Методичка по магнитному контролю. Руководство по разработке технологической карты по магнитопорошковому контролю, приведены тесты для подготовки к сдаче экзаменов по магнитному контролю
 Скачать 3.16 Mb.
|
|
Как определяют размагничивающий фактор объектов, не имеющих формы эллипсоида вращения? На практике чаще всего встречаются тела, форма которых отличается от эллипсоида. Такие тела намагничиваются неоднородно. Для них коэффициент размагничивания p N в разных точках имеет разное значение. В этом случае используют усредненные значения p N , полученные по приближенным формулам или справочным таблицам. 31 В чем отличие кривых намагничивания вещества и тела? Кривая намагничивания тела имеет более пологий вид (рис. 1.24, кривая 2). Причем чем короче и толще образец, тем больше p N и тем более пологий вид имеет кривая намагничивания тела. Рис. 1.24. Кривая намагничивания: 1 – для вещества; 2 – для тела Если магнитная проницаемость вещества определяется по форму- ле 0 r i В H , где i H – истинная напряженность магнитного поля, то магнитная проницаемость тела – по формуле 0 0 В H 1 ( 1) r r N Ферромагнитный объект находится в вакууме. Вблизи некоторой точки А, находящейся на границе раздела сред, в вакууме вектор магнитной индукции равен 0 B и направлен под углом к поверхности (рис. 1.25). При этом относительная магнитная проницаемость материала объекта равна μ r . Чему равно значение магнитной индукции в ферромагнетике в окрестностях той же точки А? Искомое значение индукции определяется по формуле 2 2 n B В B , где n B и B – нормальная и тангенциальная составляющие магнитной индукции в ферромагнетике соответственно. Воспользуемся граничными условия- ми 2 n B = 1 n B , 2 H 1 H . Индексы 1 и 2 относятся к вакууму и ферромагнетику соответственно. Тогда n B = 0 B sin. B = r 0 H = r 0 B sin 0 . 32 В = α sin μ α cos 2 2 0 r В Частный случай: если r = 1, то В = 0 B (см. рис. 1.25). Рис. 1.25. Расчетная схема 1.7. Определение статических магнитных характеристик ферромагнитных материалов Какие требования предъявляют к образцам, которые предназначены для определения основных магнитных параметров ферромагнитных мате- риалов, а также кривой первоначального намагничивания, основной кривой намагничивания, петли гистерезиса? Для измерений применяют образцы замкнутой формы в виде кольца (ГОСТ 8.377–80). Кольцевые образцы из листовых и ленточных материалов изготовляют в виде пакета, а образцы из проволоки получают навивкой. Для материалов, обладающих магнитной анизотропией, следует применять витые образцы. Отношение наружного диаметра кольцевого образца к его внутреннему диаметру не должно превышать 1,3. Как наносят намагничивающую и измерительную обмотки на поверхность кольцеобразного образца при определении магнитных характеристик материалов? Число витков измерительной обмотки зависит от чувствительности веберметра или баллистического гальванометра и на практике обычно составляет от 1 до 3. Отводимые от обмотки провода должны быть перевиты. Число витков намагничивающей обмотки вычисляют по формуле 1 π ( ) , 2 н в H D D w I 33 где Н – максимальное значение напряженности магнитного поля, которое требуется создать в образце; I – максимальный ток, вызывающий допустимое нагревание обмотки. Намагничивающая обмотка должна быть расположена равномерно по длине окружности образца поверх измерительной обмотки. Обмотки друг от друга и от образца изолируют лакотканью. Приведите принципиальную электрическую схему устройства для определения статических магнитных характеристик материала. Принципиальная электрическая схема изображена на рис. 1.26. Рис. 1.26. Принципиальная электрическая схема устройства для определения статических магнитных характеристик магнитомягких материалов: 1 R и 2 R – переменные сопротивления; 3 R – магазин сопротивлений; 1 2 3 , , A A A – амперметры; М – образцовая катушка взаимной индуктивности; БГ – баллистический гальванометр или веберметр; 1 W – намагничивающая обмотка образца; 2 W – измерительная обмотка Как определяют кривую первоначального намагничивания материала? Устанавливают значения напряженности магнитного поля i H , при которых будет определяться магнитная индукция i B . Затем, используя формулу 1 , ср w I H l рассчитывают значение тока 1 I , соответствующее напряженности поля в образце 1 H ( 1 w – число витков намагничивающей обмотки; ср l – средняя длина силовой линии в образце). Скачком подают в обмотку 1 w ток 1 I , соответствующий напряженности поля в образце 1 H (рис. 1.27). По значению 1 – показанию 34 баллистического гальванометра – по формуле S w C B б 2 α находят соответствующее значение индукции 1 B при установившемся значении напряженности поля 1 H . В последней формуле б C – баллистическая постоянная гальванометра, S – площадь сечения образца, – величина отброса стрел- ки гальванометра. Рис. 1.27. К определению кривой первоначального намагничивания Затем ток в намагничивающей обмотке увеличивают скачком до значе- ния 2 I , соответствующего напряженности поля 2 H , и наблюдают отброс стрелки гальванометра 2 , пропорциональный изменению индукции 1 B 2 B 1 B . Добавляя к 1 B значение 1 B , рассчитанное по приведенной выше формуле, находят величину индукции 2 B при напряженности поля в образце 2 H . Аналогично определяют все значения магнитной индукции, включая m B . Соединяя точки плавной линией, получают кривую первоначального намагничивания. Как определяют основную кривую намагничивания? Основную кривую намагничивания материала снимают на баллистической установке. С этой целью устанавливают ток 1 I в намагничивающей обмотке, затем производят 10–15-кратное коммутирование направления тока через намагничивающую обмотку. К измерительной обмотке кольцеобразного образца подключают измерительный прибор (при этом тумблер прибора находится в положении «нуль»), а после установки стрелки прибора на нуль переводят тумблер в положение «измерение» и перебрасывают переключатель направления тока в намагничивающей обмотке из одного крайнего положения во второе. 35 Величину магнитной индукции определяют по формуле S w C B б 2 2 α . Число 2 в знаменателе появилось по той причине, что при измерении индукция изменялась от – В до +В. Затем увеличивают намагничивающий ток до значения 2 I и весь процесс повторяют. Соответствующие значения напряженности магнитного поля определяют по формуле ) ( π 1 н в R R I w H . Строят график зависимости магнитной индукции от напряженности поля, получая основную кривую намагничи- вания материала. Опишите методику построения петли гистерезиса. Определение точек петли гистерезиса производят для одной ее ветви r AB Б (рис. 1.28). Рис. 1.28. К определению петли магнитного гистерезиса Сначала находят точки кривой r AB . Для этого по формуле 1 π( ) в н w I H R R определяют значения токов i I , соответствующих напряженности поля i H , при которых будут выполнять измерения. Всякий раз начинают измере- ния от точки А. С этой целью в намагничивающей обмотке кольцеобразного образца устанавливают ток max I , соответствующий max H . Затем, уменьшая скачком ток до значения i I , определяют изменение индукции по формуле S w C B б i 2 α и находят значение индукции в искомой точке i B = max B – i B и т. д. Остаточную 36 индукцию r B определяют по измеренному значению В r при выключении намагничивающего тока ( r B = max B – r B ). Значение r B равно отрезку max B r B . Чтобы определить точки участка r B Б изменяют направление тока в намагничивающей обмотке. Скачком увеличивают ток до значения, соот- ветствующего приращению напряженности магнитного поля в образце 1 1 1 1 ( ) в н w I H H R R . Находят соответствующее приращение индукции 1 B по формуле 2 α б i C B w S . Величина индукции в искомой точке определяется как 1 B = r B – 1 B (см. рис. 1.28). Аналогичные измерения выполняют и для других точек участка r B Б кривой АВ Вторая ветвь петли получается отражением полученной кривой А r B Б вначале относительно оси ординат, а затем – абсцисс. Как измеряют коэрцитивную силу по намагниченности? Коэрцитивной силой по намагниченности называется величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения намагни- ченности от остаточной намагниченности до нуля. Для измерения коэрцитивной силы по намагниченности материалов с cM H не менее 25 А/м применяют прямолинейные образцы в виде прутка круглого или прямоугольного сечения либо в виде пакета, набранного из полос. Отношение длины образца к корню квадратному из площади поперечного сечения должно быть не менее 10. Измерительная катушка должна наматываться медным изолированным проводом на полый цилиндрический или прямоугольный каркас из изолирующего материала. Измерительная катушка должна быть короче образца не менее чем в 3 раза. Площадь поперечного сечения катушки не должна превышать площадь поперечного сечения образца более чем в 2 раза. На рис. 1.29 изображено устройство для измерения коэрцитивной силы по намагниченности. Оно состоит из намагничивающей катушки 1, обмотка которой подключена к источнику питания постоянного тока. В центр катушки помещают испытуемый образец, на котором размещена измерительная обмотка, соединенная с баллистическим гальванометром. Обра- зец намагничивают в поле соленоида до насыщения (с учетом его размаг- ничивающего фактора). Ток медленно уменьшают до нуля, меняют полярность, а затем подбирают такое значение напряженности поля в соленоиде 1, при котором стрелка в баллистическом гальванометре не отклоняется при сдергивании с образца измерительной обмотки. Значение напряженности поля s H в соленоиде, необходимое для намагничивания образца до технического насыщения, вычисляют по формуле 37 max max 0 μ s s B H H N H , где max H – значение напряженности магнитного поля, необходимое для намагничивания материала образца до технического насыщения, принимаемое в соответствии с нормативно-технической документацией; s B – магнитная индукция технического насыщения материала; N – коэф- фициент размагничивания образца. Рис. 1.29. Устройство для измерения коэрцитивной силы по намагниченности: 1 намагничивающий соленоид; 2 образец; 3 измерительная обмотка; БГ баллистический гальванометр Для прямолинейного образца N = 0,42 d l , где l – длина образца; d – сторона квадрата или диаметр сечения. 1.8. Основные источники магнитных полей 1.8.1. Магнитное поле проводника с током Cиловые линии проводника с током представляют собой концентрические окружности. Направление силовых линий определяется по правилу буравчика: если при вращении буравчик перемещается в направлении тока, то направление его вращения укажет направление силовых линий. С увеличением расстояния от проводника напряженность магнитного поля уменьшается. 38 К вершинам А и В проволочного ромба подведены провода от источника постоянного тока (рис. 1.30). Какова напряженность поля в центре ромба, если сечение проволоки, из которой изготовлен ромб, одинаковое? Напряженности магнитных полей, создаваемые в центре ромба токами, протекающими по ветвям АСВ и АДВ, имеют равную величину (т. к. АСВ = АДВ) и противоположное направление (по правилу буравчика). Поэтому напряженность результирующего магнитного поля в центре ромба будет равна нулю. Рис. 1.30. К определению напряженности магнитного поля в центре проволочного ромба Два проводника расположены параллельно друг другу. Что произойдет с проводниками, если по ним пропустить ток: а) в одном направлении; б) в противоположных направлениях? Вокруг проводника при пропускании по нему тока возникает магнитное поле. Поэтому на находящийся рядом второй проводник с током со стороны поля, создаваемого первым проводником, действует сила Лоренца F = 1 B 2 I l , где 1 B = a 1 H ; l – длина проводов; 2 I – сила тока во втором проводе; a – абсолютная магнитная проницаемость среды. Поскольку напряженность магнитного поля 1 H на расстоянии r от провода определяется из выражения 1 H = 1 2 I r , где 1 I – сила тока в первом проводе; r – расстояние между проводами, то получим следующую формулу для определения силы взаимодействия двух проводников с токами 1 I и 2 I : 39 1 2 2π a I I l F r Ее направление определяется по правилу левой руки : руку располагают так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а все пальцы, кроме большого, были ориентированы в направлении тока, тогда отставленный на 90° большой палец укажет направление действия силы. Аналогичная сила действует и на первый проводник со стороны второго проводника. Нетрудно определить, что в первом случае проводники будут притягиваться друг к другу, а во втором – отталкиваться. Постоянный электрический ток I течет вдоль неферромагнитного проводника, который имеет форму цилиндра радиусом R. Определите напряженность поля на произвольном расстоянии X от центра проводника, считая, что ток равномерно распределен по сечению цилиндра. Если X R , то из закона полного тока Hl = i I , где Н – искомая напряженность магнитного поля; l – длина замкнутого контура; i I – ток, пронизывающий контур. Имеем Н = 2π I X Если X R , то Н = 2π I X Значение I jS , где j плотность тока в сечении; S – площадь, охватываемая контуром. 2 2 π π I I X R 2 2 IX R Тогда 2 2 2 1 2π 2π 2π I IX IX H X X R R Таким образом, внутри проводника по мере удаления от его оси напряженность поля изменяется по линейному закону, а вне проводника – по закону, обратно пропорциональному (рис. 1.31). Для лучшего восприятия материала следует подставить в формулы, описывающие характер изменения напряженности поля внутри и вне цилиндра, значения Х = 0; R /4; R /2; 3 R /4; R ; 2 R ; 3 R ; 4 R 40 |