Определение магнитных характеристик в постоянных магнитных полях

,

где К — постоянная катушки, м^-1; I — ток в катушке, А.

Феррозондовый коэрцитиметр характеризуется тем, что индикатором равенства нулю намагниченности образца в нем служат феррозонды. Принципиальное устройство феррозондового коэрцитиметра показано на рис. 12.

 

 

 

Рисунок 12 -  Принципиальная схема феррозондового коэрцитиметра

 

На данном рисунке: 1 — намагничивающая катушка; 2 — феррозонд; 3 — феррозондовый измерительный прибор; 4 — образец.

 

Вибрационный коэрцитиметр (рис. 13) состоит из двух одинаковых измерительных катушек 2 (по 50—100 витков каждая), жестко скрепленных и помещенных на некотором расстоянии одна от другой. Расстояние между катушками определяется размерами образца: чем меньше образец, тем ближе могут быть расположены катушки. Катушки соединены встречно.

Рисунок I3 - Принципиальная схема вибрационного коэрцитиметра

 

На данном рисунке: 1 — соленоид; 2 — катушка; 3 — измерительный прибор; 4 — двигатель; 5 — образец.

 

Измерительные катушки помещают в  соленоид 1 соосно с ним. При вибрации катушек и отсутствии образца ЭДС в них не наводится. Если вблизи одной из катушек поместить предварительно намагниченный образец, то его поле рассеяния вызовет появление ЭДС. Подавая в соленоид размагничивающий ток, можно постепенно путем его увеличения добиться, чтобы в измерительных катушках ЭДС стала равной нулю. Соответствующее этому току поле в соленоиде равно коэрцитивной силе и рассчитывается по постоянной соленоида.

Чтобы не приводить в движение измерительные  катушки, можно заставить вибрировать образец, что более удобно при его малых размерах и массе.

Преимуществом вибрационного коэрцитиметра является его большая чув2ствительность, а также то, что на точность измерений не влияет форма ЭДС в измерительной катушке и точность поддержания частоты и амплитуды вибрации. Точность измерений определяется практически только погрешностями в определении постоянной соленоида и размагничивающего тока в нем.

 

Измерение параметров эффекта Баркгаузена

 

Намагничивание и перемагничивание по гистерезисному циклу ферромагнитных материалов происходит не путем равномерного измерения их намагниченности, а скачками, которые получили название скачков Баркгаузена. Это объясняется следующим. Ферромагнитные материалы при отсутствии магнитного поля состоят из областей спонтанного намагничивания (доменов), каждая из которых намагничена практически до насыщения. Векторы намагниченности этих областей направлены вдоль так называемых направлений 
легкого намагничивания. Намагниченность значительного объема материала в целом равна нулю, так как суммарные магнитные потоки этих областей замкнуты внутри объема.

Один из основных механизмов процесса намагничивания и перемагничивания заключается в смещении границ между  областями спонтанного намагничивания. Для того чтобы произошло смещение границ, необходимо преодолеть некоторый энергетический уровень, связанный с тем, что при таком процессе перемагничивания увеличивается энергия граничного слоя между доменами. Поэтому границы смещаются скачками. При обычном определении точек кривой намагничивания получают плавную кривую из-за малости этих скачков намагниченности.

Область ферромагнитного материала, перемагничиваемая за один скачок Баркгаузена, равна 10^-6 — 10^-4 см³. На рис. 14 показана (по Бозорту) кривая намагничивания и ее участок, увеличенный в 10⁹ раз, что позволяет увидеть ее ступенчатый характер.

Рисунок 14 – Скачки Баркгаузена на кривой намагничивания

 

Изменение энергии граничного слоя между областями спонтанного перемагничивания зависит от качества материала, его механической и термической обработки, наличия и распределения в них микропор, дислокации, напряжений, включений и т. п., поэтому параметры скачков Баркгаузена могут служить для определения качества материалов и изделий из них.

К исследуемым параметрам скачков Баркгаузена относятся:

1) число скачков N, происходящих в заданном интервале времени;

2) временные интервалы между скачками ;

3) форма и длительность скачков (в проводящих материалах длительность скачков соответствует частотному диапазону ~ 10² — 105 Гц);

4) магнитный момент при скачках J_в (усредненный или максимальный);

5) спектральное распределение скачков.

Скачки трудно наблюдать, если их много и они сливаются в сплошной шум. Поэтому этим методом пока можно контролировать только материалы и детали в виде тонких проволок (практически диаметром < 1 мм), лент, тонкостенных трубок и тонких магнитных пленок.

На рис. 15 показана блок-схема установки для определения параметров эффекта Баркгаузена.

Она представляет собой намагничивающий соленоид 1, питаемый от низкочастотного источника регулируемого переменного напряжения 8. Особенностью источника питания является линейное (равномерное) изменение напряженности поля соленоида. Длина соленоида обычно такова, что испытуемый образец находится в зоне его равномерного поля.

 

Рис. 15. Блок-схема установки для намерения параметров эффекта Баркгаузена

 

Частота источника питания зависит  от размеров контролируемого объекта. Известны установки, работающие на частотах от долей до десятков и сотен герц. Измерительная катушка 2 помещена внутри соленоида и состоит на нескольких тысяч витков.

Компенсационная катушка 3 служит для уменьшения начальной ЭДС(при отсутствии образца). ЭДС на измерительной катушке усиливается широкополосным усилителем 4. Основные требования к усилителю — низкий уровень шумов при коэффициенте усиления 10³ — 10⁶ и постоянство его амплитудной характеристики во всем диапазоне частот.

К одному из выходов  усилителя подключается электронный или шлейфовый осциллограф 5 (или оба одновременно) для записи и наблюдения скачков Баркгаузена и определения их длительности. Число импульсов определяется с помощью пересчетной схемы (или нескольких схем) 6, на выходе которой может быть включен электромеханический счетчик 7.

Одним из первых промышленных приборов для неразрушающего контроля с использованием эффекта Баркгаузена является «Измеритель шумов Баркгаузена ИБШ-2»(Болгария). Он предназначен для контроля изменения структуры и степени пластической деформации проволок и тонких прутков из ферромагнитных материалов. Установка ИБШ-2 позволяет также контролировать марку материала и изменение диаметра проволоки (прутка). Напряжение шума(скачков) измеряется с помощью стрелочного прибора. На установке имеется возможность отбраковать детали по уровню напряжения скачков Баркгаузена. 
Для этого служит световая сигнализация, устанавливаемая для верхнего и нижнего порогов срабатывания. Шумы (скачки) Баркгаузена можно также наблюдать с помощью осциллографа, для подключения которого имеется специальный выход. Полоса регистрируемого шума 8—80 кГц. Размеры прибора 426 х 256 х 190 мм.