Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФЕРРИТА В МАТЕРИАЛЕ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытаниям магнитных материалов, и может быть использовано для определения содержания феррита в материале, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых переходов.

Известно устройство для определения содержания феррита в материале (RU 2239182 С1, МПК7 G01N 27/72, опубл. 27.10.2004), содержащее два постоянных магнита и катушку индуктивности, подключенную к регистратору ЭДС индукции. Первые два противоположных полюса постоянных магнитов ориентированы навстречу друг другу и разделены воздушным промежутком, а другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности. Шток для размещения испытуемого материала закреплен на оси электродвигателя для вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью через воздушный промежуток между полюсами постоянных магнитов в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий, соединяющих их полюса. Шток снабжен капсулой из немагнитного материала для размещения в ней испытуемого порошкового материала.

Недостатком устройства являются его ограниченные функциональные возможности. В конструкции имеются технические ограничения на измерения при нагреве испытуемого материала, что существенно ограничивает использование устройства. В частности, с помощью этого устройства нельзя снять температурные зависимости степени ферритизации материала, что необходимо для исследования магнитных фазовых переходов.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения содержания феррита в материале.

Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для определения содержания феррита в материале содержит также, как в прототипе, два постоянных магнита, первые два противоположных полюса которых ориентированы навстречу друг другу и разделены воздушным промежутком, а другие два противоположных полюса магнитов соединены С-образным магнитопроводом, на который намотана катушка индуктивности, подключенная к регистратору ЭДС индукции, шток для размещения испытуемого материала закреплен на оси электродвигателя для вращения испытуемого материала с постоянной угловой скоростью в вертикальной плоскости относительно магнитных силовых линий постоянных магнитов, соединяющих их полюса.

Согласно изобретению в воздушном промежутке между полюсами магнитов установлена тепловая камера, соединенная с источником тока, шток для размещения испытуемого материала размещен в объеме тепловой камеры через боковое отверстие в ее корпусе, измерительный спай термопары размещен внутри тепловой камеры через второе боковое отверстие в ее корпусе, второй регистратор ЭДС подключен к концам термопары.

Предложенное в устройстве использование тепловой камеры позволяет измерять температурные зависимости степени ферритизации материалов и определять по ним температуры магнитных фазовых переходов.

На фиг.1 приведено устройство для определения содержания феррита в материале.

На фиг.2 приведена зависимость величины сигнала ЭДС индукции U от температуры испытуемого материала.

Устройство для определения содержания феррита в материале содержит два постоянных магнита 1 (фиг.1), два противоположных полюса которых разделены воздушным промежутком. С-образный магнитопровод 2 соединяет другие два противоположных полюса постоянных магнитов 1. Катушка индуктивности 3 намотана на С-образный магнитопровод 2. Регистратор ЭДС индукции 4 подключен к выводам катушки индуктивности 3.

В воздушном промежутке между постоянными магнитами 1 установлена на кронштейне тепловая камера 5, соединенная с источником тока. В объем тепловой камеры 5 через боковое отверстие в ее корпусе вставлен шток, закрепленный на оси электродвигателя 6. На конце штока, расположенном в объеме тепловой камеры 5, закреплен монолитный испытуемый материал или закреплена капсула 7 из немагнитного материала с испытуемым порошкообразным материалом. Измерительный спай термопары 8 размещен внутри тепловой камеры 5 через второе боковое отверстие в ее корпусе. Второй регистратор ЭДС 9 подключен к концам термопары 8.

Постоянные магниты 1 представляют собой параллелепипеды из самарий-кобальтовой магнитной керамики. С-образный магнитопровод 2 изготовлен из феррита марки 3 СЧ19. Катушка индуктивности 3 намотана проводом марки ПЭЛШО сечением 0.2 мм с количеством витков 3000. Первый регистратор ЭДС индукции 4 представляет собой вольтметр переменного тока с пределами измерений (0.1-100) В. Тепловая камера 5 представляет собой печь сопротивления, все детали которой выполнены из немагнитного материала. Электродвигатель 6 представляет собой стандартный электродвигатель постоянного или переменного тока, обеспечивающий стабильную фиксированную частоту вращения в пределах (100-1000) об/мин. Капсула 7 выполнена из немагнитной нержавеющей стали и представляет собой полый цилиндр со съемной крышкой. Шток выполнен из немагнитной нержавеющей стали. Первый и второй электроды термопары 8 выполнены соответственно из хромелевой и алюмелевой проволоки. В качестве второго регистратора ЭДС 9 термопары 8 может быть использован, например, электроизмерительный прибор В7-16А.

Устройство работает следующим образом. Капсулу 7 с испытуемым материалом перемещают в объеме нагревательной камеры 5 с заданной частотой путем вращения штока с равномерной угловой скоростью вокруг оси вращения с помощью электродвигателя 6. Во время перемещения капсулы 7 с испытуемым материалом в объеме нагревательной камеры 5, расположенной между полюсами магнитов, происходит намагничивание испытуемого материала, что приводит к изменению магнитной проницаемости промежутка между магнитами. В результате происходит изменение величины магнитного потока в С-образном магнитопроводе 2, соединяющем внешние по отношению к воздушному промежутку полюса магнитов 1. В свою очередь, изменение магнитного потока приводит к возникновению ЭДС на катушке индуктивности 3, величина которой пропорциональна содержанию феррита в испытуемом материале. Регистратор ЭДС индукции 4 измеряет ЭДС, наведенную на катушке индуктивности 3. Одновременно с помощью нагревательной камеры 5 проводят равномерный нагрев испытуемого материала до температуры, на 100-200°C превышающей температуру Кюри исследуемого материала, контролируя скорость нагрева и температуру по показаниям регистратора ЭДС 9 термопары 8, и с заданной периодичностью фиксируют по мере нагрева значения температуры нагрева испытуемого материала и соответствующие им величины ЭДС индукции катушки индуктивности 3. При достижении температуры нагрева температуры Кюри в испытуемом материале происходит магнитный фазовый переход, что проявляется в резком уменьшении ЭДС индукции катушки индуктивности 3 вплоть до нулевого значения. Строят график зависимости ЭДС индукции катушки индуктивности 3 от температуры нагрева испытуемого материала. По месту положения на данном графике скачка ЭДС индукции катушки индуктивности 3 определяют соответствующую ему температуру нагрева испытуемого материала, которая численно совпадает с температурой Кюри.

Содержание феррита для исследуемого материала при комнатной температуре определяют по величине полученного сигнала ЭДС индукции катушки индуктивности 3 с использованием заранее снятой градуировочной зависимости, полученной по результатам измерений ЭДС индукции катушки индуктивности 3 для материалов с различным известным содержанием феррита.

С помощью предлагаемого устройства провели измерения зависимостей ЭДС индукции катушки 3 от температуры нагрева для двух ферритовых материалов с известной величиной температуры Кюри, соответствующей магнитному фазовому переходу. В качестве первого испытуемого материала использовали ферритовую керамику ЗСЧ18 химического состава Li_0.649Fe_1.598 Тi_0.5Zn_0.2 Mn_0,051O₄, температура Кюри которой составляет 300°C (http://www.rusgates.ru/company/microwave_ferrits/poroperties_of_microwave_fe rrits/). В качестве второго испытуемого материала использовали пентаферрит лития, температура Кюри которого равна 667°C (http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vklyucheniy-oksida-alyuminiya-namagnitnyy-fazovyy-perehod-v-ferritovoy-keramike-3sch 18). Полученные для этих материалов графики зависимостей ЭДС индукции U катушки 3 от температуры нагрева представлены на фиг.2. По месту положения резкого спада ЭДС индукции U значения температуры Кюри для феррита ЗСЧ-18 и пентаферрита лития (кривые 1 и 2 на фиг.2 соответственно) составили 298±3 и 665±3°C соответственно. Таким образом, в пределах погрешности измерений предлагаемое устройство позволяет кроме измерения содержания феррита в материале определять температуру Кюри магнитных материалов, что говорит о расширении функциональных возможностей по сравнению с устройством-прототипом.