> Техника, страница 70 > Пермеаметр

Пермеаметр

Пермеаметр, прибор для исследования магнитных свойств ферромагнитных материалов. Название происходит от английского слова permeability (проницаемость). П. служат для получения кривых намагничения, гл. образом основной кривой намагничения и кривой гистерезисного цикла. Получение кривых намагничения сводится к определению магнитной индукции (смотрите) в испытуемом образце и соответствующей ей напряженности магнитного поля. В зависимости от метода измерения магнитной индукции различают: отрывные П., магнито-электрические и П. для измерения баллистическим методом.

Отрывной П. [⁸, ⁴] по принципу действия основан на соотношении между величиной подъемной силы магнита и магнитной индукции в нем. На фигуре 1 представлен от-

И рывной П. сист. Фишера—

Фигура 1. (“; Гиннена. Испытуемый об-

,—1.1 а⁰ разец Р помещают в намаг ничивающую катушку S. На массивном чугунном основании А укреплено два стальных ножа М, на к-рьгх вращается чугунное коромысло N. По большому плечу коромысла можно передвигать груз

G. Основание и малое плечо коромысла, вместе взятые, носят название ярмаП.; между ними имеется воздушный зазор I в 0,1 лью. Если пропустить ток по намагничивающей катушке, то образец намагнитится и притянет малое плечо коромысла. Магнитный поток замыкается через образец, коромысло, воздушный зазор и основание П. Передвигая груз по балочке вправо от нуля шкалы b, можно найти положение груза G, при котором малое плечо коромысла оторвется от Образца. Зная длину плеч коромысла и массу груза, можно вычислить силу, к-рую необходимо приложить в месте соприкосновения образца и коромысла, чтобы оторвать их друг от друга. Сила тяжения и магнитный поток в образце связаны соотношением:

(В - H)2_Sг _ (В - H)³S ^

F==

8 л8 8ns 8л где Ф—магнитный поток в максвеллах, F— сила тяжения в динах, s—сечение образца в см², В—магнитная индукция в образце в гауссах, Н—сила магнитного поля, создаваемого катушкой, в эрстедах. В данном случае поток <р, тяжение которого преодолевается при отрывании образца, равен разности между полным потоком в образце Bs и потоком Hs, создаваемым намагничивающей катушкой П. Из выражения (1) определяют

В=|/"^- + Я;

Н вычисляют по формуле II =

0,4πΝ I

г где N—

число витков катушки, I—ее длина, I—сила тока в А. Устанавливая разные значения (1) и определяя каждый раз F, получают зависимость В=/(Я). Чтобы не производить каждый раз вычислений силы F, предварительно градуируют П. при помощи грузов о, подвешиваемых на коромысло. Результаты, получаемые при испытаниях на отрывных пермеаметрах, являются очень неточными, и поэтому применение этих пермеаметров возможно лишь для сравнительных ориентировочных испытаний.

Магнито-электрические П. С¹,⁴,⁵] устроены по принципу магнито-электрич. измерительных приборов. Наиболее широко распространен в практике П. сист. Кепселя, схематически изображенный на фигуре 2. Mar-1, нитная цепь состоит из образца Р, массивного железного ярма Т, воздушного промежутка и железного цилиндра Z. В воздушном промежутке помещена рамка S с обмоткой h. С рамкой связана стрелка, перемещающаяся над шкалой с нулем по середине, градуированной на магнитную индукцию в гауссах (максимум 20 000). Для намагничивания образца служит катушка К. Витки D служат для компенсации магнитного потока намагничивающей катушки, когда в П. нет образца. Силу тока I_h в рамке устанавливают в соответствии с сечением образца s_p в см² и поддерживают постоянной во время измерений. Когда образец намагничен, отклонение рамки пропорционально магнитному потоку образца (приближенно), а следовательно и инд>кции в образце и силе тока в рамке. При определении основной кривой намагничения начинают с минимальной силы тока в намагничивающей катушке, постепенно ее увеличивая, и каждый раз отсчитывают индукцию. Дойдя до желаемого максимума, уменьшают постепенно силу тока до нуля, затем переключают направлениетока и снова увеличивают до прежнего максимума. Т. о. снимают гистерезисный цикл. На

пряженность магнитного поля в эрстедах вычисляют по формуле:

где I_m—сила тока в намагничивающей катушке. В П. сист. Кепселя можно испытывать как прямолинейные цилиндрич. образцы, так и прямоугольного сечения, в частности пакеты листового материала. Испытания на П. сист. Кепселя не отличаются большой точностью. Обычно к П. даются поправочные кривые, называемые кривыми магнитного сдвига. Эти кривые показывают, насколько должен быть изменена (с тем или иным знаком) напряженность поля, вычисленная по вышеприведенной формуле для данной измеренной индукции. Кривые магнитного сдвига получают путем сравнительных испытаний образцов более точным методом и на П. сист. Кепселя. Точность измерений на П. сист. Кепселя с поправками для соответствующего материала и размера образца ок. 5% в отношении Н для данной В. Из современных П. того же типа надо отметить II. фирмы Бош [·], последней конструкции 1929 г. Одним из источников ошибок при измерении в II. является наличие ярма и стыков образца с ярмом. На проведение потока через них тратится магнитодвижущая сила, вследствие чего, в частности, измеренная остаточная индукция оказывается меньше истинной. Когда индукция в материале равна остаточной, сила поля внутри образца равна нулю. С достаточным приближением можно считать, что тангенциальная составляющая силы поля в непосредственной близости у образца равна силе поля внутри образца.

В П. сист. Боша, к-рый в основном устроен подобно П. сист. Кепселя, имеется приспособление, позволяющее с большей точностью измерять остаточную индукцию. Для этого применен маленький магнит, который может вращаться вокруг оси, перпендикулярной к плоскости образца. Магнит помещен вблизи образца. Когда напряженность поля не равна нулю, магнит расположится в направлении поля вдоль образца.

Когда же напряженность поля вблизи образца станет равна нулю, магнит уста- ^с навливается перпендикулярно образцу, ^м имея в виду, что П. перед измерениями ориентируется так, что ось образца перпендикулярна к магнитному меридиану.

На фигуре 3 представлена схема П. системы Боша. Обозначения на схеме: М—намагничивающая катушка на ярме, К—намагничивающая катушка на образце,.С—вспомогательные обмотки для компенсации намагничивающего действия ярма. П. системы Боша предназначается главн.· обр. для

испытаний полосовых образцов (длиной 10 см) закаленной стали для постоянных магнитов. Испытание заключается в снятии части гистерезисного цикла между остаточной индукцией и коэрцитивной силой. Вначале образец намагничивают, соединяя обмотки М и К последовательно. Затем обмотку М замыкают накоротко рубильником и при измерениях остается включенной только обмотка К. Индукцию отсчитывают по отклонению стрелки П., напряженность поля вычисляют по силе тока в обмотке К и ее постоянной. П. градуируется при помощи стандартного образца, для которого известны остаточная индукция и коэрцитивная сила. Испытывая такой образец, подбирают силу тока в обмотке рамки и в обмотках С. Для П. системы Боша также необходимо иметь кривые магнитного сдвига для разных материалов и образцов разного сечения.

П. для баллистических измерений ί¹,²,⁴] имеют наиболее широкое распространение в практике магнитных измерений. Простейший тип П., впервые разработанный Гопкинсоном, представлен на фигуре 4.

Испытуемый образец Р в форме круглого цилиндрического стержня или полосы прямоугольного сечения зажимают в ярме Т из литого железа или листовой электротехнич. стали. В просвете ярма помещается катушка К с равномерно распределенной намагничивающей обмоткой (одинаковое число витков на 1 сантиметров длины). Непосредственно на образец или на охватывающую его гильзу навивают в центральной части измерительную обмотку S, присоединяемую во время измерений к баллистическому гальванометру. Баллистич. метод основан на измерении бал-листич. гальванометром магнитного потока в момент его изменения по величине или направлению. Допустим, что снимается основная кривая намагничения. Тогда, установив нек-рую силу тока в намагничивающей обмотке, переключают его направление, и в этот момент наблюдают отклонение а гальванометра. Магнитную индукцию В^ в гауссах вычисляют по ф-ле:

R=——Т [2n₂s ’

где С—постоянная гальванометра в единицах магнитного потока (максвеллах) на одно деление по шкале для данного сопротивления, на к-рое замкнут гальванометр, м₂— число витков измерительной обмотки, s— сечение образца в см^г. Напряженность поля, соответствующая измеренной индукции, вы числяется с практически достаточным приближением по ф-ле:

тт ΟΛπΝΙ

В.=— j эрстедов,

где N—число витков намагничивающей обмотки, I—длина намагничивающей катушки в см, 1—сила тока в А. В виду того что магнитодвижущая сила, создаваемая намагничивающей катушкой, тратится на проведение магнитного потока не только через образец, но также и через ярмо и стыки образца с ярмом, вычисленная по вышеуказанной формуле Н меньше истинной. Кроме того наличие стыков обусловливает рассеяние магнитного потока, и образец намагничивается неравномерно. Основные требования, в связи с этим предъявляемые к П.,—получение однородного намагничения вдоль всей длины образца, находящегося внутри намагничивающей катушки. Это м. б. осуществлено лишь в том случае, если вдоль всего пути магнитного потока на каждом его участке падение магнитного потенциала равно приращению магнитного потенциала за счет внешней магнитодвижущей силы. Из этих условий вытекает, что магнитное сопротивление ярма должен быть минимальным или же ярмо должен быть снабжено намагничивающей обмоткой. То я^е и в отношении стыков образца с ярмом, представляющих наиболее слабое место в конструкциях П.

В более совершенных конструкциях П. на ярмо надевают намагничивающую катушку, а на концах главной намагничивающей катушки вблизи стыков ярма с образцом навивают дополнительные компенсационные обмотки, питаемые током независимо от главной обмотки. На фигуре 5 схематически представлен один из таких П. конструкции Бурровса [^а, ’]. Для испытания необходимо два образца одинаковых размеров и примерно с однородными магнитными свойствами. Образцы Р_г и Р₂ замыкаются ярмами ТТ. На каждом образце навиты измерительные обмотки в центральной части

по 100 витков и на нек-ром расстоянии в обе стороны от центра по 50 витков. Главные и компенсационные намагничивающие обмотки включаются в цепь постоянного тока независимо друг от друга. Обмотки S_L, S₂S₂ соединяют последовательно между собой и навстречу обмоткам ί и я в цепь баллистич. гальванометра. При данной силе тока в обмотках В и Л (соединенных последовательно) в компенсационных обмотках К устанавливают такую силу тока, чтобы при од-

повременном переключении тока в обеих намагничивающих цепях гальванометр не давал бы отклонения. Тогда можно считать, что образцы на протяжении, занимаемом измерительными обмотками, намагничиваются равномерно, и напряженность поля можно вычислить по вышеприведенной ф-ле. Для измерения индукции обмотки t и а соединяют последовательно между собой и гальванометром и обычным методом измеряют индукцию. Измеренная индукция в данном случае является средней для общих образцов. Другой, более точный метод несколько отличается от описанного. Один из образцов является испытуемым, а второй— вспомогательным. Обмотки В и А в этом случае включают в отдельные цепи, все же компенсационные—последовательно между собой. При данной силе тока в обмотке В, в обмотке А устанавливают такую силу тока, чтобы гальванометр, замкнутый на обмотки t и а, включенные между собой навстречу, не давал отклонения при одновременном переключении тока в обеих намагничивающих цепях. Выравнивание потока в испытуемом образце Р, осуществляется, как описано в первом методе. Для измерения индукции с гальванометром соединяют только обмотку <. Главный недостаток этого П. — сложность маниций и необходимость иметь два образца. В смысле же точности получаемых результатов пермеаметр системы Бурровса является одним из лучших и принят в качестве стандартного в Американском бюро стандартов. Изготовляется фирмой Leeds & Northrup Со.

Из современных П. по своей оригинальной идее интересен П. системы Юза [*], изготовляемый фирмой Cambridge Instrument Со., London. Он приспособлен для испытания цилипдрич. и прямоугольного сечения образцов длиной не меньше 115 миллиметров и максимальным сечением 19×19 миллиметров. Возможно также испытание листовых образцов. На фигуре 6 представлен эскиз И. и схема соединений для измерений. Образец Р при помощи вкладышей и винтов зажимают в ярме MN. Намагничивающая обмотка К на образце разбита на три части т. о., что между центральной катушкой и крайними имеются зазоры, в которые может входить, касаясь образца, железная вилка В. На ярмо надета самостоятельная намагничивающая обмотка W. Испытуемая длина образца определяется расстоянием между лезвиями вилки В. Измерительная обмотка навивается на образец на той же длине, что и центральная намагничивающая катушка. При данной силе тока в обмотке К, устанавливают в обмотке W такую силу тока, чтобы гальванометр, присоединенный к измерительной обмотке, не давал отклонения при соприкосновении вилки В с образцом. Тогда можно считать, что на этом участке нет утечки магнитного потока. Далее измеряют индукцию, переключая (при определении основной кривой намагничения) ток одновременно в обеих намагничивающих цепях. Напряженность поля в эрстедах вычисляют по формуле:

rr Ο,ΙπΝΙ

Н- _г,

где I—сила тока в обмотке К, I—длина меж ду вилкой в см. Другие конструкции П. для баллистич. измерений в основном подобны описанным и отличаются лишь деталями конструкции.

К П. также м. б. отнесена д и ф e р е н-циальная установка [^l,²,V°]> изготовляемая фирмой Siemens & Halske и получившая распространение в заводских магнитных лабораториях.

вой намагничения листовой злектротехнич. стали. Сам диференциальный метод основан на сравнении испытуемого образца с нормальным, магнитные свойства которого известны. Установка состоит из двух совершенно идентичных приборов Эпштейна, двух рычажных магазинов сопротивления, баллистич. гальванометра, реостатов для регулирования намагничивающего тока, амперметра и отдельного переключателя. Схема соединений представлена на фигуре 7. Магнитная цепь прибора Эпштейна представляет квадрат из 4 пакетов полос листовой стали. Ширина полосы 3 см, длина 50 см, вес каждого пакета 2,5 килограмм. Пакеты помещают внутрь пустотелых катушек, расположенных также по сторонам квадрата. Обмотки катушек соединены последовательно. В один из приборов Эпштейна помещают нормальный образец N, в другой—испытуемый X. Вторичные обмотки W_nи W_x последовательно с магазинами jR„ и R_xвключают навстречу баллистическому гальванометру. При данной силе намагничивающего тока изменяют R_n и R_x так, чтобы гальванометр не давал отклонения при переключении тока. Тогда

Βχ _ В_х ^

В_п R_n

если сечения образцов одинаковы, В_х и В„—

соответственно индукции испытуемого и нормального образцов. Обычно R„ берут численно равным В_п и регулируют только R_x. Измерения можно производить с практически достаточной точностью при напряженностях поля 25 -У 300 AW/см. Напряженность поля вычисляют по силе тока и постоянной намагничивающей обмотки прибора. Диференциальная установка фирмы Сименс и Гальске имеет большое достоинство в том, что измерения занимают мало времени и яе требуется последующих вычислений.

Лит.: >) & u m 1 i с h E., Leitfaden der magne-tischen Messungen, Brschw., 1918; ) Spooner T., Properties a. Testing of Magnetic Materials, N. Y., 1927; з) МиткевичВ. Ф., Физические основы электротехники, ч. 1, М.—Л., 1928; ⁴) Руководство к лабораторным занятиям по электрич. и магнитным измерениям, под ред. М. ШателенаиН. Пономарева, Л., 1931; ^s) KatliH., Ein neuer Magnetisierungs-Apparat der Firma Siemens & Halske A.-G., «ETZ», B., 1898, p. 411; ^e) Oertel W., Die Priifung von Dauer-magnetstahl, «St. u. E.», 1929, B. 49, 40, p. 1449; ⁷) В u г г о w s C. W., The Determination of the Mag-netic Induction in Straight Bars, «Scientific Papers», Bureau of Standards, Wsh., 1909, 117; ⁸) Hughes E., A Magnetic Bridge for Testing Straight Specimens a. Analysis of the Hysteresis Loop of Cobalt-Chrome Steel, «Physical Review», London, 1925, v. 37, p. 203; ‘) Schreiter K. A., Material priifungsmethoden im Elektromaschinen- u. Apparatehau, Stuttgart, 1915;. Щ Wever F. u. Lange H., Zur technischen Anwen-dung des Differentialeisenpriifers, «Archiv f. Eleetro-technik», B., 1929, B. 22, H. 6, p. 509. E. Шрамнов.

П EPM УТИТЫ, гидратированные алюмосиликаты, получаемые искусственным путем. В природе встречаются очень сходные по составу и свойствам минералы, называемые цеолитами (смотрите). Состав II. может быть выражен общей ф-лой:

i nNa₂0-mAI₂0₃ -pSiO?.

где η : m : p=l : 1 : (2-P10). п. приписывают строение, к-рое показывает, что щелочной металл связан с алюминием, например:

НО_ч /ОН

НО. HO^Si-O—Sif ОН .ОН >А1-0 0—А1<

NaO^{7 x}ONa

Как цеолиты, так и II. обладают способностью легко обменивать входящий в их состав натрий на другой металл. Если например натриевый П. обработать раствором соли калия, то натрий переходит в раствор, а калий замещает натрий в П. Реакция такого обмена м. б. выражена ур-ием:

Na₂0· Al₂03-2Si0₂+2KCl7±K₂0 Al₂0₃-2Si0₂+2 NaCl. Эта реакция обратима: калиевый П. при действии на него избытка хлористого натрия переходит обратно в натриевый П., отдавая при этом калий в раствор. Было показано, что к этой реакции применим закон действующих масс.

П. готовят двумя путями: либо сплавлением исходных материалов при температуре ок. 1 000° либо осаждением из растворов. По первому способу сплавляют в печах, аналогичных применяющимся для получения стекла, каолин с кварцем и содой в различных соотношениях. Вместо каолина берут также полевой шпат. Полученную стеклообразную массу измельчают и обрабатывают водой. Примером получения П. осаждением из раствора может служить следующий рецепт: приготовляют раствор 2 500 г сернокислого натрия в 50 л воды, прибавляют 844 см³ раствора алюмината натрия, содержащего 44 з алюминия; при помешивании приливают 315 г раствора кремнекислого натрия, содержащего 79 з Si0₂ плотностью 45° Вё. Полученный осадок промывают водой и отжимают на фильтрпрессах; массу сушат и измельчают. Вместо алюмината натрия можно применять также и сернокислый алюминий, например смешивают: 25 килограмм A1₂(S0₄)₃· 18 Н_гО с

31,5 к? раствора соды 45° Вё и 26,25 килограмм растворимого стекла 40° Вё, содержащего 25% Si0₂. Смесь нагревают и сушат. Хорошие П. получают также обработкой к-тами некоторых горных пород. П., полученные оса ждением, в общем стоят выше полученных путем сплавления.

П. применяют гл. обр. для понижения жесткости воды, например для паровых котлов, для чего жесткую воду пропускают через слой П. При этом содержащиеся в воде соли кальция и магния обмениваются своими металлами с натрием П. и т. о. удаляются из раствора. Процесс м. б. выражен ур-иями: Na₂0-Al₂0₃-2 Si0₂ + Са(НС0₃)₂ =

= СаО Α1₂0₃·2 Si0₂ + 2 NaHC0₃,

Na₂0·Α1₂0₃·2 Si0₂ -t- MgS0₄ — MgO *Al₂0₃*2,Si0₄ Ί-+ Na₂S0₄.

Когда II. настолько насыщен кальцием и магнием, что перестает понижать жесткость воды, его регенерируют. С этой целью использованный-II. промывают 8—10%-ным раствором поваренной соли, чем достигается замена кальция и магния натрием, после чего П. снова годен к употреблению. Подобную регенерацию можно повторять практически неограниченное число раз. Количество хлористого натрия, необходимое для регенерации П., обычно в 6—8 раз больше эквивалента поглощенных кальция и магния. Подробнее об очищении воды П. см. Вода (очищение воды в технике и промышленности).

П. могут служить также для удаления из воды железа и марганца, что важно например в писчебумажном, красильном и других производствах. Для этого на П. наносят перекись марганца, которая, окисляя растворенные соли железа и марганца, переводит их в нерастворимое состояние. Для регенерации восстановленной перекиси марганца через П. пропускают раствор марганцевокислого калия. П., содержащий перекись марганца, был также предложен для дезинфекции воды. Было предложено применять II. и для других целей, например для извлечения калия из сахарных соков и в качестве носителя (подкладки) для катализаторов. В последнем случае соль металла, который желательно ввести, фильтруют через Л., чем замещают натрий на желаемый металл. Так например, П. с кобальтом служит прекрасным катализатором для получения кислорода из белильной извести. Были попытки применять содержащие хром II. в качестве катализаторов для фиксации азота.

П. готовятся многими фирмами в Европе и Америке и выпускаются в продажу под разными названиями, например: «Ле пермо», «Рафинит», «Дусиль» и др.

Лит.; Singer F., Ober kiinstliche Zeolithe u. ihren konstitutionellen Zusammenhang mit anderen Silikaten, B., 1910, Brach J. u. Hausdorf G., Die Reinigung des Kesselwassers, B., 1909; Weiss, Das Mangan irn Grundwasser und seine Beseitigung, Der stadtische Tiefbau, 1910; Z о c h J., tlber den Basenaustausch krystallisierter Zeolithe gegen neutrale Salzlosungen, Berlin, 1915; Dienert E., Epuration des eaux par les hchangeurs de bases, «Chimie et Industrie», P., 1929, 22, p. 249. Б. Бруно.