PL236400B1 - Układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych, a zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych, zawierający obwód magnetyczny, korzystnie zbudowany z jarzma ferrytowego, co najmniej dwie cewki będące źródłem pola magnetycznego, umieszczone szeregowo w obwodzie magnetycznym, korzystnie równolegle do siebie, szczelinę powietrzną w obwodzie magnetycznym, utworzoną pomiędzy cewkami, miernik indukcji magnetycznej, na którym znajduje się sonda pomiarowa wyposażona w czujnik, przekaźnik elektromagnetyczny umożliwiający zmianę kierunku prądu w obwodzie magnetycznym, ewentualnie urządzenie rejestrująco-sterujące, charakteryzujący się tym, że posiada ponadto programowalny zasilacz prądu stałego (2) do zasilania układu prądem stałym połączony z przekaźnikiem elektromagnetycznym (3) i ewentualnie z urządzeniem rejestrująco-sterującym (1), który to przekaźnik elektromagnetyczny (3) znajduje się pomiędzy zasilaczem (2), a dwoma cewkami o określonej geometrii (5), w jednym obwodzie zbudowanym z jarzma (4), gdzie cewki (5) stanowiące uzwojenia nawinięte na karkas, zbudowany z tekstolitu, są nałożone na część jarzma (4), zaś w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego znajduje się miejsce na umieszczenie tam równolegle do siebie po przeciwnych stronach głowicy miernika indukcji magnetycznej (6) co najmniej dwóch próbek (8) z materiału substancji magnetoreologicznych, na zewnątrz uzwojeń, to jest poza uzwojeniem. Ponadto wynalazek obejmuje sposób wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych, realizowany za pomocą powyższego urządzenia.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych. W szczególności wynalazek obejmuje układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H, umożliwiający określenie parametrów magnetycznych elastomerów magnetoreologicznych. Zgodnie z obecnym wynalazkiem, układ/urządzenie składa się z kilku elementów, które pozwalają wyświetlić na ekranie komputera magnetyczną pętlę histerezy, tj. określić stopień namagnesowania materiału (za pomocą indukcji magnetycznej - oznaczanej za pomocą litery „B”) pod wpływem zadanego pola magnetycznego („H”). Zaprojektowane stanowisko pomiarowe do badań materiałów magnetycznych w swojej istocie można zaliczyć do dwóch kategorii urządzeń - histerezografów oraz permeametrów, ze względu na możliwe dwa sposoby obliczenia pożądanych właściwości. Zaproponowana metodologia w zgłoszeniu zupełnie różni się od obecnie obowiązujących norm.

Spośród licznych typów materiałów stosowanych w przemyśle największą uwagę obecnie skupia się na poznaniu właściwości magnetycznych materiałów, które poprzez dogłębną znajomość ich parametrów umożliwiają synergiczne sterowanie układami wykonawczymi. Sposobów badania właściwości magnetycznych dostępnych na rynku jest bardzo wiele i określone są one przez zespół norm wydawanych przez organizacje standaryzujące oraz normalizacyjne jak np. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) oraz Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki (CENELEC). Wspomniane organizacje przygotowały szereg publikacji, według których tworzone są komercyjne stanowiska na całym świecie. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna zapisała swoje zalecenia dotyczące stanowisk pomiarowych pod numerem 60404 (IEC TC 85), natomiast druga przywołana organizacja ujęła swoje standaryzacje pod kilkoma numerami np. ASTM A342, ASTM STP371S1, ASTM A596-95e1. Komitet normalizacyjny CENELEC podaje swoje normalizacje w rozporządzeniu CLC/SR 85 (Measuring Equipment for Electrical and Eletromagnetic Ouantities), gdzie najbardziej interesującymi normami z punktu widzenia poruszanego tematu są dokumenty opatrzone sygnaturami EN 60359:202, EN 61028:1993, EN 611432:1994, EN 61187:1994 oraz EN 61554.

Spośród wymienionych dokumentów normalizacyjnych najbardziej interesującym jest ten, który prezentuje permeametry do badań materiałów o niskiej przenikalności magnetycznej - ASTM A342. Norma ta wymienia 5 różnych metod pomiarowych, z czego jedna została wycofana z użytku. Pozostałe cztery opierają się na zupełnie innej metodologii niż ta, która została zaproponowana w niniejszej pracy.

W stanie techniki (Fig. 1, httD://encvcloDedia2.thefreedictionarv.com/Permeameter) są znane permeametry, tj. urządzenia do pomiarów charakterystyk magnetycznych, np. histerezy, do badania próbek ferromagnetycznych o prostych formach. Składają się one z ramy lub jarzma wykonanych z magnetycznie miękkiego materiału, i zwykle są wyposażone w ruchome części lub nabiegunniki, które zaciskają badaną próbkę w taki sposób, że próbka tworzy zamknięty obwód magnetyczny z jarzmem. Na jarzmo są nałożone cewki, i podłączone urządzenia do pomiarów indukcji magnetycznej B i magnetycznego natężenia pola H w badanej próbce. W tym miejscu warto napisać, ze w stanie techniki (Fig. 1) na próbkę nawinięte jest uzwojenie (6), które służy do pomiaru indukcji. W proponowanym zgłoszeniu na badaną próbkę nie nawija się uzwojenia, a pomiar jest realizowany w inny sposób, przedstawiony poniżej w zgłoszeniu.

W zgłoszeniu patentowym US nr 3879658 (A) ujawniono urządzenie do pomiaru podatności magnetycznej, które zawiera 2 jarzma ferromagnetyczne, na które są nałożone cewki, co najmniej trzy na każde jarzmo. Cewki na jednym jarzmie są połączone z odpowiednimi cewkami na drugim jarzmie oraz ze źródłem prądu stałego. W każdym przypadku końce jarzma tworzą szczelinę, w którą wkłada się badane próbki. Szczeliny są wypełniane odpowiednimi gazami, w zależności od właściwości badanej próbki. Jest również zaznaczone że jeżeli materiał wykazuje znaczną podatność, to szczelina może być wypełniona powietrzem. Jako próbka może być ciecz lub ciało stałe.

Przykładem rozwiązania ze stanu techniki może być magnemometr z wibrującą próbką, zasilany prądem zmiennym, gdzie cewki chłodzone są cieczą. Gabaryty urządzenia są na tyle duże, że nie można jest w sposób prosty transportować.

Celem obecnego wynalazku jest zaproponowanie rozwiązania kompaktowego obejmującego układ przeznaczony do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych. Ponadto urządzenie to ze względów na zdecydowanie dużo mniejszy rozmiar można w wygodny i łatwy sposób transportować i przenosić za pomocą uszów zamocowanych na górze urządzenia, oraz

PL 236 400 B1 urządzenie to nie wymaga chłodzenia cieczą, a układ zasilany jest prądem stałym. Układ według wynalazku znamienny jest tym, że w obecnie stosowanych podobnych metodach wyznaczania parametrów materiału, zasilacz prądu zmiennego zastąpiono zasilaczem prądu stałego, a na badaną próbkę nie nawija się uzwojenia.

Zgodnie z wynalazkiem układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych, zawierający obwód magnetyczny, co najmniej dwie cewki będące źródłem pola magnetycznego, umieszczone szeregowo w obwodzie magnetycznym, szczelinę powietrzną w obwodzie magnetycznym, utworzoną pomiędzy cewkami, miernik indukcji magnetycznej, na którym znajduje się wyposażony w sondę pomiarową z czujnikiem, przekaźnik elektromagnetyczny umożliwiający zmianę kierunku prądu w obwodzie magnetycznym, charakteryzuje się tym, że posiada ponadto programowalny zasilacz prądu stałego do zasilania układu prądem stałym połączony z przekaźnikiem elektromagnetycznym. Przekaźnik elektromagnetyczny znajduje się pomiędzy zasilaczem, a co najmniej dwoma cewkami, w jednym obwodzie zbudowanym z jarzma. Cewki stanowiące uzwojenia nawinięte na karkas, zbudowany z tekstolitu, są nałożone na część jarzma. W szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego znajduje się miejsce na umieszczenie tam równolegle do siebie po przeciwnych stronach głowicy miernika indukcji magnetycznej co najmniej dwóch próbek z materiału substancji magnetoreologicznych, na zewnątrz uzwojeń, to jest poza uzwojeniem.

Korzystnie w układzie według wynalazku jarzmo jest jarzmem ferrytowym.

Korzystnie w układzie według wynalazku co najmniej dwie cewki będące źródłem pola magnetycznego są umieszczone w obwodzie magnetycznym równolegle do siebie.

Korzystnie układ według dodatkowo zawiera urządzenie rejestrująco-sterujące połączone z programowalnym zasilaczem prądu stałego. Szczególnie korzystnie urządzenie rejestrująco-sterujące stanowi komputer z oprogramowaniem pomiarowo-sterującym.

Korzystnie, w układzie według wynalazku jarzmo wykonane jest z żelaza, kobaltu, niklu, i ich stopów, korzystnie ze stali zawierającej 99,99% Fe.

Korzystnie, w układzie według wynalazku szczelina powietrzna ma regulowaną szerokość.

Korzystnie, w układzie według wynalazku programowalny zasilacz prądu stałego podłączony jest do komputera sterująco-rejestrującego.

Korzystnie, w układzie według wynalazku przekaźnik elektromagnetyczny z jednej strony połączony jest z programowalnym zasilaczem prądu stałego, a z drugiej z cewkami.

Korzystnie układ według wynalazku zawiera drukarkę.

Korzystnie, w układzie według wynalazku każda z cewek zawiera 1450 zwojów.

Korzystnie, w układzie według wynalazku zasilacz programowalny prądu stałego pracuje w zakresie 0-5 Amperów (A).

P r z y k ł a d 1

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym Fig. 2 do komputera sterująco-rejestrującego 1 z oprogramowaniem pomiarowo-sterującym podłączony jest zasilacz programowalny prądu stałego 2. Przekaźnik elektromagnetyczny 3 znajduje się pomiędzy zasilaczem 2, a dwoma cewkami o dużej geometrii 5 w jednym obwodzie zbudowanym z jarzma ferrytowego 4. Układ wyposażony jest w miernik indukcji magnetycznej 6 z sondą wyposażoną w czujnik 7. Badane próbki 8 są umieszczone w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego.

Układ według wynalazku w szczególności posiada programowalny zasilacz prądu stałego 2 do zasilania układu prądem stałym połączony z przekaźnikiem elektromagnetycznym 3 i ewentualnie z urządzeniem rejestrująco-sterującym 1, który to przekaźnik elektromagnetyczny 3 znajduje się pomiędzy zasilaczem 2, a dwoma cewkami o określonej geometrii 5, w jednym obwodzie zbudowanym z jarzma 4, gdzie cewki 5 stanowiące uzwojenia nawinięte na karkas, zbudowany z tekstolitu, są nałożone na część jarzma 4, zaś w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego znajduje się miejsce na umieszczenie tam równolegle do siebie po przeciwnych stronach głowicy miernika indukcji magnetycznej 6 co najmniej dwóch próbek 8 z materiału substancji magnetoreologicznych, na zewnątrz uzwojeń, to jest poza uzwojeniem.

Komputer sterujący został wyposażony w aplikację pomiarowo-sterującą, dzięki której możliwy jest odczyt i zapis kolejnych pomiarów, określenie wartości fizycznych i prezentacja wyniku w formie wykresu B=f(H) na ekranie monitora.

PL 236 400 B1

Sumaryczne wyniki uzyskanej krzywej B(H), uzyskane po obliczeniu w aplikacji pomiarowo-sterującej, prezentowane są na monitorze i archiwizowane w komputerze (1) oraz mogą być drukowane na dołączonej drukarce.

Stanowisko/układ to w swojej istocie jest magnetowodem tj. obwodem, który przewodzi strumień magnetyczny. Magnetowód składa się z rdzenia ferromagnetycznego wykonanego ze stali czystej technicznie - armco (99,99% Fe), które jest świetnym środowiskiem dla przewodzenia strumienia magnetycznego. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez dwie cewki połączone ze sobą szeregowo, w sposób umożliwiający dopasowanie do parametrów zasilacza, co pozwala uzyskać duże i stałe wartości natężenia pola magnetycznego w trakcie pomiarów. Cewki są zasilane przy pomocy programowalnego zasilacza regulowanego stałoprądowego. Pomiędzy cewkami nałożonymi na rdzeń znajduje się szczelina powietrzna, w której umieszcza się badane próbki (8). Wymogiem stanowiska jest, aby do badania wykorzystać 2 próbki tego samego materiału o określonej geometrii - np. okręgi o średnicy 40 mm. Pomiędzy badane próbki wkłada się miernik indukcji magnetycznej. Sygnał zebrany z miernika trafia do aplikacji, która wykreśla pożądany wykres względem uzyskanych wartości.

Układ umożliwiający badania jest to permeametr - obwód magnetyczny. Obwód magnetyczny powinien być zbudowany z materiału, który dobrze przewodzi strumień magnetyczny. Materiałami odznaczającymi się dobrym przewodnictwem strumienia magnetycznego są żelazo, kobalt, nikiel, ich stopy oraz kilka innych. Są to inaczej ferromagnetyki, których podatność magnetyczna jest znacznie większa od zera. Zdecydowano więc, że materiałem odpowiednim do zbudowania jarzma będzie armco - jest to tzw. żelazo czyste technicznie - 99,99% Fe, 0.01% zanieczyszczeń. Materiał ten odznacza się fantastycznie wysokim poziomem indukcji magnetycznej - dochodzącym nawet do 2,2 T, co gwarantuje dobre przewodnictwo strumienia magnetycznego bez wchodzenia w stan nasycenia rdzenia - pozwoli to na określenie nasycenia się paramagnetyka, którego jak zaobserwowano nie posiada własności ferromagnetycznych, zatem stopień jego indukcji nasycenia powinien być niższy. Rdzeń wykonany w całości z armco zapewnia dobre doprowadzenie do próbki strumienia magnetycznego. Nie tylko rdzeń, ale też i nabiegunniki, na których osadzono źródła pola magnetycznego (cewki) zostały wykonane z armco. Nabiegunniki, inaczej też rdzenie cewek zostały wyprofilowane w kształcie śruby dzięki czemu można regulować szerokość szczeliny pomiędzy nimi. W celu ujednolicenia rozkładu pola pomiędzy nabiegunnikami zastosowano ścięcie ostrych krawędzi uzyskując tym samym lepszy rozkład w szczelinie.

Źródłem pola magnetycznego w obwodzie są cewki połączone ze sobą szeregowo w celu uzyskania możliwie najwyższego poziomu pól elektromagnetycznych. Cewki zostały precyzyjnie obliczone w celu uniknięcia wzrostu temperatury, oraz osiągnięcie możliwie największej wartości natężenia pola magnetycznego w miejscu, w którym umieszcza się badaną próbkę, przy jak najmniejszych gabarytach cewek, celem kompaktowej budowy i łatwiejszego transportu. Pole magnetyczne zgodnie z prawem Faradaya jest proporcjonalne do wartości prądu płynącego przez cewkę oraz liczby jej zwojów. W celu ograniczenia wpływu ciepła (inny rodzaj pola, który znosi własności magnetyczne, a także fakt, że izolacja cewki ma też swoją wytrzymałość cieplną), stąd zdecydowano się na dużą liczbę zwojów stosując możliwie mały, ale jednocześnie możliwy do wysterowania prąd. Obliczono, że 1450 zwojów na każdej z cewek, łącznie dając 2900 zwojów pozwolą na uzyskanie już stosunkowo dużej siły magnetomotorycznej przy jednym amperze, bo aż 2900 amperozwojów.

W celu zasilenia stanowiska wykorzystano stałoprądowy zasilacz programowalny pozwalający na precyzyjną regulację prądu w zakresie od 0 - 5A, dwukanałowy. Dzięki temu, że istnieje możliwość podłączenia urządzenia do komputera stworzono aplikację, która zautomatyzowała proces badania. Wykorzystane źródło prądowe to HAMEG HMP2020. Dzięki temu, że zasilacz jest dwukanałowy, pozwala on na przepływ prądu w 2 kierunkach - odwrotna polaryzacja w celu uzyskania obu części pętli histerezy B(H) uzyskiwana poprzez zastosowanie przekaźnika elektromagnetycznego Przekaźnik dwukanałowy FINDER 4.52.9.005.000.

Pomiar indukcji magnetycznej jest możliwy dzięki zastosowaniu miernika zwanego teslomierzem wyposażonego w sondę przepływową, która dokonuje pomiaru dzięki efektowi Halla. Zastosowane urządzenie to miernik Hirst Magnetic Instruments Ltd. GM08 z komunikacją poprzez RS232 oraz USB i wyjściem analogowym proporcjonalnym do wskazania przyrządu. Pozwala on przesłać sygnał analogowy do komputera dzięki czemu możliwe jest zebranie danych z tego miernika i przetworzenie ich do postaci wykresu B(H) automatycznie. Ułatwia to w znacznym stopniu pomiar przeprowadzenia badań. W tym celu przygotowano aplikację w oprogramowaniu LabVIEW oraz wyposażono stanowisko w komputer.

PL 236 400 Β1

P rzykład 2

Określenie magnetycznej pętli histerezy za pomocą stanowiska może być wykonane za pomocą dwóch metod, opartych na tej samej zależności. Do opisu matematycznego wykorzystywana jest siła magnetomotoryczna, którą można policzyć za pomocą 3 zależności:

F = h*I = R*FI = N*I gdzie:

F - wartość siły magnetomotorycznej [Az]

H - natężenie pola magnetycznego [A/m]

L - długość odcinka, w którym płynie strumień magnetyczny [m]

R - reluktancja obwodu [1/H]

- wartość strumienia magnetycznego [Wb]

N - liczba przewodników wytwarzająca pole magnetyczne

I - wartość prądu płynąca przez przewodniki wytwarzającej pole magnetycznej [A]

Opisu stanowiska podczas pomiaru dokonuje się poprzez zestawienie ze sobą dwóch sposobów określenia siły magnetomotorycznej. Jako ścieżkę główną zdecydowano (pierwsza metoda), że opis będzie bazował na określeniu przenikalności magnetycznej, z której to wyliczane jest później natężenie pola magnetycznego niezbędnego do uzyskania wymaganego wykresu. Drugą metodę - zdecydowanie łatwiejszą, pozostawiono w celu określenia weryfikacji wyniku z metody pierwszej.

[pierwsza metoda - główna]

Obliczenia matematyczne pierwszej metody są długie i wymagają dokładnego określenia poszczególnych elementów obwodu dla posiadanego stanowiska. W celu poprawnego określenia reluktancji obwodu należy określić geometrię stanowiska - zarówno długość elementów o jednakowym przekroju jak i samą wielkość przekroju. Znając przenikalność magnetyczną ośrodka rozchodzenia się strumienia magnetycznego oszacowano, że ma ona znikomy wpływ na dalsze obliczenia matematyczne (wpływ na wynik ostateczny pojawia się na 6 miejscu po przecinku). Stąd uznano, że parametrem przyjętym do obliczeń jest maksymalna wartość przenikalności stali armco, która jest równa zależności: 10 000 * 4 * π * 10^-7 [H/m], co daje w przybliżeniu 0,01256 [H/m],

Reluktancja poszczególnych elementów obwodu została określona poprzez zastosowanie wzoru:

R = I / μ * S gdzie:

R - reluktancja [1/H]

I - długość odcinka o tym samym przekroju [m] μ - całkowita wartość przenikalności magnetycznej (wartość przenikalności magnetycznej dla próżni pomnożona przez względną dla danego ośrodka) [H/m]

S - pole przekroju przez który przenika strumień magnetyczny [m²]

Wymieniona wyżej relacja pozwala po zastosowaniu pewnych uproszczeń geometrii stanowiska pozwala określić opór magnetyczny (obwód zastępczy) magnetowodu. W celu określenia przenikalności magnetycznej szukanego materiału należy dodać reluktancję szczeliny (wraz z nieznaną przenikalnością) i skorzystać z praw rządzących siłą magnetomotoryczną. Wartość strumienia magnetycznego określa się za pomocą relacji φ = fBdS gdzie:

- wartość strumienia magnetycznego [Wb]

B - wartość indukcji magnetycznej [T]

S - powierzchnia przez którą przechodzi strumień magnetyczny [m²]

Indukcja magnetyczna oraz powierzchnia przenikania strumienia magnetycznego są wielkościami wektorowymi, stąd przy obliczeniach wielkości skalarnej wartości strumienia magnetycznego należy wynik całkowania pomnożyć przez cosinus kąta zawartego pomiędzy tymi wektorami. Z geometrii stanowiska wynika, że ten współczynnik dąży do jedności, stąd operacja ta jest pomijalna.

Po określeniu wartości strumienia magnetycznego należy pomnożyć ten wynik z uzyskaną do tej pory wartością reluktancji. W ten sposób otrzymuje się pierwszą część równania niezbędnego do określenia przenikalności magnetycznej szukanego materiału.

PL 236 400 Β1

Do określenia drugiego sposobu siły magnetomotorycznej posłużono się obliczeniami uzyskanymi w oparciu o wartość prądu magnesującego obie cewki oraz liczbę przewodników (innymi słowy zwojów cewki). Stąd uzyskuje się drugą część równości.

Po przyrównaniu do siebie wcześniej wymienionych stron i wykonaniu niezbędnych operacji matematycznych otrzymuje się wartość przenikalności magnetycznej badanego materiału.

Wartość indukcji magnetycznej odczytywana jest z miernika wykorzystanego do badań. W celu obliczenia natężenia pola magnetycznego należy zastosować się po raz kolejny do praw fizyki, które opisują związek między indukcją magnetyczną a natężeniem pola magnetycznego:

B = μ * H gdzie:

B - wartość indukcji magnetycznej [T]

H - wartość natężenia pola magnetycznego [A/m] μ - wartość przenikalności magnetycznej materiału [H/m]

W celu uzyskania wielkości określającej pole magnetyczne należy podzielić odczytaną wartość indukcji magnetycznej przez obliczoną wartość przenikalności magnetycznej materiału. Po określeniu pary punktów B=f(H) następnie wykreślany jest wykres.

Zachowania magnetyczne ściśle zależą od warunków, w których są one przeprowadzane. Wszystkie parametry stałe są podawane dla warunków uznawanych w literaturze za „normalne” tj. dla temperatury 0°C, ciśnienie 1013,25 hPa. Ponieważ temperatura otoczenia, w którym prowadzi się badania jest większa, koniecznym jest uwzględnienie tego przez współczynnik korekcji.

Współczynnik korekcji ustalono, że będzie obliczany na podstawie stosunku przenikalności powietrza - z tej, która jest znana z dla warunków normalnych oraz z tej, którą można zmierzyć w warunkach badania:

K — P_powietrza_książkouve ” R badane gdzie:

K - współczynnik korekcji μμ^πθ - wartość przenikalności magnetycznej dla powietrza w warunkach przeprowadzanego badania

Aby uzyskać zatem faktyczną wartość indukcji magnetycznej materiału, należy pomnożyć ją przez współczynnik korekcji aby uzyskać wynik odpowiadający tym, które pochodzą z warunków normalnych.

Stałą i niezależną, od warunków otoczenia i zmian parametrów cewek, wartość prądu magnesującego podczas pomiarów, zapewnia sterowany przez komputer i aplikację pomiarowo-sterującą zasilacz prądowy.

Podsumowując algorytm przeprowadzania pomiarów sprowadza się do wykonania dwóch pomiarów - pierwszym dla szczeliny bez wypełnienia (z powietrzem) w celu ustalenia współczynnika korekcji, a następnie można wykonać badanie materiału.

[druga metoda - weryfikująca].

W celu sprawdzenia czy badana wielkość z metody pierwszej jest wartością prawidłową, należy skorzystać z drugiej możliwości opisu obwodu czyli sprawdzić, czy szerokość szczeliny wypełnionej próbką jest taka, dla jakiej przeprowadzono pomiary. Aby obliczyć pożądaną długość należy skorzystać z obliczonego wcześniej natężenia pola magnetycznego oraz obliczonej siły magnetomotorycznej (za pomocą F = N * I), otrzymując tym samym zależność:

L=N* I/H gdzie:

L - szerokość szczeliny [m]

Zastosowania układu według wynalazku w nauce i przemyśle:

- szybkie pomiary krzywej histerezy magnetycznej B-H dla badanego elastomeru magnetoreologicznego;

- wyznaczenie przenikalności magnetycznej dla badanego elastomeru magnetoreologicznego.

Wyznaczone parametry w postaci krzywej B-H, przenikalności magnetycznej przyspieszają wykonanie eksperymentów numerycznych, dotyczących wykorzystania i zastosowania elastomerów (kompozytów) magnetoreologicznych w rozwiązaniach technicznych. Dotyczy to zarówno prac naukowych,

PL 236 400 B1 badawczo-rozwojowych, czy wdrożeniowych realizowanych w jednostkach naukowych, badawczych czy przemysłowych.

Układ może być stosowany:

- w przedsiębiorstwach, fabrykach produkujących elastomery magnetoreologiczne;

- w sektorach naukowo-badawczych pracujących nad rozwojem elastomerów magnetoreologicznych;

- w jednostkach badawczo-rozwojowych zajmujących się zastosowaniem elastomerów magnetoreologicznych, które pracują nad wdrożeniami nowych rozwiązań w przemyśle motoryzacyjnych i lotniczym.

Wykorzystanie elastomerów magnetoreologicznych ma na celu zwiększenie komfortu i bezpieczeństwa podróżnych, w postaci nowych rozwiązań aktywnych stref zgniotu, nowoczesnych amortyzatorów zawieszeń pojazdów, czy dynamicznie rozwijających się struktur morficznych stosowanych w lotnictwie.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do wyznaczania pętli histerezy magnetycznej B-H dla substancji magnetoreologicznych, a zwłaszcza elastomerów i kompozytów magnetoreologicznych, zawierający obwód magnetyczny, co najmniej dwie cewki będące źródłem pola magnetycznego, umieszczone szeregowo w obwodzie magnetycznym, szczelinę powietrzną w obwodzie magnetycznym, utworzoną pomiędzy cewkami, miernik indukcji magnetycznej wyposażony w sondę pomiarową z czujnikiem, przekaźnik elektromagnetyczny umożliwiający zmianę kierunku prądu w obwodzie magnetycznym, znamienny tym, że posiada ponadto programowalny zasilacz prądu stałego (2) do zasilania układu prądem stałym połączony z przekaźnikiem elektromagnetycznym (3), który znajduje się pomiędzy zasilaczem (2) a co najmniej dwoma cewkami (5), w jednym obwodzie zbudowanym z jarzma (4), gdzie cewki (5) stanowiące uzwojenia nawinięte na karkas, zbudowany z tekstolitu, są nałożone na część jarzma (4), zaś w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego znajduje się miejsce na umieszczenie tam równolegle do siebie po przeciwnych stronach głowicy miernika indukcji magnetycznej (6) co najmniej dwóch próbek (8) z materiału substancji magnetoreologicznych, na zewnątrz uzwojeń, to jest poza uzwojeniem.
2. 2. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jarzmo (4) jest jarzmem ferrytowym.
3. 3. Układ według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że co najmniej dwie cewki będące źródłem pola magnetycznego są umieszczone równolegle do siebie.
4. 4. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że dodatkowo zawiera urządzenie rejestrująco-sterujące (1) połączone z programowalnym zasilaczem prądu stałego (2).
5. 5. Układ według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że urządzenie rejestrująco-sterujące (1) stanowi komputer z oprogramowaniem pomiarowo-sterującym.
6. 6. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-5, znamienny tym, że jarzmo wykonane jest z żelaza, kobaltu, niklu, i ich stopów, korzystnie ze stali zawierającej 99,99% Fe.
7. 7. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-6, znamienny tym, że szczelina powietrzna ma regulowaną szerokość.
8. 8. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-7, znamienny tym, że programowalny zasilacz prądu stałego (2) podłączony jest do komputera sterująco-rejestrującego (1).
9. 9. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-8, znamienny tym, że przekaźnik elektromagnetyczny (3) z jednej strony połączony jest z programowalnym zasilaczem prądu stałego (2), a z drugiej z cewkami (5).
10. 10. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-9, znamienny tym, że zawiera drukarkę.
11. 11. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-10, znamienny tym, że każda z cewek (5) zawiera 1450 zwojów.
12. 12. Układ według jednego z zastrzeżeń 1-11, znamienny tym, że zasilacz programowalny prądu stałego (2) pracuje w zakresie 0-5 Amperów (A).