способ определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников

Формула изобретения

Способ определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников, содержащий подключение генератора импульсного тока к исследуемому цилиндрическому проводнику радиуса r с удельной проводимостью через шунт, причем проводник коаксиально помещен в металлическую трубу, служащую обратным проводником, измерение с помощью запоминающего осциллографа падения напряжения на шунте u₁(t) и падения напряжения u(t) на участке проводника длиной 1 м, отличающийся тем, что по данным полученной осциллограммы с помощью преобразования Фурье определяются функции намагничивающего тока I(f) и импульсная характеристика падения напряжения на образце U(f), рассчитывают модуль Z(f) и фазу (f) комплексного сопротивления проводника для каждой частотной составляющей измеренного сигнала, комплексную относительную магнитную проницаемость определяют по соотношению

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения магнитной проницаемости цилиндрических проводников.

Известен способ определения магнитной проницаемости бронеленты, согласно которому измеряемый образец бронеленты толщиной d плотно наматывают на деревянный сердечник диаметром D длиной 1 м, генератор переменного тока подключают к первичной обмотке понижающего трансформатора через автотрансформатор, во вторичную обмотку понижающего трансформатора через образцовый резистор включают намагничивающий провод, который проходит в центре деревянного сердечника, на внешнем периметре деревянного сердечника делают продольный паз, параллельный оси сердечника, в который под витки бронеленты помещают изолированный медный проводник, образующий измерительную петлю, выводы измерительной петли подают на вход вольтметра через усилитель, значение намагничивающего тока I определяют по данным измерений падания напряжения на образцовом резисторе, напряженность магнитного поля определяют по соотношению Н=I/( (D+d)измеряют напряжение U₂, наведенное током I частоты f в измерительной петле, магнитную проницаемость определяют по соотношению

Этот способ может быть использован для определения магнитной проницаемости полых цилиндрических проводников. (Кабели связи для электрических железных дорог переменного тока / В.В.Гаврилюк, К.А.Любимов, А.Н.Малочинская и др. М., 1965, 159 с.).

Недостатком данного метода является значительная трудоемкость определения магнитной проницаемости цилиндрических проводников круглого сечения, а также невозможность определения магнитной проницаемости цилиндрического проводника при намагничивании током, текущим по этому проводнику.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников, согласно которому генератор переменного тока подключают к первичной обмотке понижающего трансформатора, определяют значения намагничивающего тока I частотой f по данным измерений падения напряжения на образцовом резисторе, включают во вторичную обмотку понижающего трансформатора исследуемого цилиндрического проводника радиуса r с удельной проводимостью через образцовый резистор, подают падение напряжения на образцовом резисторе и падение напряжения на участке проводника длиной 1 м, расположенном на середине проводника, на эталонный и измерительный входы фазочувствительного вольтметра соответственно, измеряют фазочувствительным вольтметром активную U_R и реактивную U_X составляющие падения напряжения на участке проводника длиной 1 м, расположенном на середине проводника, рассчитывают модуль Z и аргумент сопротивления проводника, комплексную относительную магнитную проницаемость определяют по соотношению

(Патент № 2255346. "Способ определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников". МКП G01R 33/12. Авторы: Кандаев В.А., Свешникова Н.Ю., Кандаев А.В.).

Недостатком данного метода является необходимость проведения большого числа измерений на разных частотах.

Цель изобретения - уменьшение временных затрат при определении магнитной проницаемости цилиндрических проводников, получение возможности определения комплексной магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников при воздействии импульсного тока.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом способе определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников, содержащем подключение генератора импульсного тока к исследуемому цилиндрическому проводнику радиуса r с удельной проводимостью через шунт, причем проводник коаксиально помещен в металлическую трубу, служащую обратным проводником, измерение с помощью запоминающего осциллографа падения напряжения на шунте u₁(t) и падения напряжения u(t) на участке проводника длиной 1 м, расположенном на середине проводника, по данным полученной осциллограммы с помощью преобразования Фурье определяются функции намагничивающего тока 1(f) и напряжения на проводнике U(f), рассчитывают модуль Z(f) и фазу (f) комплексного сопротивления проводника каждой из частотной составляющей измеренного сигнала, комплексную относительную магнитную проницаемость определяют по соотношению

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующая измерения по данному способу.

Устройство содержит генератор синусоидального тока 1, выпрямитель 2, конденсатор 3, разрядник 4, безреактивный шунт 5, импульсные трансформаторы 6 и 7, запоминающий осциллограф 8, образец проводника 9, стальную трубу 10. В данном случае в качестве генератора импульсного тока использованы генератор синусоидального тока 1, выпрямитель 2, конденсатор 3.

Установка работает следующим образом.

Напряжение с выхода генератора 1 выпрямляется с помощью 2. После заряда конденсатора 3 до определенного значения напряжения срабатывает разрядник 4. При разряде конденсатора 3 в цепи возникает ток импульсный I. Импульсное напряжение на безреактивном шунте 5 снимается через импульсный трансформатор 6 и представляет собой функцию u ₁(t), которая подается на первый канал осциллографа 8. По осциллограмме u₁(t) определяется спектральный состав импульса напряжения U₁(f) с помощью разложения в ряд Фурье:

где R_ш - сопротивление шунта;

.

Разность потенциалов на участке длиной 1 м, расположенном на середине проводника, подается на второй канал осциллографа 8 через второй импульсный трансформатор 7.

С помощью осциллограммы определяется импульсная функция u(t) падения напряжения на одном метре исследуемого проводника. Для расчета сопротивления функция u(t) переводится в частотную область U(f) посредством разложения в ряд Фурье

Амплитуда комплексного сопротивления исследуемого проводника нa частоте f=f_i рассчитывается по формуле

где _i - амплитуда комплексной функции напряжения U(f) на частоте f=f_i;

- амплитуда комплексной функции тока 1(f) на частоте f=f _i.

Аргумент комплексного сопротивления исследуемого проводника _Ri частоте f=f_i рассчитывается по формуле

_Zi= _Ii- _Ui,

где _Ii - аргумент комплексной функции тока I(f) на частоте f=f_i;

_Ui - аргумент комплексной функции напряжения U(f) на частоте f=f_i.

Функция комплексного сопротивления Z(f) определяется по формуле

Сопротивление цилиндрического проводника рассчитывается по формуле

где f - частота,

- удельная проводимость металла,

µ - комплексная относительная магнитная проницаемость металла,

µ₀=4 10^-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакуума,

r - радиус проводника,

I₀, I₁ - модифицированные функции Бесселя нулевого и первого порядка соответственно.

При больших значениях аргумента Бесселевых функций их отношение стремится к единице.

Поэтому

Откуда выразим относительную магнитную проницаемость

Данный способ позволяет уменьшить временные затраты при определении магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников, т.к. проведя одно измерение появляется возможность определения магнитной проницаемости цилиндрических ферромагнитных проводников на нескольких частотах, а также получить возможность определения комплексной магнитной проницаемости цилиндрических проводников при воздействии импульсного тока.