Спосіб визначення коефіцієнта розмагнічування магнітної стрічки

Спосіб визначення коефіцієнта розмагнічування магнітної стрічки, що включає вимірювання геометричних розмірів стрічки, створення зовнішнього магнітного поля, яке направлене вздовж осі стрічки, побудову петель гістерезису магнітної індукції на основі виміряних миттєвих значень магнітної індукції стрічки та напруженості зовнішнього магнітного поля, який відрізняється тим, що побудову петель гістерезису магнітної індукції здійснюють при двох частотах і постійній амплітуді маг нітної індукції, при цих же частотах вимірюють миттєві значення падіння напруги на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному до осі стрічки, і розраховують коефіцієнт розмагнічування за формулою Винахід відноситься до галузі магнітних вимірювань. Він може бути використаний для визначення петель гістерезису індукції та інших магнітних характеристик (наприклад, магнітної сприйнятливості) за результатам вимірювань у розімкненому магнітному колі. Відомий спосіб визначення коефіцієнта розмагнічування магнітного зразка [Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. - Μ.: Изд-во Моск. унта, 1985. - 336 с., с. 16-18], який здійснюють таким чином: - вимірюють геометричні розміри зразка; - за формулами, які враховують розміри і форму зразка, розраховують коефіцієнт розмагнічування. Поле розмагнічування зразка довільної форми є неоднорідним, і коефіцієнт розмагнічування залежить від координат. Внаслідок цього розрахунок коефіцієнта розмагнічування магнітних стрічок є дуже трудомістким, що перешкоджає практичному використанню цього способу. Ознаками способу, спільними з рішенням, що заявляється, є: - вимірювання геометричних розмірів стрічки; - визначення коефіцієнта розмагнічування магнітних стрічок з будь-яким співвідношенням товщини, ширини і довжини. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб визначення коефіцієнта розмагнічування магнітної стрічки [Panda A.K., Basu S. and Mitra A. Demagnetisation effect and its correction on the measurement of magnetic hysteresis loop of meltspun ribbons // J. Magn. Magn. Mater. - 2003. - Vol. 261. - P. 190-195], який здійснюють таким чином: T1 T2 PW2 U He dt PW1 U He dt N 0 T1 0 T2 , PW2 U Mdt PW1 U Mdt 0 0 (13) 93089 (11) UA (19) Дж/м3, U - падіння напруги на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі стрічки, В, He - напруженість зовнішнього магнітного поля, А/м, M - намагніченість стрічки, А/м, T1 i T2 - періоди магнітного поля, с. C2 де N - коефіцієнт розмагнічування, безрозмірна величина, PW1 i PW2 - магнітні втрати при частотах f1 і f2, 3 93089 - магнітну стрічку розрізають на декілька частин різної довжини; - вимірюють геометричні розміри отриманих зразків; - наближене значення коефіцієнта розмагнічування кожного зразка розраховують за формулою: N 4A L2 ln L A/ 1 (1) де N - наближене значення коефіцієнта розмагнічування зразка, безрозмірна величина, А - площа поперечного перерізу зразка, м2, L - довжина зразка, м; - створюють зовнішнє магнітне поле необхідної частоти і амплітуди, яке направлене вздовж осі зразка; - вимірюють миттєві значення напруженості зовнішнього магнітного поля та індукції для кожного із зразків; - на основі знайдених значень напруженості поля та індукції кожного із зразків будують петлі гістерезису; - вводять емпіричний коефіцієнт , однаковий для всіх зразків, при якому петлі гістерезису зразків різної довжини збігаються після їх коригування на наявність поля розмагнічування Heff He NM (2) де Heff - напруженість ефективного магнітного поля з урахуванням емпіричного коефіцієнта , А/м, Не - напруженість зовнішнього магнітного поля, А/м, - емпіричний коефіцієнт, безрозмірна величина, N - наближений коефіцієнт розмагнічування зразка, безрозмірна величина, Μ - намагніченість зразка, А/м; - приймають величну Ν, як уточнене значення коефіцієнта розмагнічування зразка. Недоліком цього способу є його висока трудомісткість і необхідність знаходження нового значення емпіричного коефіцієнта φ при зміні ширини і товщини стрічки. Спільними з прототипом ознаками є: - вимірювання геометричних розмірів зразка; - створення зовнішнього магнітного поля необхідної частоти і амплітуди, яке направлене вздовж осі зразка; - побудова петель магнітного гістерезису на основі миттєвих значень індукції та напруженості зовнішнього магнітного поля. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб визначення коефіцієнта розмагнічування магнітної стрічки, який шляхом вимірювання миттєвих значень густини потоку електромагнітної енергії, що забезпечує перемагнічування стрічки, і петель гістерезису індукції дозволяє значно зменшити матеріальні витрати та витрати робочого часу при визначенні магнітних характеристик маг 4 нітних стрічок з будь-яким співвідношенням товщини, ширини і довжини. Суттєвим ознаками способу, що заявляється, є: - вимірювання геометричних розмірів стрічки; - створення зовнішнього магнітного поля необхідної частоти і амплітуди, яке направлене вздовж осі стрічки; - вимірювання при двох частотах і постійній амплітуді магнітної індукції миттєвих значень напруженості зовнішнього магнітного поля, магнітної індукції стрічки та падіння напруги на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному осі стрічки; - побудова петель гістерезису індукції і визначення магнітних втрат; - знаходження значення коефіцієнта розмагнічування стрічки за формулою T1 T2 PW2 U H e dt PW1 U H e dt 0 T1 N 0 T2 (3) PW2 U Mdt PW1 U Mdt 0 0 де N - коефіцієнт розмагнічування стрічки, безрозмірна величина, PW1 i PW2 - магнітні втрати при частотах f1 і f2, Дж/м3, U - падіння напруги на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі стрічки, В, Не - напруженість зовнішнього магнітного поля, А/м, М=Β/ 0 - намагніченість стрічки, А/м, де В - магнітна індукція, Тл, 0 - магнітна проникність вакууму, Гн/м, Т1 i Т2 - періоди магнітного поля, с Відмінними від прототипу ознаками є: - побудова петель магнітного гістерезису при двох частотах і постійній амплітуді магнітної індукції; - вимірювання при цих частотах миттєвих значень падіння напруги на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі стрічки. Теоретичне обґрунтування способу. За теоремою Пойтінга густина потоку енергії, що проникає через поверхню стрічки і забезпечує перемагнічування стрічки, дорівнює P=EHeff (4) де Ρ - густина потоку енергії, Вт/м2, Ε - напруженість електричного поля на поверхні стрічки, В/м, Heff - напруженість ефективного магнітного поля, А/м. Величину ефективного магнітного поля визначають із співвідношення Heff=He-NM (5) 5 93089 де Heff - напруженість ефективного магнітного поля, А/м, Не - напруженість зовнішнього магнітного поля, А/м, N - коефіцієнт розмагнічування стрічки, безрозмірна величина, Μ - намагніченість стрічки, А/м. Формула для визначення магнітних втрат ΡP(Ν) з використанням вектора Пойтінга для потоку електромагнітної енергії може бути записана у вигляді: PР (N) 2T EHeff dt d0 2T E(He d0 NM)dt (6) де d - товщина стрічки, м. Магнітні втрати також можуть бути розраховані за формулою Варбурга: PW He dB (7) де В - індукція стрічки, Тл. Із умови рівності магнітних втрат, знайдених на основі вимірювання площі петлі гістерезису (ΡW) і визначених за результатами вимірювання потоку електромагнітної енергії (PP(N)), при кожній з двох частот f1 і f2 випливає співвідношення PW PР (N) f1 PW PP (N) (8) f2 з якого отримуємо розрахункову формулу (3), в якій U =wE, де w - відстань, м, між контактами, за допомогою яких вимірюють падіння напруги U . Спосіб здійснюють таким чином: - вимірюють геометричні розміри стрічки; - поміщають стрічку у зовнішнє змінне магнітне поле, направлене вздовж осі стрічки; - при двох частотах f1 і f2 і постійній амплітуді магнітної індукції вимірюють напруженість зовнішнього магнітного поля He(t), індукцію стрічки В(t) та падіння напруги на головній поверхні стрічки U (t) в напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі стрічки; - визначають магнітні втрати PW шляхом вимірювання площі петлі гістерезису, побудованої на основі знайдених значень Не(t) і Β(t); - значення коефіцієнта розмагнічування стрічки знаходять за формулою (3). Приклад здійснення способу. 6 На Фіг. 1 зображено магнітну стрічку 1 з контактними смужками 2 між фіксуючими пластинами 3 з тонкими шарами гуми 4 (поперечний переріз). Дослідження проводили на стрічці аморфного сплаву на основі заліза (Metglas 2605 SC). Розміри стрічки: довжина 30.0·10-2 м, ширина 5.0·10-2 м та товщина 24·10-6 м. На поверхні магнітної стрічки 1 розташовували дві тонкі контактні мідні смужки 2. Для забезпечення однорідності електричного контакту між магнітною стрічкою 1 та смужками 2 на внутрішню поверхню фіксуючих пластин 3, виготовлених із тонкого скла, наклеювали тонкий шар гуми 4. На Фіг. 2 зображено розташування контактних смужок вздовж бокових сторін досліджуваної стрічки. Вимірювання електромагнітних величин здійснювали при частотах f1=10 кГц i f2=15 кГц на середній ділянці стрічки довжиною 5·10-2 м в однорідному магнітному полі соленоїда. Величину напруженості зовнішнього магнітного поля Не(t) визначали за величиною струму, який проходить через соленоїд. Миттєві значення струму знаходили шляхом вимірювання падіння напруги на опорі, послідовно з'єднаному з соленоїдом. Миттєві значення магнітної індукції отримували в результаті інтегрування ЕРС котушки індукції. Миттєві значення падіння напруги U (t) на головній поверхні стрічки в напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі стрічки, вимірювали за допомогою контактних смужок. На основі миттєвих значень падіння напруги U (t), зовнішнього магнітного поля He(t) та намагніченості М(t)=B{t)/ 0 за допомогою формули (3) знаходили значення коефіцієнта розмагнічування, яке дорівнювало N 11·10-5. Похибка вимірювання коефіцієнта розмагнічування складала 15%, вона обумовлена похибкою осцилографічних вимірювань. На Фіг. 3 зображено петлі гістерезису індукції досліджуваної стрічки у зовнішньому магнітному полі Не (петля А) та в ефективному магнітному полі Heff при N 11·10-5, знайденому за формулою (3) (петля В), та при N 9·10-5, знайденому за формулою (1) (петля С) (f=15 кГц). Запропонований спосіб дозволяє визначити коефіцієнт розмагнічування магнітної стрічки будьяких розмірів на основі результатів стандартних магнітних вимірювань і значно зменшує матеріальні витрати та витрати робочого часу. 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 93089 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601