专利名称：饱和磁化强度测量方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量磁化强度的方法及设备，特别是涉及测量大制品的饱和磁化强度的方法及设备。
饱和磁化强度是反映磁性材料磁力强弱的一个物理性能值。目前，测量饱和磁化强度的仪器一般是根据以下两种原理设计制作的一种是采用永磁体测量，也就是抽拉法。它是在永磁体两磁极端分别绕制一个线圈(图4)，静态时，线圈内不产生电动势，当被测物体从两磁极间掠过时，由于切割了磁力线，在线圈两端产生感应电动势e，然后再将该e值换算成被测物体的饱和磁化强度。另一种方法是采用电磁铁测量，也就是感应法(图5)，它是在铁芯磁柱1和可调磁轭5上绕制一个磁化线圈2，将被测物体3放置在两磁极之间，并在被测物体3上绕制一只补偿线圈4。可调磁轭5可左右移动，以控制两磁极间的间隙大小。在一定时间内，测量补偿线圈中感应电动势的变化，则可计算出被测物体的饱和磁化强度。前种方法由于采用永磁体结构，体积大，重量达数百公斤，造价高，而且强磁场对人体有危害作用。后种方法消耗功率大，测量速度慢，操作时需人工干预，工作不连续，精度较差。同时由于受材质和技术条件等因素制约，目前磁体的最大磁场强度为1074296．25安[培]每米(A／m)[13500奥斯特(Oe)]，且磁场强度随磁间隙增大而减小，测量大制品时，会因磁场强度衰减过大，无法磁化制品，达不到测量要求。故目前市售的饱和磁化强度测量仪测试样品的尺寸一般为φ10×20mm，最大重量也受到限制(见法国产Sigmameter D6025，美国产MS8100，国产CC3，CL6等型号的产品说明书)。
本发明的目的是提供一种可测量各种规格的制品，特别是大制品，而且体积小，能耗低，操作简便，检测精度高的饱和磁化强度测量方法及设备。
为实现上述目的，本发明采用的是脉冲感应法，它是由工业计算机控制向脉冲装置的工业电容器间断充电，而后将脉冲装置的工业电容器放电输出的可控直流脉冲高电流输入测量装置的励磁线圈，在励磁线圈内产生不连续的瞬时强磁场，被测物体置于该强磁场中，采集环绕被测物体并位于被测物体和励磁线圈之间的感应线圈两端产生的感应电动势信号，将该信号放大后输入工业计算机进行处理，得出被测物体的磁化强度，工业计算机自动调整脉冲装置的充电时间长短，控制其放电输出的脉冲电流大小，进行连续测量，即可测出被测物体的饱和磁化强度。
本发明脉冲感应法测量饱和磁化强度的设备包括含有与CPU连接的A／D芯片、与CPU连接的PIO芯片(接口电路)、与PIO芯片连接的控制继电器的工控机(工业计算机)，接受按CPU指令动作的控制继电器发出的信号向脉冲装置的工业电容器充电的直流电源，接受测量装置中感应线圈的感应电动势信号，并将信号放大后输入工控机的A／D芯片的采集装置，接受经A／D芯片转化后发出的数字信号，并进行处理后向显示装置输出磁化强度值的数据处理装置(软件包)和所测出磁化强度值的显示装置。脉冲装置由工业电容器和与测量装置的励磁线圈相串联的可控硅并联而成。测试量装置为一安装在机座上的方型箱体，方型箱体的顶面上开有一圆孔，外直径略小于圆孔的将励磁线圈和感应线圈包覆在内部的圆形塑料套筒可在该圆孔内上下自由移动，该圆形塑料套筒套在直径略小于它的内直径，并固定在箱体底板上的圆形载物台外面，圆形塑料套筒下部的中径两端固定一个叉形支架，叉形支架另一端设有平衡块，它中部的两个叉形臂用夹板固定在涡轮减速机涡轮轴的两端，连接在涡轮减速机的涡杆一端的电动机带动涡轮旋转，使圆形塑料套筒沿载物台上下自由移动，感应线圈紧贴圆形塑料套筒内壁缠绕，感应线圈上包裸一层绝缘材料，励磁线圈紧贴绝缘材料缠绕，并紧贴圆形塑料套筒外壁内侧面。
工控机的面板上设置一个多档位选择开关，根据被测物体大小，选择不同的向工业电容器充电的初始充电时间，以防止测量小直径被测物体时，造成磁场衰减而影响测量精度。
本发明的优点在于采用脉冲感应法，实现了高电压下瞬时脉冲放电，可形成1989437．5A／m(25000 Oe)以上的瞬时强磁场，克服了抽拉法和感应法采用铁磁材料，受磁体最大磁场强度制约，无法测量大制品磁化强度的缺陷。由于被测物体与线圈紧密耦合，磁场强度衰减小，能量损失少，因此，测量设备体积小，能耗低，可测量体积φ80×140mm以上，重量6kg以上的大制品，只要改变圆形塑料套筒的直径，采用适合的工业电容器和可控硅，体积更大的大制品也可测量。而且由于整个测量过程实现计算机自动控制，操作简便，测量速率可达4次／分以上，测量稳定性好，精度高，大大提高了工作效率。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明设备原理框图。
图2为本发明的测量装置局剖示意图。
图3为本发明的测量装置俯视图。
图4为永磁体测量方法(抽拉法)示意图。
图5为电磁体测量方法(感应法)示意图。
本发明脉冲感应法采用的测量设备原理及各部分之间的连接关系示如图1。工控机(工业计算机)6内主要设置有CPU、A／D芯片9、PIO芯片(接口电路)8和控制继电器7，它的面板上还设置一个多档位选择开关。根据被测物体31的大小，也就是被测物体31与圆形塑料套筒17之间间隙的大小，确定选择开关的档位，由软件包19确定充电时间长短，以补偿间隙稍大时，脉冲磁场的磁场强度衰减并将指令送达A／D芯片。A／D芯片将充电时间指令通过工控机的CPU传给PIO芯片，再传给控制继电器7，控制继电器7接受指令后，接通直流电源21向脉冲装置10中的工业电容器11充电。充电完成后，在工业电容器11上产生了一个加在励磁线圈14两端的高电压。然后，按工控机6给出的指令，工业电容器11通过可控硅12向测量装置13中的励磁线圈14放电，发出一个脉冲强电流，从而在圆形塑料套筒17内形成一个瞬时强磁场。充电时间越长，电容器的电压值越高，放电的脉冲电流也就越大，在励磁线圈中产生的磁场也就越强。由于充电时间是计算机控制，因此，能产生高精度的脉冲电流和磁场。电容器放电时，在圆形塑料套筒内，且位于被测物体31和励磁线圈14之间的感应线圈16的两端产生一个感应电动势，感应电势的大小就反映了被测物体31的磁化强度强弱。该感应电动势信号被采集装置18采集，并经它放大后输入A／D芯片。A／D芯片接收放大后的感应电动势信号后，将该信号转换成数字量，并输入数据处理装置(软件包)19进行数据处理，软件包19将该数字量转换成磁化强度数值后，输入显示装置20，直观地显示给操作者。以上一个充电-放电-数据采集处理-显示循环完成后，计算机自动调整充电时间，并进入第二个循环，直至显示装置显示的磁化强度值稳定不变化，即获得已知重量的被测物体的饱和磁化强度。对特定材料，并经称单重的被测物体，比如硬质合金大制品，将测出的饱和磁化强度值与已知重量的标准试样的饱和磁化强度值进行对比(称重数据都输入计算机，对比也由计算机完成)，还可测出被测物体(大制品)的含钴量，从而为硬质合金大制品质量的无损检测提供了一种新的方法。
本发明测量设备的脉冲装置10由并联的工业电容器11和可控硅12组成，它们安装在一个箱体内，测量装置13的励磁线圈14串联在可控硅12的支路上。测量装置13由安装在机座30上的方型箱体23，将励磁线圈14和感应线圈16包覆在内部的圆形塑料套筒17，固定在箱体23底板上的圆形载物台22，一端固接在圆形塑料套筒17下部两外侧面上，另一端设有平衡块28的叉形支架25，涡轮轴两端分别用连接夹板27固接着叉形支架25中部两叉形臂的涡轮减速机26，以及带动涡轮正反向转动的电动机29组成。箱体顶板上开有一圆孔24，圆孔的直径稍大于圆形塑料套筒17的外径，圆形载物台22的外径略小于圆形塑料套筒17的内径。这样，当启动与涡杆连接的电动机使涡轮带动叉形支架25上下摆动时，就能使圆形塑料套筒17在载物台22和圆孔24之间上下自由移动。测试前，将圆形塑料套筒17下移，极方便地将已称好重量的被测物体31放到载物台22上，然后，将圆形塑料套筒17上移，直至整个被测物体31完全处于励磁线圈14产生的磁场中，操作极其方便。同时，对直径相差很大的被测物体，可设计制作直径不同的圆形塑料套筒，达到结构紧凑，被测物体与线圈紧密耦合，磁场强度衰减小的效果。感应线圈16紧贴圆形塑料套筒17的内壁缠绕，感应线圈16上包裸一层绝缘材料15，励磁线圈14缠绕在绝缘材料15上，并紧贴圆形塑料套筒17的内壁，叉形支架前端的两个叉形臂分别固接在圆形塑料套筒17下部中径两端的外侧面上。
本发明的实施例如下。
实施例1，A／D芯片采用12位高速采集芯片，工业电容器为两只10000μF／400V电解电容器串联，可控硅为2KV／2KA工业可控硅。被测物体为φ50×60mm硬质合金圆柱体(牌号YG8，重量1470克)，控制脉冲电压值为450V／DC。测得饱和磁化强度为0．2020特[斯拉](2020高斯)，相应的感应电动势为6874mV，再与标样值对比，得知该合金中含Co7．22％。
实施例2，选用A／D芯片，工业电容器，可控硅同实施例1。被测物体为φ50×60mm的硬质合金圆柱体(牌号YG11，重量1415克)，控制脉冲电压值为450V／DC，测得饱和磁化强度为0．2950特(2950高斯)，相应的感应电动势为7460mV，得知该合金中含Co10．53％。
实施例3，选用A／D芯片，工业电容器，可控硅同实施例1。被测物体为φ80×70mm的硬质合金六面顶顶锤(牌号为YG8，重量为4377克)，控制脉冲电压值为350V／DC，测得饱和磁化强度0．2225特(2225高斯)，相应的感应电动势为3540mV，再与标样对比，得知该合金中含Co7．5％。
实施例4，选用A／D芯片，工业电容器，可控硅同实施例1，被测物体为φ80×70mm硬质合金六面顶顶锤(牌号为YG8，重量为4196克)。控制脉冲电压值为350V／DC，测得饱和磁化强度为0．183特(1830高斯)，相应的感应电动势为2788mV，再与标样对比，得知该合金中含Co6．18％。
实施例5，选用A／D芯片，工业电容器，可控硅同实施例1，被测物体为φ80硬质合金两面顶顶锤(牌号为YG6，重量为5019克)，控制脉冲电压值为350V／DC，测得饱和磁化强度为0．1703特(1703高斯)，相应的感应电动势为3101mV，再与标样对比，得知该合金中含Co5．71％。
权利要求
1.一种测量磁饱和磁化强度的脉冲感应法，其特征在于工业计算机控制向脉冲装置的工业电容器间断充电后，将脉冲装置的工业电容器放电输出的可控高精度直流脉冲高电流输入测量装置的励磁线圈，在励磁线圈内产生不连续的瞬时强磁场，被测物体置于该强磁场中，采集环烧被测物体，并位于被测物体和励磁线圈之间的感应线圈两端产生的感应电动势信号，将该信号放大后输入工业计算机处理，得出被测物体的磁化强度，工业计算机自动调整向脉冲装置每次充电时间长短，控制其输出的脉冲电流大小，进行连续测量，最终测出被测物体的饱和磁化强度。
2.权利要求1所述测量饱和磁化强度的脉冲感应法所用的设备，它包括含有与CPU连接的A／D芯片[9]、与CPU连接的PIO芯片(接口电路)[8]、与PIO芯片连接的控制继电器[7]的工控机(工业计算机)[6]，接受按CPU指令而动作的控制继电器[7]发出的信号向脉冲装置[10]的工业电容器[11]充电的直流电源[21]，接受测量装置[13]中感应线圈[16]的感应电动势信号，并将信号放大后输入工控机[6]的A／D芯片[9]的采集装置[18]，接受经A／D芯片转化后发出的数字信号并进行处理后向显示装置输出磁化强度值的数据处理装置(软件包)[19]和所测出磁化强度值的显示装置[20]，其特征在于脉冲装置由工业电容器[11]和与测量装置[13]的励磁线圈[14]相串联的可控硅[12]并联而成，测量装置由安装在机座[30]上的顶面上开有一圆孔[24]的方形箱体[23]、外径略小于圆孔[24]的将励磁线圈[14]和感应线圈[16]包覆在内部的圆形塑料套筒[17]、固定在箱体[23]的底板上外径略小于圆形塑料套筒[17]内径并位于圆形塑料套筒[17]内的圆形载物台[22]、叉形端的两条叉形臂固定在圆形塑料套筒[17]下部的两外侧面上另一端设有平衡块[28]的叉形支架[25]、涡轮轴的两端分别用夹板[27]固定着叉形支架[25]的两条叉形臂的涡轮减速机[26]和带动涡轮旋转的电动机[29]组成，感应线圈[16]紧贴圆形塑料套筒[17]的内壁缠绕，感应线圈[16]上包裸一层绝缘材料[15]，励磁线圈[14]紧贴绝缘材料[15]缠绕，并紧贴圆形塑料套筒[17]外壁的内侧面。
3.根据权利要求2所述的测量饱和磁化强度的脉冲感应法所用的设备，其特征在于工控机[6]的面板上设置一个可选定向工业电容器[11]充电的初始充电时间的多档位选择开关。
全文摘要
饱和磁化强度测量方法及设备。它是一种脉冲感应法,由计算机控制向脉冲装置电容器间断充电,电容器通过可控硅向测量装置励磁线圈放电,在该线圈内产生瞬时强磁场,同时在置于该强磁场中的被测物体和励磁线圈之间的感应线圈中产生感应电动势信号。该信号经放大后输入计算机进行处理,转换成磁化强度值。采用上述测量方法的设备由计算机、脉冲装置、测量装置、采集装置、软件包、显示装置组成。可测量直径50毫米,重量6公斤以上大制品的饱和磁化强度。
文档编号G01R33/16GK1289935SQ99115570
公开日2001年4月4日 申请日期1999年9月23日 优先权日1999年9月23日
发明者陈元超, 梁巨烈, 胡茂中, 俞儒川 申请人:株洲硬质合金厂, 陈元超