ЛР№4 финал. Метод высших гармоник и его применение в технике
 Скачать 61.19 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» Физико-технологический институт Кафедра «Физические методы и приборы контроля качества» Отчёт по лабораторной работе № 4 МЕТОД ВЫСШИХ ГАРМОНИК И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ Преподаватель: Бызов А. В. Студенты: Курилова М. В. Овчинникова А.С. Группа: Фт-480019 Цель работы: Изучение методики и оборудования для контроля структуры ферромагнитных изделий методом высших гармоник. Теоретическая часть: Известен тот факт, что ферромагнетикам свойственно явление магнитного гистерезиса. Данное явление заключается в том, что магнитная индукция B (или намагниченность M) материала зависит не только от напряженности намагничивающего поля H, но и от магнитной «предыстории» образца, т.е. от характера и величины ранее воздействовавших на ферромагнетик магнитных полей. Гистерезис связан с существованием и изменением доменной структуры ферромагнетиков. Если полностью размагниченный образец поместить в магнитное поле, изменяющееся от 0 до некоторой величины, то магнитная индукция будет меняться по кривой намагниченности (кривая 0-а на рисунке 1). Причины, вызывающие намагниченность образца для каждого участка кривой свои. При малых полях – это смещение границ между доменами. За счет уменьшения объема доменов, направленных под большим углом к полю, растут домены, направление которых близко к полю. Вскоре смещение доменных границ становится необратимым, что вызывает увеличение интенсивности намагничивания.  Рисунок 1 – Изменение магнитного состояния ферромагнитного образца при его намагничивании переменным магнитным полем При дальнейшем повышении напряженности магнитного поля намагничивание происходит преимущественно за счет процессов вращения, т. е. магнитные моменты всех доменов начинают поворачиваться в направлении поля. Когда направления совпали, ферромагнетик достигает технического насыщения (точка а на рисунке 1), т. е. намагниченность ферромагнетика достигает максимального значения, называемого намагниченностью насыщения Ms. Магнитная индукция при этом принимает значение +Bm, и в соответствии с формулой B=μ0(H+M) дальнейшее возрастание индукции может происходить только за счет увеличения поля H. Поле, при котором достигается техническое насыщение, называется полем насыщения Hs. Если после достижения +Bmуменьшать напряженность поля H(до 0, а после увеличивать, изменив направление поля на обратное), то индукция будет изменяться по кривой abca’, При H=0 у ферромагнетика сохраняется остаточная индукция Br, определяемая отрезком 0b. А при некотором значении обратного поля индукция становится равной 0. Это поле получило название «коэрцитивной силы» - Hc. При поле -Hs достигается значение индукции в образце -Bm(точка a’ на рисунке 1). Если произвести обратное изменение поля, увеличив до первоначального намагничивающего значения, то кривая замкнется, а изменение индукции произойдут по кривой a’b’c’a. Кривая станет замкнутой и будет называться петлей магнитного гистерезиса. Петля гистерезиса, которая получается при перемагничивании ферромагнетика от состояния +Ms до состояния -Ms и обратно, называется предельной петлей гистерезиса. При циклическом перемагничивании образца переменным полем Hm<Hs, магнитное состояние ферромагнетика будет меняться по симметричным петлям, лежащим внутри предельной. Если же производить перемагничивание ферромагнетика синусоидальным полем с амплитудой, превышающей Hs, магнитная индукция в образце во времени будет изменяться по несинусоидальному закону. Это значит, что ЭДС, наводимое в образце, также будет изменяться по несинусоидальному закону. Такое изменение можно разложить в ряд Фурье. Поэтому из общего сигнала измерительного преобразователя можно выделить высшие нечетные гармонические составляющие (3, 5, 7 и т.д.). При подмагничивании ферромагнетика постоянным магнитным полем H0 появятся четные гармоники. Соответственно, высшие гармоники ЭДС связаны с петлей гистерезиса, а петля гистерезиса с параметрами Bm, Br, Hc чувствительна к химическому составу, металлографической структуре ферромагнетика, к механической и термической обработке и другим видам воздействия. Таким образом, метод высших гармоник (МВГ), позволяет анализировать различные свойства образцов, в частности, качество термической обработки без разрушения образца. Наибольшее преимущество метода высших гармоник состоит в том, что высшие гармоники измеряемой ЭДС более тесно связаны со структурно-чувствительными параметрами, нежели первая гармоника. На третью гармонику вторичной ЭДС в отличие от первой не влияет переменный магнитный поток в зазоре между изделием и измерительной обмоткой. Описание работы установки: В используемом в настоящей работе приборе МВГ-1 контроль осуществляется по средневыпрямленному значению ЭДС 3-й гармоники. Средневыпрямленное значение ЭДС 3-й гармоники регистрируется с помощью электронного блока, снабженного стрелочным прибором. Экспериментальная часть: В лабораторной работе исследовалось качество термической обработки (закалка при различной температуре) машиношвейных игл из стали У10А, с помощью метода высших гармоник и исследовалась корреляция средневыпрямленной ЭДС, снимаемого с микроамперметра, пропорционального значению ЭДС 3-й гармоники с температурой закалки. Результаты измерений для наборов игл представлены в таблицах 1-5. Таблица 1 - Результаты измерений тока (от  ) для игл с 
Таблица 2 - Результаты измерений тока (от ) для игл с 
Таблица 3 - Результаты измерений тока (от ) для игл с 
Таблица 4 - Результаты измерений тока (от ) для игл с 
Таблица 5 - Результаты измерений тока (от ) для игл с 
Для каждой серии образцов было найдено среднее значение средневыпрямленного ЭДС и рассчитан общий коэффициент корреляции средневыпрямленного ЭДС от температуры закалки для исследованных машиношвейных игл. На рисунке 2 изображен график линии регрессии. Коэффициент корреляции равен  . Рисунок 2 - график линии регрессии Выводы: В данной лабораторной работе был изучен метод высших гармоник и его применение в контроле качества закалки изделий – машиношвейных игл из стали У10А. Согласно полученным результатам, данный метод применим в качестве эффективного способа исследования качества закалки. Коэффициент корреляции тока, пропорционального ЭДС третьей гармоники, от температуры лежит в диапазоне 0.9 <|r| <1, что говорит о очень сильной корреляции между этими характеристиками. Отрицательный знак коэффициента указывает на то, что с ростом температуры закалки значение ЭДС 3-й гармоники уменьшается. С помощью метода МВГ, задав диапазон качественной закалки изделия, можно с достаточной достоверностью производить отбраковку некачественных изделий. График линии регрессии показывает близкую зависимость тока от температуры закалки, какие-либо выбросы и сильные отклонения отсутствуют. Екатеринбург 2021 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||