5.2. Способы измерения и контроля магнитных свойств ферритовых материалов и изделий из них
Все возрастающее разнообразие применяемых в автоматике, телемеханике и вычислительной технике ферритовых элементов вызывают необходимость усовершенствования старых и изыскания новых методов измерений их магнитных и механических свойств. Некоторые методы являются общими для большинства ферромагнитных материалов; к ним относятся большая часть испытаний на постоянном токе. По мере же появления новых областей использования магнитных элементов увеличивается разновидность самих элементов и методов их испытаний, разрабатываются специфические измерительные устройства. Причем методы испытаний приближены к условиям работы элемента в конкретном устройстве, а параметры отражают специфику поведения ферритовых материалов в каких-либо особых условиях.
5.2.1. Методы измерения статических свойств ферритовых изделий
Статические характеристики ферритовых элементов определяются в постоянных и близких к постоянным полях. При испытании ферритового образца на постоянном токе происходит очень медленный переход сердечника из одного магнитного состояния в другое, и перемагничивание протекает по статической петле гистерезиса. Параметры статической петли гистерезиса определяются баллистическим, магнитометрическим методами, методом осциллографирования петли гистерезиса и импульсного считывания.
Баллистический метод. Баллистический метод успешно применяется для определения статических петель гистерезиса любых магнитных материалов. Блок-схема баллистической установки приведена на рис.14. Процесс изменения индукции при изменении внешнего намагничивающего поля (т.е. снятие петли гистерезиса) определяется по отклонению рамки баллистического гальванометра. Угол отклонения пропорционален количеству электричества, протекающего через рамку гальванометра. Зная этот угол, можно определить изменение индукции образца при данном значении напряженности, или изменение напряженности поля пи изменении коэрцитивной силы.
Рис.14 Блок-схема баллистической установки
А-амперметр, R-реостат, Р-переключатель БГ-баллистический гальванометр
W1 и W2 - намагничивающая и измерительная обмотки измеряемого образца.
Баллистический метод позволяет строить по отдельным точкам петлю гистерезиса ферромагнитных материалов при различных напряженностях внешнего магнитного поля и определять соответствующие статические параметры образцов с точностью до 1-3 %. Основными недостатками этого метода являются большая трудоемкость, невозможность непрерывного произведения измерений и автоматизации этого процесса.
Магнитометрический метод. Для определения магнитых характеристик на постоянном токе в технике широко применяется также магнитометрический метод. В его основу положен эффект воздействия исследуемого образца на стрелку магнитометра. По углу отклонения магнитной стрелки прибора измеряется магнитный момент образца. Магнитометрический метод позволяет определить основную кривую намагничивания, петлю гистерезиса, магнитный момент, магнитную восприимчивость исследуемых образцов.
Метод осциллографирования петли гистерезиса. Этот метод основан на непосредственном визуальном наблюдении петли гистерезиса на экране осциллографа. Подобного рода приборы условно разделены на ферротестеры (проводят грубую качественную оценку параметров путем сопоставления на экране петли гистерезиса испытуемого образца с эталонной) и феррографы, гистерографы, петлескопы (для количественной оценки).
Рис.15 Блок-схема установки для осциллографического наблюдения петли
гистерезиса ферритов.
R - реостат, W1 и W2 - намагничивающая и измерительная обмотки образца,
С - емкость.
При таком методе измерения статических параметров ферромагнтных образцов внешнее магнитное поле не является постоянным. Однако частота изменения поля такова, что с некоторой погрешностью создаваемое поле можно приравнивать к постоянному.
К достоинствам метода осциллографирования можно отнести оперативность оценки свойств отдельных малогабаритных сердечников путем наблюдения как частных, так и предельных петель гистерезиса.
На рис.15 приведена блок-схема установки с использованием электронного осциллографа.
Метод импульсного считывания. Метод заключается в том, что в испытываемом образце создается поочередно поток от напряженности поля постоянного тока и поток "считывания" от импульсного тока, направленный навстречу. При этом поле импульса должно быть достаточным для перемагничивания по предельной петле гистерезиса. Сигнал с измерительой обмотки подается на импульсный милливольтметр.
Рис.16 Блок-схема установки для определения статических характеристик ферритов
импульсным методом.
А - амперметр, R1 - реостат, ГИТ - генератор импульсного тока, МВ -
милливольтметр, R2 - сопротивление.
Точки восходящего участка петли гистерезиса получаются последовательным увеличением намагниченности постоянного поля и фиксацией соответствующего сигнала.
Чувствительность этого метода на несколько порядков выще баллистического. Однако погрешность измерений выше и составляет величину порядка 5-10 %.
К достоинствам этого метода следует отнести возможость автоматизации автоматизации измерения статических характеристик ферритов.
Блок-схема установки для измерения статических характеристик ферритов методом импульсного считывания приведена на рис.16.
5.2.2Методы измерения импульсных свойств ферритовых изделий и способы их автоматизации
Методы испытаний магнитомягких ферритов в импульсных полях определены ГОСТ 12635-67 "Методы испытаний в диапазоне частот от 10 кГц до 1 МГц" и ГОСТ 12636-67 "Методы испытаний в диапазоне частот от 1 до 200 МГц". При этом в диапазоне частот от 1 до 200 МГц измеряют, как правило, в слабых полях, следующие параметры: начальную магнитную проницаемость mн, тангенс угла диэлектрических потерь d, температурный коээффициент начальной магнитной проницаемости ТКm, а в диапазоне выше 200 МГц - параматры СВЧ, т.е. ширину резонансной кривой, напряженность резонансного поля.
Для измерения tgd и ТКm резонансным и индукционным методами используют различные стандартные приборы и установки: низкочастотный измеритель индуктивности ЭМ18-2 (с рабочей частотой до 10 кГц), установку для измерения индуктивности и сопротивления УИМ-1 (с диапазоном частот от 10 кГц до 1 МГц), установки для испытания магнитных материалов УИММ-2 и УИММ-3 (с диапазоном частот от 20 кГц до 1 МГц), измеритель добротности Е9-4 ( с диапазоном частот от 50 кГц до 35 МГц).
Испытания на частотах свыше 200 МГц проводятся на ферритах, применеяемых для устройств СВЧ диапазона. Методы и аппаратура для испытания в СВЧ диапазоне отличается повышенной сложностью и трудны для упрощенного описания. Поэтому ограничимся лишь указанием нормативных документов, определяющих методики испытания образцов в СВЧ диапазоне: ГОСТ 12637-67 и нормаль НПО.707.006.
Рассмотренные выше методы измерения магнитных характеристик в постоянном и переменном магнитных полях имеют ряд общих недостатков:
а) сложность и длительность измерений и вычислений;
б) необходимость испытания образцов определенной формы и размеров и нанеснения многовитковых обмоток.