, N10, с.1155-1160.

Л13. Янус Р.И., Фридман Л.А., Дрожжина В.И. О чувствительности феррозондовых коэрцитиметров. - ФММ, 1955, т.1, вып.1, 0.118-123.

Л14. Михеев М.Н., Неизвестное Б.М., Морозова В.И., Сурин Г.В. Козрцитиметры с приставными электромагнитами. - Дефектоскопия,

1969, N2, с.131-133.

Л15. Михеев М.Н. Неразрушающие методы контроля качества материалов и готовых изделий. - Вестник АН СССР, 1974, N1, с.51-53.

Л16. Фридман Л.А., Францевич В.М. Табачник В.П. К работе фер-родатчика в приставном коэрцитиметре. - Дефектоскопия, 1967, N1, с.71-77.

Л17. Зацепин H.H., Чернышев A.B., Гусак Н.О. Распределение намагниченности в поликристаллическом ферромагнетике с большим размагничивающим фактором. ~ Дефектоскопия, 1982, N2, с.16-22.

Л18. Табачник В.П., Чернова Г.С., Федоршцева Э.Э. Остаточное поле пластин, намагниченных двухполюсным электромагнитом. - Дефектоскопия, 1990, N4, с.72-76.

Рис.1. Параметры в присутствии магнетика: И - намагниченность; Пе.Нв - напряженность внешнего поля; - напряженность по-

ля магнетика; 11?,Иг. - напряженность суммарного поля; IIб -"поле магнитных зарядов"; II1 -"внутреннее поле"

Рис.3. Влияние коэффициента размагничивания N <* 1в ос эллипсоидов вращения из ферромагнетика на намагниченность М и параметры магнитного поля при намагничивании в однородном внешнем поле .

Рис.2. Зависимость намагниченности М и магнитной восприимчивости на кривых пере-магничивания хс ферромагнетика от "внутреннего поля"

Рис.4. Изменение коэффициента размагничивания N « ос в, системе "Виток с током в ферромагнитном пространстве"

(а)

(б).

Рис.5. Распределение потоков магнитной индукции (а), намагниченности и напряженностей магнитных полей (б) в системе "провод с током I над ферромагнитным.полупространством"

-е-

Яо Ио

во (а)

г'

-@н=Н

Кем Ко

Фи <б)

Рис.6. Схемы замещения магнитных цепей внешнего поля (а) и поля магнетика (б) в системе "провод с током I над ферромагнитным полупространством"

Рис.7. Графическое определение параметров магнитного поля в системе "провод с током I над ферромагнитным полупространством" с учетом нелинейности и гистерезиса характеристик магнетика

Рис-В- Расположение измерителей магнитного поля (а) и трубок магнитных потоков (б) в системе "катушка с током над ферромагнитным полупространством"

М

%

Ьсм/

/ Нг,А 0 Нь

: 1)т

СИ

Рсз

6 "

Рис.9. Положение рабочей точки на кривой перемагничива-ния ферромагнитного изделия при остаточном намагничении

«и

-сиз-

-с=>

рио.ю. -схема замещения магнитной цепи трубки сушарно-го потока Ф, ' замыкающейся по изделии и мзгнитопроводу ШУ

i х,мм

(а)

х,мм

(7 21 25 29

(б)

Рис 11. Зависимость тока размагничивания 10 от параметра X - при контроле однородных (а) и слоистых (б) изделии

(а)

Рис.12. Приставные устройства

(а) - с "встроенным" ИМЯ;

(б)

с П-образным магнитопроводом: (б) - с "вынесенным" ИМП

Рис.13. Схема замещения магнитной цепи ПМУ с магнитоиро-водом и "встроенным" ИШ

Рис.15. Схема приставного коэрцитиметра со "встроенным" НМЛ (НИШ) и компенсационной обмоткой

Рис.14.' Зависимость показаний ПК от тока размагничивания I при различных зазорах ."ПМУ-изделие" и коэрцитивных силах НСи изделий

Рис.16. Зависимость тока компенсации и показаний ПК от тока размагничивания. I при различном соотношении токов ■

о.г 0.4 о.б о.в 1.0

----< I

ТЕ'

(а)

(б)

Ж

Рис.17. Зависимость тока размагничивания I ПК от эазора 5 "ПМУ-иэделие" на изделиях с различньши коэрцитивными силами (сплошные линии - с отстройкой от зазора 5; пунктир - без отстройки)

Рис.18. Геометрические параметры ПМУ с подвижной обмоткой размагничивания: (а) -с совмещенной обмоткой; (б) - с выделенной обмоткой

N1»

0.Ш1

■вз"

0.5У1

(а)

[22

Рис.19. Приставной коэрцити- Рис.20. ПМУ с поворотным нуль-

метр с компенсационной обмот- индикатором магнитного поля:

кой на "вынесенном" НШ1 при (а) - с одним элементом; (б) -

размагничивании изделия с двумя полуэлементами

Рис.21. Изменение параметров магнитного поля и намагниченности (а), коэффициентов К и II (в) в процессе перемагничивашш изделия с помощью ПМУ

|-1---(-(-(-,-,-

"12 -8 -4 0 4 8 12

Рис.22. Зависимость коэрцитивной силы Нс стали 45 (отжи 800°С, 3 ч) от наибольшей главной деформации при плоском растяжении и сжатии с различным соот ношением глаЕ и деформаций п: 1 -(-0,5); 2 -(-0,4) 3 - 0,55; 4 - 0,3; 5 - 0,8; 6,7-1

Отпечатано на ротапринте ИФМ УрО РАН тиваж.80 заказ 66

объем 2 печ.л. формат 60x84 1/16 620219 г.Екатеринбург ГСП-170 ул.С.Ковалевской, 18