Fiz_metod_isledov_metal_i_splav

этой цели применяют специальные приборы – коэрцитиметры. В зависимости от конструкции прибора измеряют коэрцитивную силу либо по намагниченности HcM , или Hc , либо по индукции HcB (см. раздел 6.3.2.).

При испытаниях магнитно-твердых материалов в разомкнутой магнитной цепи определение коэрцитивной силы по напряженности поля намагничивающего соленоида может приводить к заметному занижению ее значений. В таких случаях рекомендуется измерять тангенциальную составляющую магнитного поля у поверхности образца, применяя для этой цели индукционные катушки или датчики Холла.

Коэрцитивную силу по намагниченности измеряют в разомкнутой магнитной цепи. Универсальным методом, в равной мере пригодным для измерения малых и больших значений Hc , является метод сдергивания

измерительной катушки (рис. 6.35). Для измерений пригодны образцы или изделия цилиндрического или призматического сечения, в том числе, короткие толстые.

Рис. 6.35. Принципиальная схема установки для определения коэрцитивной силы Нс методом сбрасывания измерительной катушки: 1– источник намагничивающего тока; L1 – намагничивающий соленоид; 2 – образец; L2 – измерительная катушка; Р – баллистический гальванометр; 3 – источник тока перемагничивания; K1, K2 – электромагнитные контакторы

Образец намагничивают до насыщения в соленоиде L1, который должен иметь область однородности магнитного поля по напряженности не менее чем вдвое превышающую длину образца. Измерительная катушка L2, надетая на образец, соединена со штоком, позволяющим перемещать ее вдоль оси намагничивающего соленоида L1. Намагнитив образец, соленоид L1 подключают к источнику тока перемагничивания 3, установив небольшое его значение, и сдергивают (сбрасывают) катушку L2 с образца. Если при этом световой «зайчик» баллистического гальванометра P отклоняется, изменяют силу тока перемагничивания и вновь сдергивают измерительную катушку с образца, добиваясь неподвижности «зайчика» в момент сбрасывания катушки.

121

Необходимо иметь в виду, что если ток перемагничивания уменьшали, то вследствие необратимости процессов намагничивания перед сбрасыванием катушки L2 с образца последний должен вновь быть намагничен до насыщения, после чего включают ранее установленный ток перемагничивания и сбрасывают катушку с образца. При увеличении тока перемагничивания повторного намагничивания образца не требуется.

Сказанное иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 6.36. Точки а, б – возможные варианты магнитного состояния образца при первом включении тока перемагничивания. 1 – изменение магнитного состояния образца при увеличении тока перемагничивания, 2 – тоже при уменьшении тока. Ка-

жущееся значение коэрцитивной силы Hc*, полу-

чаемое при уменьшении тока перемагничивания в случае «б», может оказаться значительно меньше ее

Рис. 6.36. Схема измене- истинного значения Hc .

ния магнитного состоя- В момент сбрасывания с образца измеритель-

ния образца при изме- ная катушка перемещается в области магнитного рении коэрцитивной сил поля соленоида L1 неизменной величины, поэтому

показания баллистического гальванометра пропорциональны намагниченности образца. Следовательно, рассмотренным методом определяется коэрцитивная сила по намагниченности. Вычисление коэрцитивной силы производится по формуле

где i – сила тока перемагничивания, соответствующая нулевому показанию баллистического гальванометра в момент сбрасывания баллистической катушки с образца; k – постоянная соленоида L1, определяемая экспериментально.

Коэрцитивная сила по индукции определяется в замкнутой (почти замкнутой) магнитной цепи. Для этой цели часто применяют устройства, представляющие собой по существу малогабаритные упрощенные пермеаметры электродинамического типа (рис. 6.37).

Образец 1 и ярмо электромагнита 3 образуют почти замкнутую магнитную цепь. Неполнота замыкания цепи обусловлена зазором в ярме, необходимым для размещения подвижной рамки измерителя индукции. Катушки 2 и 6 служат для намагничивания и перемагничивания образца. Переключателем 7 катушки поочередно подключаются к источнику тока намагничивания 8 или перемагничивания 9. Намагнитив образец, в катушки 2 и 6 включают ток противоположного направления. Одновременно включают ток в рамку 4, расположенную в зазоре ярма. Взаимодействие маг-

122

нитного поля рамки с магнитным потоком в зазоре ярма вызывает поворот рамки. Движение рамки прекращается в момент достижения равенства магнитного вращающего и механического противодействующего моментов. Последний обусловлен закручиванием

спиральных пружинок при Рис. 6.37. Схема устройства коэрцитиметра, изме- повороте рамки. Увеличи- ряющего НсB: 1 – образец или изделие; 2, 6 – намаг-

вая ток перемагничивания, ничивающие катушки; 3 – ярмо, замыкающее маг- добиваются возвращения нитный поток образца; 4 – подвижная катушка

(рамка) со стрелкой; 5 – источник тока рамки; 7 – рамки в исходное (нуле- переключатель; 8, 9 – источники тока намагничи-

вое) положение. Ток элек- вания и перемагничивания образца соответственно

тромагнита, соответствующий последнему условию, пропорционален коэрцитивной силе по индукции.

Приборы рассмотренного типа широко применяются в производстве для относительного измерения коэрцитивной силы («больше–меньше») или для контроля качества продукции. В последнем случае необходимо иметь систему образцовых мер, с которыми сравнивают контролируемые изделия.

Автоматическое измерение коэрцитивной силы возможно различны-

ми методами. Рассмотрим принцип действия одной из автоматических установок, отличающийся своеобразной изящностью (рис. 6.38).

Рис. 6.38. Схема, иллюстрирующая принцип автоматического измерения коэрцитивной силы: а – пределы изменения напряженности поля и индукции образца, соответствующие участкам петли гистерезиса Вm...–Нс и –Нс...–Вm; б – изменения тока намагничивания катушки, пропорциональные необходимым изменениям напряженности поля; в –ЭДС во вторичной обмотке образца; А, Б и В – эквивалентные участки хронограмм намагничивающего тока и ЭДС на рис. б и в соответственно

123

При изменении намагничивающего поля от Hm до −Hc и от −Hc до −Hm индукция образца по абсолютному значению изменяется на одну и ту же величину Bm (рис. 6.38,а). Поэтому, если по намагничивающей обмотке образца пройдет ток, изменение которого от Im до −Ic и от −Ic до −Im

происходит с одинаковой скоростью и пропорционально вышеуказанным пределам изменения напряженности поля (см. рис. 6.38,б), то во вторичной обмотке возникнет одинаковая ЭДС. Иначе говоря, высота пиков Б и В будет одинаковой (рис. 6.38,в), если уровень K на рис. 6.38,б соответствует Hc . Если амплитуды пиков Б и В не равны, смещением уровня K добива-

ются их равенства. По уровню K, соответствующему этому условию (то есть по величине тока, соответствующего уровню K), определяют коэрцитивную силу.

Измерение остаточной индукции может быть выполнено на установ-

ках, предназначенных для измерения коэрцитивной силы.

В случае использования установки, реализующей метод сбрасывания измерительной катушки, образец намагничивают до насыщения, выключают ток и сдергивают катушку с образца. При этом

Здесь KN – коэффициент, учитывающий действие размагничивающего по-

ля образца, определяемый экспериментально. Остальные обозначения те же, что и в формуле (6.43).

Остаточную индукцию можно оценить, пользуясь коэрцитиметром для измерения HcB , описанным выше. В этом случае после выключения

намагничивающего тока стрелка прибора не возвращается в нулевое положение. По величине отклонения стрелки от нуля можно судить об остаточной индукции, проградуировав шкалу нуль-индикатора по образцам с известными значениями Br .

6.6. Измерение магнитострикции

Измерение магнитострикции сводится к измерению весьма малых изменений длины образцов при их намагничивании. Наибольшее распространение получили следующие методы: механооптический, интерференционный, емкостный и тензометрический. Механооптический метод наиболее прост, тензометрический метод обладает рядом преимуществ.

Для изучения температурной зависимости магнитострикции в осевой канал намагничивающего устройства устанавливают миниатюрную электрическую печь или охлаждающее устройство.

124

резисторами, приклеиваемыми с противоположных сторон образца, что позволяет устранить погрешность от случайного изгиба последнего. Тензорезисторы R2, R4 не наклеивают на образец, а выносят на отдельную немагнитную плату.

Тензометрический мост может работать как на переменном, так и на постоянном токе. В первом случае в качестве источника питания моста применяют электрический генератор звуковой частоты, а для усиления сигнала используют электронный усилитель переменного тока 5 с линейной амплитудной характеристикой. В случае питания моста постоянным током можно использовать фотоэлектрический усилитель.

Пусть α0 – показание измерительно-

Рассмотрим устройство и принцип действия фотоэлектрического усилителя, нередко применяемого и в других случаях (рис. 6.41). Существенной особенностью его является отсутствие гальванической связи между входом и выходом.

Первый осветитель 1 освещает оптическую решетку 2, представляющую собой чередующиеся узкие прозрачные и непрозрачные промежутки равной ширины. Свет, прошедший через решетку 2, отражается от зер-

126

щие узкую петлю гистерезиса, и магнитно-твердые, отличающиеся большими значениями коэрцитивной силы, сравнительно невысокой магнитной проницаемостью и имеющие широкую петлю гистерезиса. Магнитномягкие материалы (МММ) применяют в качестве проводников магнитного потока (магнитопроводов), а магнитно-твердые (МТМ) – для постоянных магнитов.

6.7.1.Температурная зависимость статических магнитных параметров

Основная кривая намагничивания существенно изменяется с повышением температуры: резкий подъем кривой наблюдается при меньших значениях напряженности намагничивающего поля, уменьшается индукция, соответствующая

насыщению (рис. 6.42).

Такое изменение кривых намагничивания означает возрастание магнитной проницаемости, как начальной, так и максимальной. Поле, которому соответствует µmax , по порядку

потери на гистерезис снижаются с повышением температуры (рис. 6.43). Исключением является лишь небольшое возрастание Br в интервале от

–200 до 20 °С.

Рис.6.43. Температурная зависимость статических магнитных параметров железа

128

Температурная зависимость магнитной проницаемости существенно изменяется с напряженностью поля. Максимумы начальной и максимальной проницаемости вблизи температуры Кюри (см. рис. 6.43) обусловлены

дукции также определяется напряженностью магнитного поля (рис. 6.45). В сильных полях температурные изменения индукции обратимы. Переход от ферромагнитного к парамагнитному состоянию происходит плавно, постепенно, что приводит к некоторой неопределенности точки Кюри. Это привело к разработке различных методов ее определения.

Метод термодинамических ко-

эффициентов считается наиболее правильным. Экспериментально определяется удельная намагниченность (намагниченность 1 г вещества) σ =σs +σi , где σs – удельная само-

произвольная намагниченность, σi –

удельная истинная намагниченность, вызванная наложением поля Н (намагниченность парапроцесса).

Истинное намагничивание вблизи точки Кюри описывается уравнением

Здесь α и β – термодинамические коэффициенты, зависящие от давления и температуры. Точка Кюри определяется условиями: σs = 0 , α = 0 . Коэффициент α в точке Кюри меняет знак: при T <Tc α < 0 , а при T >Tc α > 0 .

129