ГОСТ 12636-67

ГОСТ 12636–67 Матеріали магнітно-м'які високочастотні. Методи випробувань у діапазоні частот від 1 до 200 МГц

ГОСТ 12636-67

Група П99*
__________________________________________
* У покажчику «Національні стандарти» 2008 р.
група В89. - Примітка виробника бази даних.

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

МАТЕРІАЛИ МАГНІТНОМ'ЯКІ ВИСОКОЧАСТОТНІ

Методи випробувань у діапазоні частот від 1 до 200 МГц

High frequency magnet malleable materials.
Testing methods at the range from I to 200 mc*

________________
* Текст відповідає оригіналу. - Примітка виробника бази даних.

Дата введення 1969-01-01

ЗАТВЕРДЖЕНИЙ Комітетом стандартів, заходів та вимірювальних приладів при Раді Міністрів СРСР 16/II 1967 р.


Цей стандарт поширюється на високочастотні магнітно-м'які матеріали, що застосовуються в радіоелектроніці: магнітодіелектрики (на основі карбонільного заліза та альсиферів) та ферити, та встановлює методи їх випробувань.

Стандарт не встановлює методів випробувань феритів, що застосовуються в діапазоні НВЧ, та феритів з прямокутною петлею гістерези.

Даним стандартом встановлюються такі методи випробувань магнітно-м'яких матеріалів в діапазоні частот від 1 до 200 МГц, у слабких магнітних полях з напруженістю, що дорівнює або менше 0,1 коерцитивної сили:

мостовий метод;

резонансний метод.

Формули розрахунку наведені у таблиці, а літерні позначення у формулах – у додатку 1.

1. ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ

1.1. Характеристики високочастотних магнітно-м'яких матеріалів

Високочастотні магнітно-м'які матеріали призначені для роботи переважно у слабких полях. При цьому найважливішою характеристикою є комплексна магнітна проникність :

,

де:

- характеризує оборотні процеси;

- характеризує незворотне розсіювання енергії;

- Уявна одиниця.

Насправді користуються величинами початкової магнітної проникності та тангенсу кута магнітних втрат :

.

Початковою магнітною проникністю ( ) називають межу, до якої прагне при зменшенні зовнішнього магнітного поля нанівець.

Стандарт передбачає визначення наступних характеристик магнітно-м'яких матеріалів:

початкової магнітної проникності ;

тангенсу кута магнітних втрат ;

температурного коефіцієнта початкової магнітної проникності ( ), що визначається як відносна зміна початкової магнітної проникності в заданому інтервалі температур:

,

де:

- Величина початкової магнітної проникності при температурі ;

- Величина початкової магнітної проникності при температурі ;

- Температура початку досвіду в ° К;

- Температура кінця досвіду в ° К;

частотної залежності початкової магнітної проникності;

частотної залежності тангенсу кута магнітних втрат;

залежності магнітної проникності від амплітуди зовнішнього високочастотного магнітного поля;

залежність тангенса кута магнітних втрат від амплітуди зовнішнього високочастотного магнітного поля.

1.2. Відбір зразків та підготовка їх до випробувань

Визначення параметрів магнітно-м'яких матеріалів у зазначеному вище діапазоні частот проводять шляхом вимірювання повного опору елемента вимірювальної схеми, що намагнічує. Випробуваний матеріал, поміщений в магнітне поле, вносить певну зміну величин реактивної та активної складових повного опору, яким можна судити про характеристики магнітного матеріалу.

Вимірювання магнітних параметрів проводять на зразках кільцевої форми.

Розміри зразків для випробувань повинні вибиратися так, щоб відношення зовнішнього діаметра до внутрішнього дорівнювало 2 або 2,5, а мінімальний зовнішній діаметр - 15 мм. Оптимальні розміри мають бути: зовнішній діаметр - 22 мм; внутрішній - 11 мм; товщина - 5 мм.

Геометричні розміри: зовнішній і внутрішній діаметри і товщину зразка вимірюють з точністю до третьої цифри, а для розмірів менше 10 мм - з точністю до двох значущих цифр.

Перед випробуваннями зразки магнітно-м'яких матеріалів піддають температурній та магнітній підготовці відповідно до вимог стандартів або технічних умов на даний матеріал.

За наявності нормальних зразків допускається використання відносних методів вимірювання магнітних параметрів магнітно-м'яких матеріалів.

Для перевірки застосовуваної апаратури необхідні нормальні зразки магнітно-м'яких матеріалів, які разом із застосовуваною апаратурою атестуються в організаціях Комітету стандартів, заходів та вимірювальних приладів при Раді Міністрів СРСР. Як нормальні зразки застосовують кільцеві сердечники, що пройшли старіння.

1.3. Випробування проводять при температурі навколишнього повітря 298±10 °К (25±10 °С), відносній вологості не більше 80% та атмосферному тиску 100000±4000 н/м (750±30 мм рт.ст.).

1.4. Апаратура

1.4.1. Для випробувань магнітно-м'яких матеріалів в діапазоні частот від 1 до 100 МГц застосовують наступну апаратуру:

одинарний Т-подібний міст;

подвійний Т-подібний міст;

вимірник повного опору;

вимірник повної провідності;

двоконтурні пермеометри;

одноконтурний пермеаметр;

двоконтурний температурний пермеаметр;

вимірник добротності;

соленоїд;

котушку-датчик з малою кількістю витків;

генератор стандартних сигналів;

частотомір;

вольтметр електронний;

атенюатор;

блок регулювання температур;

самописець;

вимірювальний приймач чи чутливий підсилювач.

Характеристики приладів дано у додатках 2, 3, 4, 5.

1.4.2. Як намагнічуючий пристрій застосовують двоконтурний пермеаметр (на частоті від 1 до 30 Мгц) і одноконтурний пермеаметр (на частоті від 30 до 200 Мгц), що приєднуються до клем вимірювача мостового або резонансного типу.

Двоконтурний пермеаметр — це високочастотний трансформатор, первинна обмотка якого складається з кількох витків, а вторинна обмотка є короткозамкненим витоком-корпусом, в магнітне поле якого поміщають випробуваний зразок.

Одноконтурний пермеаметр являє собою коаксіальний виток, магнітне поле якого поміщають зразок.

1.4.3. Пристрої, зазначені в п. 1.4.2, є допоміжними пристосуваннями, призначеними для роботи з вимірювачами повного опору, повної провідності, добротності.

Вимірник, що застосовується, повинен забезпечувати вимірювання з похибкою не більше ±5% за реактивною складовою і ±10% за активною складовою вимірюваної провідності або опору.

Примітка. При використанні пермеаметра з вимірювачем повних опорів або повної провідності того чи іншого типу необхідно, щоб клемні пристрої пермеаметра та вимірювача відповідали один одному.

1.4.4. Для вимірювання напруженості магнітного поля в місці розташування зразка застосовують такі пристрої:

котушку-датчик;

соленоїд циліндричний одношаровий з відомою площею поперечного перерізу, атестований органами Комітету стандартів, заходів та вимірювальних приладів при Раді Міністрів СРСР.

Зазначені пристрої застосовують разом з наступними серійними приладами: генератором стандартних сигналів, вимірювальним приймачем або вимірювальним підсилювачем, атенюатором і вольтметром (чорт.1).

1 - частотомір; 2 - котушка-датчик; 3 - вимірювальний приймач; 4 - вихідний індикаторний прилад;
5 - генератор стандартних сигналів; 6 - атенюатор; 7 - калібрувальне поле (соленоїд);
8 - випробуване поле; 9 - електронний вольтметр

Чорт.1

1.4.5. Визначення температурної залежності магнітної проникності та кута магнітних втрат роблять за допомогою температурного пермеаметра спеціальної конструкції. Для температурних випробувань застосовують наступну апаратуру:

двоконтурний пермеаметр (чорт.2, додаток 2);

блок регулювання температур, що забезпечує підтримання заданої температури з похибкою не більше ±0,5 ° К;

самописець для запису температури класу точності 0,5;

клапанний пристрій для регулювання негативних температур

1.5. Підготовка апаратури до випробувань

1.5.1. При вимірі мостовим методом необхідно зібрати установку відповідно до блок-схеми (чорт.2).

1 - генератор; 2 - міст; 3 - вимірювальний приймач (підсилювач);
4 - електронний вольтметр; 5 - частотомір

Чорт.2

1.5.2. При вимірюванні резонансним методом із застосуванням двоконтурного та одноконтурного пермеометрів, їх електроди приєднують до клем вимірника добротності.

1.5.3. Вимірювання напруженості магнітного поля повинно проводитись порівнянням із зразковим полем тієї ж частоти. Як джерело зразкового поля може бути взятий соленоїд, включений на вихід генератора стандартних сигналів.

Для вимірювання напруженості магнітного поля збирають установку блок-схеми (чорт.1). Вольтметр застосовують у випадках, коли в генераторі відсутня або має недостатню чутливість індикаторний прилад, вольтметр включають паралельно до входу атенюатора.

1.5.4. При проведенні температурних випробувань до температурного пермеаметру приєднують: блок регулювання температур (до нагрівальної обмотки), водогін (до штуцерів водяної сорочки, що стабілізує), самописець (до виходу термопари).

Для температурних вимірів збирають установку блок-схемою черт.3.

1 - температурний пермеаметр; 2 - блок регулювання температур; 3 - вимірювач добротності;
4 - самописний потенціометр

Чорт.3

1.5.5. Всі прилади включають та готують до роботи згідно з інструкцією з експлуатації.

1.5.6. Правильність складання блок-схем за пп.1.5.1; 1.5.2 та 1.5.4 перевіряють за допомогою нормальних зразків.

Правильність складання установки для вимірювання напруженості магнітного поля (черт.1) перевіряють, поміщаючи 5 разів котушку-датчик в калібрувальне поле і записуючи показання вихідного приладу 4 розкид показань якого при постійному значенні показань приладу 9 не повинен перевищувати його похибки.

2. ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ

2.1. Вимірювання мостовим методом проводять у такому порядку:

а) встановлюють частоту генератора;

б) налаштовують вимірювальний приймач частоту генератора;

в) врівноважують міст відповідно до інструкції з його експлуатації;

г) записують відліки відповідно до пп.1 та 2 таблиці;

д) поміщають випробуваний зразок у спеціальну камеру, збільшують довжину лінії на величину висоти зразка (для подвійного Т-подібного моста);

е) виробляють друге врівноваження моста;

ж) записують відліки при другому врівноважуванні;

з) обчислюють результат за формулами, наведеними у пп.1 та 2 таблиці.

2.2. Вимірювання резонансним методом з використанням двоконтурного пермеаметра проводять у наступному порядку:

а) встановлюють частоту вимірювача добротності відповідно до типу обраного пермеаметра;

б) проводять вимірювання резонансної ємності та добротності пермеаметра з розімкнутою вторинною обмоткою (холостий хід);

в) виробляють вимірювання резонансної ємності та добротності пермеаметра із замкнутою вторинною обмоткою (коротке замикання);

г) виробляють вимірювання резонансної ємності та добротності пермеаметра з випробуваним зразком;

д) записують результати вимірювань за підпунктами б , в , г і проводять обчислення відповідно до розрахункових формул п. 3 таблиці.

2.3. При вимірі резонансним методом із використанням одноконтурного пермеаметру виміру проводять у наступному порядку:

а) визначають резонансну ємність та добротність пермеаметра без випробуваного зразка;

б) визначають резонансну ємність та добротність з випробуваним зразком;

в) записують результати вимірювань та проводять обчислення відповідно до розрахункових формул п. 4 таблиці.

2.4. При вимірі магнітної проникності та кута магнітних втрат мостовим чи резонансним методом необхідно визначити напруженість магнітного поля.

Напруженість магнітного поля визначають у такому порядку:

а) на вхід вимірювального приймача (наприклад, П5-1) включають котушку-датчик. Цю котушку поміщають у досліджуване поле і приймач налаштовують резонанс з частотою цього поля;

б) на частоту досліджуваного поля налаштовують генератор стандартних сигналів, вихід якого включений соленоїд;

в) датчик переносять в соленоїд і регулювання вихідної напруги генератора стандартних сигналів домагаються такого ж, як і при приміщенні датчика в досліджуваному полі, відхилення вихідного приладу приймача;

г) записують результати вимірювань та проводять розрахунки відповідно до пп.3-5 таблиці.

2.5. Для визначення температурної залежності:

а) поміщають зразок у температурну камеру;

б) встановлюють швидкість струму води;

в) налаштовують блок регулювання температур на задану температуру, при досягненні якої роблять двадцятихвилинну витримку, після чого спостерігають показання приладів через кожну хвилину. Температуру вважають, що встановилася, якщо п'ять відліків, взятих поспіль, мають однакову величину;

г) записують результати вимірювань;

д) повторюють операції, наведені в підпунктах а , б , в г для іншої температури і проводять розрахунок відповідно до п. 5 таблиці.

Примітка. Попереднє температурне тренування зразка проводять відповідно до технічних умов на матеріал, з якого він виготовлений.

2.6. Допускається визначення температурної залежності магнітної проникності за допомогою температурного пермеаметра та вимірювального моста.

3. ПІДРАХУНОК РЕЗУЛЬТАТІВ ВИПРОБУВАНЬ

3.1. Обчислення початкової проникності та тангенсу кута магнітних втрат, а також температурного коефіцієнта початкової проникності виробляють за формулами, наведеними в таблиці.

3.2. Для прискорення визначення параметрів випробуваного матеріалу, при вимірюваннях із застосуванням двоконтурного пермеаметра, допускається застосовувати графіки залежності початкової магнітної проникності та тангенсу кута магнітних втрат від виміряних на вимірювачі добротності значень добротності та резонансної ємності, побудовані за формулами, наведеними в п.

На рис.4 наведено графічну залежність одного із зразків на частоті 1 МГц при застосуванні двоконтурного пермеаметра. Аналогічні графіки можуть бути побудовані для інших частот та геометричних розмірів відповідно до формул таблиці.

Чорт.4

3.3. Величину напруженості магнітного поля розраховують за такою формулою:

,

де:

- Напруженість досліджуваного поля (амплітудне значення) в а / м;

- амплітудна напруга, прикладена до соленоїда, в ;

- Частота досліджуваного поля в 1/сек;

- Площа поперечного перерізу соленоїда в м .

Помилка виміру поля визначається похибкою виміру , так як похибка вимірювання за і менше 0,1%.

ДОДАТОК 1. Перелік основних літерних позначень у формулах стандарту

ДОДАТОК 1 до ГОСТ 12636–67

ДОДАТОК 2.

ДОДАТОК 2 до ГОСТ 12636–67

Конструкція розроблених НДІМІП двоконтурних пермеаметрів показана на рис.1. Первинна обмотка пермеаметра нанесена на тороїдальний сердечник 10 з магнітного матеріалу з високою проникністю та малими втратами (первинний сердечник).

Чорт.1

Вторинною обмоткою є суцільний мідний циліндр, що замикається 8 , що охоплює первинну обмотку, і вимірюваний тороїдальний сердечник 4 . Первинний осердя поміщають на дно циліндра; кінці обмотки виводять до наконечників 1 спеціальної конструкції через 2 отвори в дні корпусу. Наконечники кріплять до наявної в нижній частині корпусу фторопластової пластини 11 . Друга фторопластова пластина 9 відокремлює первинний сердечник від вимірюваного. В якості закорочивающего пристрою застосовують кришку 6 з кулачковим затвором 7 щільно притискає мідну пластину 5 контактною поверхнею до циліндра. Екран 3 передбачений для виключення ємнісного зв'язку між сердечниками.

Набір пермеометрів складається з п'яти високочастотних пермеометрів типу ПВЧ, що працюють на фіксованих частотах:

ПВЧ-1 - на частоті 1 МГц;

ПВЧ-2 - на частоті 5 Мгц;

ПВЧ-2 - на частоті 10 МГц;

ПВЧ-2 - на частоті 20 МГц;

ПВЧ-2 - на частоті 30 МГц.

Набір подібних пермеометрів може бути виготовлений на будь-які типорозміри кільцевих сердечників, при цьому для отримання необхідної чутливості і роздільної здатності добротність пермеаметра, замкнутого кришкою (коротке замикання), повинна бути не менше 50 одиниць і відрізнятися від добротності пермеаметра з відкритою кришкою менш ніж удвічі.

Резонансні ємності повинні мати середнє для даного вимірника добротності значення та різниця має бути не менше 10 пф ( - Резонансна ємність в режимі короткого замикання, - Те саме для холостого ходу).

Таких же вимог слід дотримуватися і при конструюванні одноконтурного і температурного пермеометрів.

На рис.2 дана конструкція розробленого НДІМІП двоконтурного пермеаметра для дослідження властивостей феритів в залежності від температури, який на відміну від двоконтурного пермеаметра, показаного на рис.1, має такі додатково вбудовані деталі: в порожнину циліндра поміщена термокамера 1 і приєднувальні кінці проводів від нагрівального елемента виведено на контактну колодку 3 . Для охолодження в водяній сорочці, що стабілізує, 4 і в порожнині центрального стрижня 5 циркулює проточна вода.

Чорт.2

При низькотемпературних випробуваннях застосовують кріокамеру 2 по якій під тиском проходить рідкий азот. У процесі на позитивних температурах азотну камеру замінюють на додаткову водяну сорочку.

На рис.3 зображено одноконтурний пермеаметр, який являє собою коаксіальний виток, зовнішнім провідником якого є трубка-корпус 1 середній стрижень 2 є внутрішнім провідником і виконаний як одне ціле з кришкою - перемичкою 3 .

Чорт.3

ДОДАТОК 3. Апаратура, що застосовується при вимірюванні високочастотного поля

ДОДАТОК 3 до ГОСТ 12636–67

При оцінці напруженості поля на високих частотах виходять із таких припущень: індукція поля, створювана деяким контуром у вакуумі, буде , вона пов'язана з напруженістю поля співвідношенням:

,

де - магнітна постійна.

Значення магнітного потоку ( ) для контуру з самоіндукцією можна записати у вигляді:

, так як ;

звідси

,

де - Площа контуру.

Бо струм створюється за рахунок падіння напруги на контурі, опір якого , то

.

Отримане вираз показує, що напруженість можна оцінити за допомогою приладу, яким вимірюють е.д.с.

.

Якщо в випробуваному і відомому полях напруга, що наводиться в чутливому елементі приладу однаково, то напруженості їх рівні (з точністю до постійних складових). Це дозволяє прийняти для вимірювання високочастотних магнітних полів блок-схему, наведену в п. 1.4.1, рис.1.

Конструкція побудованого НДІМІП вимірювача напруженості високочастотних магнітних полів наведена на рис.4.

1 - корпус; 2 - каркас соленоїда; 3 - обмотка соленоїда; 4 - дроти сполучні;
5 - роз'єми коаксіальні

Чорт.4

У металевому корпусі-екрані поміщений калійований на постійному струмі соленоїд, який подається напруга від генератора стандартних сигналів. На зовнішній стороні корпусу знаходяться гнізда 75-омних роз'ємів, з яких середній призначений для з'єднання соленоїда з генератором стандартних сигналів, один із крайніх - для з'єднання соленоїда з вольтметром, другий - для частотоміра. Вольтметр і частотомір застосовуються, якщо як джерела е.д.с. застосований не генератор стандартних сигналів, а якийсь інший.

До соленоїда надається зонд, виконаний у вигляді котушки з малою кількістю витків, розташованих під кутом 45° до осі (чорт.5). Котушка забезпечена екранованим кабелем, що закінчується штирьовим роз'ємом 75 ом.

1 - котушка-датчик; 2 - трубка; 3 - втулка; 4 - ручка; 5 - кабель 75-омний зі штирьовим роз'ємом

Чорт.5

Перевагою цього методу є його простота, а також фактична відсутність впливу похибки самого вимірювального приладу, оскільки вимірювання проводяться, по суті, нульовим методом, а в розрахункову формулу входить площа поперечного перерізу калібрувального соленоїда, яку можна отримати, атестувавши його на постійному струмі з похибкою не більш ніж ±0,1%.

ДОДАТОК 4. Апаратура, що застосовується для випробувань магнітно-м'яких матеріалів в діапазоні від 1 до 200 МГц, що випускається промисловістю

ДОДАТОК 4 до ГОСТ 12636–67

Крім рекомендованих, для вимірювання можуть бути використані прилади з технічними характеристиками, аналогічними зазначеним або краще за них і повірені в установленому порядку.

ДОДАТОК 5. Пристосування та додаткова апаратура для магнітних випробувань у діапазоні частот від 1 до 200 МГц

ДОДАТОК 5 до ГОСТ 12636–67