Измерение времени перемагничивания сердечников в магнитных элементах цифровой техники - Крупский А.А.

Author: Крупский А.А.

Tags: электротехника электромагнетизм

Year: 1971

Similar

Теоретическая электротехника

Электрические машины

Электрические измерения. Средства и методы измерений

Лабораторные работы по релейной защите и автоматике

Text

БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 427
А. А. КРУПСКИЙ
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
СЕРДЕЧНИКОВ
В МАГНИТНЫХ
ЭЛЕМЕНТАХ ЦИФРОВОЙ
ТЕХНИКИ
«энергия»
МОСКВА 1971

К 84
6П2.12
УДК 621.317.4.681.32
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, А. А. Воронов,
Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, О. В. Слежановский,
Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов
Крупский А. А.
К 84 Измерение времени перемагничивания сердечни-
ков в магнитных элементах цифровой техники. М.,
«Энергия», 1971.
56 с. с илл. (Б-ка по автоматике. Вып. 427).
Исследование методов измерения времени перемагничивания кон-
кретизировано для случая перемагничивания сердечников с ПИГ. Рас-
смотрено измерение основных временных параметров: времени необра-
тимого перемагничивания, времени достижения максимума выходного
сигнала, времени обратимого перемагничивания. Проведено сравнение
различных методов измерения и сформулированы рекомендации по их
использованию. Результаты расчета в числовых примерах хорошо со-
гласуются с экспериментом.
Работа рассчитана на инженеров и научных работников в области
цифровой электромагнитной техники, а также на студентов старших
курсов вузов.
3-3-13
252-70
6П2.12

ПРЕДИСЛОВИЕ
Интенсивные разработки и внедрение в 1950—1960 гг. новых
электрических и электромагнитных элементов, особенно цифровых,
обусловили необходимость, специфических электроизмерений. Ино-
гда специфика может сводиться к тому, что измеряемые величины
лежат в диапазоне, для которого непригодны известные методы
измерений. Например, для элементов на миниатюрных ферритовых
сердечниках приходится измерять величины магнитного потока Ф
или его перепада порядка 10~8 вб\ для элементов на тонких маг-
нитных пленках — порядка 10~10 вб («классические» методы измере-
ния магнитного потока обеспечивают приборную чувствительность
порядка Ю-6 вб). В этих случаях требуется создание новой тех-
ники измерений. В других случаях ставится не только вопрос,
как измерять, но и что измерять, и соответственно требуется раз-
работка новой методики измерений. К таким случаям отно-
сятся измерения длительности переходных процессов при переклю-
чении цифровых элементов из одного устойчивого состояния в дру-
гое. В частности, определенные трудности представляют измерения
длительности переходных процессов в магнитных элементах цифро-
вой техники.
В настоящей работе рассмотрены основные вопросы, связанные
с измерениями длительности переходных процессов в цифровых маг-
нитных элементах. Рассмотрение носит общий характер и справед-
ливо для магнитных элементов любого типа: на ферритовых сер-
дечниках простой и сложной конфигурации, на тонкопленочных
сердечниках (обычно называемых просто «тонкими пленками»), на
сердечниках из металлической ленты. Рассмотрение применимо
также к измерениям времени переключения цифровых элементов,
сходных с магнитными (например, ферроэлектрических элементов).
В целях конкретизации исследуется наиболее важный и рас-
пространенный частный случай — измерение времени импульсного
перемагничивания сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса
(ППГ).
Автор выражает свою признательность инж. Б. Н. Сухих, ока-
завшему помощь в расчетах по настоящей работе, инж. А. А. Лузи-
ну, отладившему экспериментальную установку для измерения вре-
мени перемагничивания, а также редактору канд. техн. наук
А. Ф. Иоффе, чьи ценные замечания послужили основой для дора-
ботки рукописи.
Автор
3

Глава первая
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Под длительностью переходного процесса в магнитных элемен-
тах обычно понимают время перемагничивания его сердечника.
Длительность электрических переходных процессов в обмотках от-
дельно взятого элемента пренебрежимо мала по сравнению с вре-
менем перемагничивания. Поэтому электрические переходные про-
цессы рассматривают не применительно к отдельным элементам,
а применительно к линиям, объединяющим большое количество эле-
ментов,— например, координатным линиям накопителей запоминаю-
щих устройств (ЗУ).
Величины, характеризующие длительность переходных процес-
сов в типовых режимах перемагничивания, входят в технические
условия и справочные сведения на все типы магнитных сердечников
с ППГ. Временем перемагничивания определяется важнейший спра-
вочный параметр — коэффициент переключения Sw, по которому
сравнивается быстродействие различных магнитных материалов и
типов сердечников. Наконец, знание зависимостей времени перемаг-
ничивания от режимов перемагничивания (например, от амплитуды
Нт импульса напряженности магнитного поля Я) является необхо-
димым условием грамотного конструирования элементов и устройств.
Правильный выбор методики и техники измерения времени
перемагничивания должен определяться требуемой точностью изме-
рения и допустимой сложностью аппаратуры, а также целью изме-
рения. Следует различать: а) лабораторные измерения, в первую
очередь — прецизионные, и б) массовые измерения, требующие ма-
ксимально простых методики и аппаратуры (например, при произ-
водственном контроле). Немаловажную роль, особенно при массо-
вых измерениях, играют удобство пользования методикой и ее на-
глядность.
С точки зрения цели различаются:
а) измерения собственно времени перемагничивания как вели-
чины, безотносительно характеризующей сердечник (того или иного
типоразмера, изготовленный из магнитного материала той или иной
марки); в этом случае следует обеспечить условия, при которых
результаты измерений не зависели бы от конкретной измерительной
аппаратуры, либо учитывать такую зависимость путем введения
поправок в результаты;
б) измерения времени перемагничивания сердечников конкрет-
ного магнитного элемента в устройстве, — например, сердечников
запоминающих элементов в ЗУ той или иной модификации; мето-
4

Дика и аппаратура измерений при этом должны отражать специфи-
ку устройства и рабочих режимов его элементов.
При исследовании динамики перемагничивания или при кон-
струировании элементов и устройств на магнитных сердечниках
могут представлять интерес существенно различные временные па-
раметры т.
1. Время необратимого перемагничивания
Под временем необрнимого перемагничивания тн будем пони-
мать время практического завершения переходного процесса в сер-
дечнике. Вообще время перемагничива-
ния сердечника в состояние магнитного ii_
потока Фт, определяемое амплитудой х
импульса поля Нт и статической зави-
симостью Ф(#), стремится к бесконеч-
ности; скорость изменения потока dO/dt
по мере приближения к этому состоя-
нию стремится к нулю.
Можно только оценивать именно
время практического перемагничивания—
достижения некоторого состояния Ф^,
отличающегося от Фт на величину,
пренебрежимо малую по сравнению с
полным перепадом индукции при пере- нгр
магничивании. Состояние Ф^ -(или раз- рис { Временнйе ха_
ность Фт—Фт ) задается условно и рактеристики перемагни-
является одним из основных критериев, чивания.
по которому методы измерения тн отли-
чаются друг от друга.
Зависимости хи(Н) для сердечников с ППГ исследовались мно-
гими авторами; типичная зависимость ilxu(Hm) показана на рис. 1.
2. Время обратимого перемагничивания
Время обратимого перемагничивания т0 — максимальное время,
в течение которого действие импульса Н еще не вызывает необра-
тимых процессов в сердечнике (или эти процессы не превышают за-
данного ограниченного уровня) и исходное магнитное состояние
сердечника по окончании импульса восстанавливается полностью или
в заданной степени. Направление импульса Н таково, что при его
длительности Г>т0 имеет место необратимое перемагничивание.
Меньшим значениям т0 соответствуют при прочих равных условиях
большие амплитуды #w, и наоборот. Типичная зависимость
1/т0(#т) для сердечников с ППГ близка к прямой, пересекающей
ось абсцисс в некоторой точке Ятр, и также показана на рис. 1.
3. Время достижения максимума сигнала
В некоторых случаях представляет интерес параметр тм — вре-
мя достижения максимума сигнала э. д. с при перемагничивании.
Этому параметру близок другой — время достижения потоком поло-
вины его полного перепада. Некоторые исследователи условно опре-
2—1197 5

деляют тн по измеренному тм как тн=2тм. Характер зависимости
1/тм(Ят), как видно на рис. 1, в общем сходен с зависимостью
1/*н(Ят).
4. Погрешность измерения времени перемагничивания
Любой процесс импульсного перемагничивания сердечника обу-
словлен в конечном счете суммарной н. а в его обмотках Iw и со-
ответственно возникающим импульсом напряженности поля Я. На
рис. 2,а показан импульс H(Iw) наиболее распространенной трапе-
цеидальной формы. На рис. 2,6 и в в том же масштабе времени t
показаны кривые изменения маг-
нитного потока Ф (магнитной ин-
дукции В) и индуцируемой на
обмотке э. д. с. ЩйФ/dt, dB/dt).
\Iqih 1 * t Кривые Я(г) и U(t) могут непо-
Т\ т ' «~ средственно наблюдаться на ос-
\ i л1 циллоскопе, для получения кри-
вой Ф(/) необходимое устрой-
ство, интегрирующее импульс
U(t).
Начало и конец промежутков
времени тн и тм могут отсчиты-
ваться по этим трем кривым поч-
ти в любой комбинации (напри-
мер, начало—по кривой H(t),
конец— по кривой Ф(/) или U(t)
и т. п.) *. Именно по определению
начала и конца промежутка вре-
• j/- v | мени методы измерения тн и тм
\)f0,1 Um ■ ♦ t различаются между собой, и число
гп т£ ~ | методов может быть не меньше
HL rli _J числа возможных комбинаций. Для
тн, учитывая отмеченную выше
условность определения конца
промежутка, число методов может
быть даже больше. Только в кни-
ге А. Ф. Иоффе и Е. Н. Филинова
(Л. '1] описано пять методов из-
мерения тн. Для То разнообразие
методов не столь велико.
При таком определении понятия «метод измерения» очевидно,
что каждым методом измеряется своя величина т, принципиально
отличная от других методов, и корреляция между этими величина-
ми затруднена **. Поэтому бессмысленно говорить о погрешности
Рис. 2. Кривые переходного
процесса при перемагничива-
нии.
* Строго говоря, процесс перемагничивания начинается с момента подачи
импульса Н, хотя, как видно на рис. 2, начало Т для некоторых методов
отсчитывается существенно позже. Промежуток от момента подачи импуль-
са Я до начала отсчета т можно в этих случаях рассматривать как задержку
перемагничивания.
** На рис. 2 и далее в тексте величины, замеренные разными методами, со-
I II III I
провождаются индексами — латинскими цифрами, например, тн, тн , ^н или тм ,
Индексы соответствуют порядку рассмотрения этих методов в настоящей ра-
боте.
6

измерения т одним методом относительно другого метода. Следует
рассматривать погрешность измерения только для каждого метода
в отдельности и принимать за эту погрешность отклонение того или
иного знака измеренной величины т от некоторой средней величины
при номинально неизменных режимах перемагничивания.
Сравнение методов и выбор наиболее подходящего из них для
того или иного применения по имеющимся в настоящее время
в литературе данным затруднены. В большинстве публикаций отсут-
ствуют анализ и расчет точности рассматриваемых методов. Описа-
ние, как правило, ведется применительно к конкретной аппаратуре,
зачастую уникальной. Если известно, например, что метод X при
использовании прецизионных измерительных приборов обеспечивает
более высокую точность, чем метод У на грубой измерительной
установке, это еще не позволяет произвести сравнительную оценку
по точности в пользу метода X. Иногда в качестве достоинств ме-
тода ошибочно рассматриваются аппаратурные усовершенствования
измерительной установки (возможности автоматизации измерений,
регистрации их результатов и т. п.).
Необходимо упомянуть также об относительных измерениях
временных параметров, например, в сравнении с эталонным сер-
дечником. Такие измерения обычно более удобны, чем абсолютные,
и широко используются при массовом контроле магнитных сердеч-
ников. Однако, как следует из сказанного выше, самостоятельного
методического значения относительные измерения не имеют. Их
погрешность складывается из погрешности соответствующего абсо-
лютного метода измерения (при замере временного параметра эта-
лона) и погрешности сравнения.
В настоящей работе будет сделана попытка сравнить различные
методы по одному из наиболее важных критериев — погрешности
измерения при заданных технических характеристиках измеритель-
ной установки; в расчетах будут использованы характеристики,
обеспечиваемые, как правило, серийной отечественной аппаратурой.
Поскольку общая погрешность определяется целым рядом состав-
ляющих, рассмотрим а) максимальную и б) среднеквадратичную
погрешности. Из-за громоздкости формул будут приведены полные
выражения только для максимальной погрешности.
Расчет погрешностей носит чисто сравнительный характер, по-
этому исключим из рассмотрения те составляющие общей погрешно-
сти, которые имеют одинаковую величину для всех методов измере-
ния. При необходимости эти составляющие должны быть введены
в соответствующие формулы общей погрешности. В остальном фор-
мулы имеют общий характер и позволяют рассчитать погрешность
в любом режиме перемагничивания (в границах применимости того
или иного метода).
Глава вторая
РЕЖИМЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
Для замера времени перемагничивания необходимо прежде все-
го обеспечить процесс перемагничивания в требуемом режиме. Это
достигается подачей в токовые обмотки определенной последова-
тельности (программы) импульсов тока. Тот импульс тока, при
2* 7

пёремагничивании которым замеряется время т, обычно называют
импульсом считывания (/Сч); он индуцирует на обмотках сигнал
э. д. с. иСч. Остальные импульсы тока служат для установки сер-
дечника в исходное магнитное состояние.
5. Программы импульсов
В простейшем режиме перед каждым импульсом считывания по-
дается один импульс противоположной полярности — импульс за-
писи /зап. При этом импульс считывания индуцирует на выходной
обмотке сигнал Исч (/, рис. 3). Временные параметры, характеризую-
щие этот сигнал, будем сопровождать
индексом I (например, тнь тмь t0i).
Если импульс записи имеет ту же
полярность, что и /сч, происходит
считывание сигнала йСч «нуля» ((0,
рис. 4). Для обозначения соответ-
ствующих временных параметров ис-
пользуем индекс 0.
Иногда между импульсами запи-
си и считывания подаются один или
несколько импульсов /р, частично
разрушающих магнитное состояние,
установленное током записи. Этим
имитируются условия работы сердеч-
ников, например, в запоминающих
устройствах. В зависимости от соот-
ношения полярностей импульсов /Зап
и /Сч могут считыватъся сигналы
«разрушенной единицы» (pi, рис. 5)
или «разрушенного нуля» . (рО, рис. 6).
Для обозначения временных пара-
метров этих сигналов используем со-
ответственно индексы pi (например,
tMpi) и рО '(например, тНро). Импуль-
сы частичного разрушения могут
быть однополярными (см. рис. 5,а,
б и 6,а, б) и разнополярными (см.
рис. 5,в, г и б,в, г).
Кроме сравнительно простых по-
следовательностей импульсов, за-
дающих режим перемагничивания,
которые показаны на рис. 3-6,
возможны более сложные: комбинации двух или нескольких про-
стых последовательностей, позволяющие считывать сигналы различ-
ных наименований; подача той или иной последовательности при
изменяющихся амплитуде и (или) длительности импульсов и т. д.
Из всех возможных временных параметров перечисленных выше
сигналов (1, pi, 0, рО) практическое значение при расчете магнит-
ных элементов и устройств имеют следующие:
для сигнала 1 — время необратимого перемагничивания тнь вре-
мя достижения максимума тмь время обратимых процессов T0f,
для сигнала pi—те же параметры (тНрь Тмрь Topi);
Рис. 3. Программа импуль-
сов при считывании «еди-
ницы».
а — импульсы тока; б— импуль-
сы э. д. с.
б)
Рис. 4. Программы импуль-
сов при считывании «нуля».
а — импульсы тока; б — импуль-
сы э. д. с.
8

Рис. 5. Программы импульсов
при считывании «разрушенной
единицы».
а, в — импульсы тока; б, г — импуль-
сы э. д. с.
для сигналов 0 и рО — вре-
мя Тно или тНро, определяю-
щее, как правило, длительность
э. д. с. помехи. Наименование
Тно, разумеется, условно (мы
считаем, что необратимые про-
цессы при считывании нуля от-
сутствуют) и вводится по ана-
логии с тн для остальных сиг-
налов.
В дальнейшем, говоря об
измерении времени перемагни-
чивания при считывании того
или иного сигнала, будем
предполагать, что необходимая
последовательность импульсов
тока установки в исходное
магнитное состояние сформи-
рована.
|При снятии характеристик
1/т(#т) используются два ос-
новных способа установки сер-
дечника в исходное магнитное
состояние:
а) амплитуда импульса
/зап !(и импульсов /р, если они
имеются в программе) поддер-
живается постоянной и доста-
точной для установки каждый
раз в одно и то же состояние,
а амплитуда импульса /сч ме-
няется от минимального значе-
ния /сч.мин до максимального
^сч-макс!
б) амплитуды импульсов
/сч и /Зап поддерживаются
одинаковыми и меняются в
указанных выше пределах.
Вид характеристик \/х(Нт)
качественно одинаков для обо-
их способов установки. Однако
при установке по первому способу характеристики в области ма-
лых и средних токов 1Сч идут существенно ниже (время пере-
магничивания больше), чем при установке по второму способу.
6. Расчетные соотношения
В расчете погрешностей измерения временных параметров
будем полагать, что форма кривых Ф(/)> U(t) и dU/dt отвечает
уравнениям динамики перемагничивания, рассмотренным Ю. М. Ша-
маевым и А. И. Пироговым [Л. 2] для случая перемагничивания от
источника импульсов тока:
Рис. 6. Программы импульсов при
считывании «разрушенного нуля».
а, в — импульсы тока; б, г —импуль-
сы Э; Д. С.
Ф (0 = wSBm th (jjfc QK - Arth -grj-)
(О

dt
(2)
(3)
U (0 = wSrm [ 1 - th* Q, -Atth J^)]
При прямоугольной форме импульса тока
ф (0 =wSBm th [-дЧ(ят -H„)t- Arth -J^-]; (1')
U (0 = wSrm |l - th2 [-Jr- (Ят -H0)t- Arth -J^j } (Ят - Я0);
(2')
dU(t)_ 2tt,Sf"th ~ Щ) *- Arthfe1<//--//°)2
Л В ch* [-^"(Ят - Я0) Arth -J^-]
(3')
Некоторые отклонения действительной формы кривых от рас-
четной, которые делают затруднительной абсолютную оценку по-
грешности измерения для того или иного метода в отдельности, не
мешают сравнительной оценке различных методов при прочих рав-
ных условиях.
В последующих главах будут проведены расчеты погрешности
некоторых известных методов измерения времени перемагничивания.
При подстановке числовых величин составляющих погрешности
используются значения, наиболее типичные для серийной отечествен-
ной аппаратуры. Одновременно будут рассмотрены специфика и
границы применения различных методов.
В числовых примерах этой и последующих глав рассматривают-
ся два случая считывания сигнала 1:
1. Ферритовый сердечник марки 2 ВТ (ВТ-7) размерами
1,0X0,7X0,35 мм* при амплитуде токов 1т Зап=/т Сч=600 ма
(#т=225 а/м). Такие сердечники приблизительно в этом режиме
перемагничивания широко используются в отечественных ЗУ с вы-
боркой по совпадению шолутоков.
2. Ферритовьгй сердечник марки 1,3 ВТ (ВТ-1) размерами
1,0X0,7x0,35 мм* при амплитуде токов /тзап = 600 ма% /т сч =
='800 ма (Нт сч = 300 а/м). Эта марка сердечников и этот режим
перемагничивания характерны для ЗУ с прямой выборкой («ва-
риант Z»).
* Цифры относятся соответственно к наружному и внутреннему диаметрам
и высоте сердечника.
10

Глава третья
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
При измерении времени перемагничивания в состав установки
должна входить аппаратура двух основных категорий:
а) генераторы и формирователи импульсов тока перемагничи-
вания;
б) аппаратура для наблюдения процесса перемагничивания —
усилители сигналов, осциллоскопы, интегрирующие устройства
и т. п.
Соответственно многочисленные составляющие общей погреш-
ности измерения также могут быть разделены на две категории:
а) составляющие, связанные с формированием импульсов тока
перемагничивания, — погрешности формирования;
б) составляющие, связанные с наблюдениями в процессе изме-
рения, — погрешности наблюдения.
Обозначим различные составляющие погрешности строчными
буквами греческого алфавита. Общая погрешность Дт измерения
времени перемагничивания т является функцией этих погрешностей:
At = F(«, p,Y...) (4)
(для некоторых методов те или иные погрешности могут не вхо-
дить в выражение функции). Можно выразить максимальную по-
грешность^
[Аймаке = Ь\ + Дтр + Атт + . . . (5)
и среднеквадратичную погрешность
М = 1Лт2а + Дт2 + Дтт2 + ..., (6)
где слагаемые Ах
A*p = f(P); I (7)
Ахт = f (y) и т. д. J
Естественно, что в конкретных случаях те или иные слагаемые
At могут быть тождественно равны нулю.
7. Погрешности формирования
(Погрешности формирования импульсов тока обусловлены:
неточностью установки и недостаточной стабильностью формы
и амплитуды импульса;
изменениями частоты следования и температуры окружающей
среды;
конечной и переменной величиной выходного сопротивления и
выходной емкости генератора;
неточностью установки и недостаточной стабильностью дли-
тельности импульса;
11

недостаточно точной фиксацией яереднего фронта импульса от-
носительно заданного момента отсчета (например, относительно
импульса, запускающего генератор).
Первые три вида погрешностей формирования практически оди-
наково влияют на общую погрешность измерения всех методов.
Здесь будет лишь сформулирован ряд соображений относительно
этих погрешностей и возможностей их минимизации, которые
в своем большинстве приводились в ранее опубликованных работах
_^ы/члы (Л. 2—5]. Вклад последних двух ви-
~""™к дов погрешностей в общую погреш-
ность измерений т для отдельных
методов весьма существен, и этот
вопрос будет рассмотрен более по-
дробно.
а) Форма и амплитуда импуль-
сов тока. Четкое задание параметров
импульсов тока представляет собой
сложную проблему. Как правило, им-
пульсы имеют «прямоугольную» или
«трапецеидальную» форму, и важ-
нейшими параметрами, которые под-
о ; г з 4 аЛм лежат определению, являются пара-
метры переднего фронта и «плоской»
Рис. 7. Характеристика вершины. Некоторые системы пара-
1/тн(Ят) сердечника 2 ВТ метризации трапецеидальных импуль-
1,0X0,7X0,35 мм приГп.ф= сов, применяемые в СССР и за ру-
= const. Гп.фi=0,05 мксек\ бежом, были описаны в (Л. 6].
7"п.ф2=0,1 мксек; 7п.фз = При изменении собственно
= 0,15 мксек. времени 'перемагничивания сердеч-
ника необходимо использовать им-
пульсы тока с хорошо сформиро-
ванной плоской вершиной (отклонения от идеально плоской верши-
ны не должны превышать 1—3% амплитуды импульса) и крутым
передним фронтом. В большинстве нормалей и стандартов рекомен-
дуется выбирать длительность переднего фронта Т^.ф^ОЛ—0,2тн.
При этом, если измерения времени перемагничивания проводятся
в различных точках характеристики перемагничивания, то под тп
следует понимать его минимальное значение (при максимальном
Ят). На рис. 7 показано типичное искажение характеристики
1/тн (Ят), наблюдаемое, если при Гп.ф—const указанное соотноше-
ние не выдерживается; по мере уменьшения тл все большая часть
процессов перемагничивания происходит на переднем фронте импуль-
са тока до достижения его амплитудного значения, поэтому зави-
симость 1/тн (Ят) ослабевает. Возможная нестабильность длитель-
ности переднего фронта также должна быть мала (ДГп.ф<Тп.ф);
чем меньше величина 7п.ф относительно тн, тем меньшее влия-
ние оказывает ее нестабильность АТп.ф на погрешность измере-
ния.
Учет приведенных выше соображений обычно позволяет прене-
бречь той составляющей общей погрешности Ат, которая обуслов-
лена формой импульса тока.
При измерении времени перемагничивания сердечника конкрет-
ного элемента чаще всего желательно перемагничиваниё от форми-
рователей импульсов, используемых в устройстве в их номинальных
режимах. Форма импульсов может существенно отличаться от пря-
12

моугольной и трапецеидальной, и их параметризация становится
еще более сложной проблемой.
Говоря об амплитуде импульсов тока, следует отметить, что
существующие генераторы импульсов обеспечивают точность кали-
бровки и стабилизации амплитуды порядка нескольких процентов
(на точность калибровки непосредственно влияют искажения формы
плоской вершины импульса). Особенно велика составляющая общей
погрешности Дт, обусловленная неточной калибровкой амплитуды
импульса тока и искажениями его плоской вершины, в режимах
медленного перемагничивания — в полях Ят, близких к коэрцитив-
ной силе исследуемого ферромагнетика Яс. Поэтому в некоторых
работах [Л. 4, 5, 12] предлагается использовать для перемагничива-
ния в таких режимах вместо импульсов постоянный ток, что позво-
ляет свести погрешность калибровки амплитуды к погрешности
стрелочных измерительных приборов постоянного тока.
б) Частота следования импульсов тока. Температура окружаю-
щей среды. Как правило, должно соблюдаться требование l/tH>fc4,
где /сч— частота следования импульсов тока считывания; в режи-
мах медленного перемагничивания (Ят«Яс) это требование может
приводить к частотам следования порядка единиц или десятков
герц. В режимах более быстрого перемагничивания накладывается
дополнительное ограничение на частоту f04\ при перемагничивании
не должно возникать заметных тепловых эффектов, приводящих
к повышению температуры исследуемого сердечника относительно
окружающей среды. В большинстве случаев устанавливается
/сч^Ю—20 кгц. Если используются сложные программы импульсов
тока (см. гл. 2) с многократным перемагничиванием перед считы-
ванием, целесообразно выбирать /сч еще ниже — порядка '1—5 кгц.
Частоту /сч при измерении перемагничивания сердечника кон-
кретного элемента обычно выбирают, исходя из специфики его ра-
боты, без учета приведенных выше ограничений. Например, измере-
ние может проводиться на максимальной частоте перемагничивания,
допустимой в устройстве. Указанные ограничения, как правило, не-
существенны также при измерениях времени обратимого перемагни-
чивания т0.
В различных стандартах и нормалях обычно предусматривается
замер времени перемагничивания при комнатной температуре +20° С
(кроме случаев, когда исследуются сердечники конкретных элемен-
тов и эти элементы работают с термостатированием). Составляющей
At, которая обусловлена изменениями температуры, можно прене-
бречь, если колебания температуры не превышают:
для ферритовых сердечников обычного (магний-марганцевого)
состава — ±1° С;
для термостабильных (например, литиевых) ферритовых, а так-
же для металлических сердечников — ±2° С.
в) Выходное сопротивление и выходная емкость генератора.
В большинстве практических случаев выходное сопротивление гене-
ратора Дъых более 2—3 ком и выходная емкость СВых менее 50—
70 пф не вносят заметного увеличения общей погрешности At.
В [Л. 6] приведены технические характеристики формирователей
импульсов тока некоторых фирм США. Типичным значением /?Вых
является 5 ком, СВЫх обычно не превышает 25—50 пф. Серийных
отечественных генераторов, предназначенных специально для фор-
мирования прямоугольных импульсов тока, не выпускается. Могут
быть использованы генераторы прямоугольных импульсов напряже-
3—1197 13

ния (26-И, Г5-8, Г5-15, Г5-11), к выходу которых последовательно
подключается балластное сопротивление кб максимально возможной
величины (обычно 20—200 ом). Схема включения генератора им-
пульсов ГИ с конечным выходным сопротивлением показана на
рис. 8. Достаточно ли велико суммарное выходное сопротивление и
достаточно ли мала выходная емкость, может быть проверено по
следующему признаку: амплитудные значения импульса на кон-
C=,100-T-il ООО пф. При проверке корректирующая цепочка закора-
чивается одновременно с обмоткой
Применительно к конкретному магнитному элементу величины
выходного сопротивления и выходной емкости генератора должны
соответствовать режиму работы элемента в устройстве. Изменение
этих величин при измерении т нежелательно.
г) Длительность импульсов тока. В ряде методов измерения т
длительность импульсов церемагничивающего тока существенно пре-
вышает величину х и поэтому не сказывается на погрешности изме-
рения. В тех методах, где временные параметры переходного про-
цесса тн (см. гл 6) и to (см. гл. 7) определяются по длительности
импульса перемагничивающего тока 7\ необходимо учитывать по-
грешность установки, измерения и стабилизации этой длительности
±щ. Соответствующее слагаемое общей погрешности может быть
записано:
Для простоты не будем выделять в качестве отдельной состав-
ляющей погрешность, связанную с установкой длительности и фор-
мы заднего фронта импульса, и будем включать ее в с^.
Современные отечественные генераторы прямоугольных импуль-
сов обеспечивают точность установки Т, а также ее стабильность
(при периодической подстройке) порядка ±10 нсек в диапазоне
длительностей от 200 нсек до нескольких микросекунд и порядка
dbl—J±2 нсек для более коротких импульсов (генератор Г5-11). Не
встречает принципиальных трудностей обеспечение еще более точной
установки Т и ее стабилизации. Например, при использовании для
формирования длительности разряда отрезка коаксиального кабеля
может быть достигнута точность установки и стабильность Т по-
рядка ±0,5 нсек.
Рис. 8. Корректировка искаже-
ний, обусловленных выходным
сопротивлением и выходной
емкостью генератора.
Выходная
обмотка
трольном сопротивлении RK (1—
10 ом) при включении перемагни-
чивающей обмотки w± и при ее
закорачивании ключом Ki не дол-
жны меняться более чем на 1—
2% 1(в любой точке длительности
импульса). Если ДВых оказывает-
ся недостаточным или СВых слиш-
ком большой, соответствующая
составляющая Дт может быть
устранена корректировкой формы
импульса тока (особенно его пе-
реднего фронта) с контролем по
осциллограмме напряжения на со-
противлении RK. Простейшая кор-
ректирующая цепочка ДС показа-
на на рис. £, где i/?=50-s-il00 ом,
«1
(8)
14

Конечно, желательно использование генераторов с калибровкой
длительности (по лимбу, шкале и т. п.) Однако даже отсутствие
такой калибровки и замер длительности Т по осциллоскопу в случае
прямоугольных'импульсов тока увеличивает погрешность ai незна-
чительно— при достаточно крутых фронтах к величине ai добав-
ляется только горизонтальная погрешность осциллоскопа р (см. §8).
Сложнее обстоит дело в случае существенно непрямоугольных
импульсов тока при измерении времени перемагничивания сердеч-
ников конкретных элементов. Например, в ЗУ суммарная длитель-
ность переднего и заднего фронтов импульса тока выборки может
составлять около половины его общей длительности 7\ а форма
фронтов далека от линейной. Замер Т по осциллоскопу в таком
случае вносит значительную погрешность аь Целесообразно произ-
водить замер Т не по самому импульсу тока, а по импульсу на вхо-
де последнего или предпоследнего каскада генератора, форма кото-
рого, как правило, близка к прямоугольной.
д) Фиксация переднего фронта импульса. Погрешность ±ct2, свя-
занная с неточной фиксацией переднего фронта перемагничивающе-
го импульса тока относительно заданного момента времени (напри-
мер, относительно запускающего импульса), влияет на общую по-
грешность At лишь некоторых методов измерения t. Для этих ме-
тодов
Нестабильность фиксации и «дрожание» («pube jitter») прямо-
угольных импульсов [Л. 6] может задаваться в процентах* от перио-
да следования, в процентах от длительности импульсов или в еди-
ницах времени. Для лучших отечественных генераторов прямоуголь-
ных импульсов можно ориентироваться на величины 0,2=10-*-
50 нсек.
Погрешности аппаратуры, предназначенной для наблюдения
процессов и оценки времени перемагничивания, в общем случае
могут иметь:
временную («горизонтальную») составляющую ±Р и
амплитудную («вертикальную») составляющую ±у.
Если слагаемое Ат^ входит в общую погрешность того или иного
метода, то, как правило,
Зависимость Дт^ = f (y) обусловлена наклоном (первой производ-
ной) той кривой, по которой определяется т, в точке определения
(9)
8. Погрешности наблюдения
(10)
Дт =
1
dU (t) '
P~dT
(П)
<2Ф(0
p—sr
9
(11')
3*
15

где р — масштаб соответствующей кривой по горизонтали (напри-
мер, сек/мм);
q — масштаб по вертикали, в/мм или вб/мм.
Если в качестве основного прибора для наблюдения исполь-
зуется осциллоскоп, можно в свою очередь выделить составляющие
погрешностей р и у.
Составляющие pi и Yi выражаются в относительных величинах
(или процентах) и обусловлены неточностью калибровки и нелиней-
ностью горизонтальной развертки осциллоскопа (Pi) или неточ-
ностью калибровки и нелинейностью коэффициента усиления его
усилительного тракта (у\).
Постоянные составляющие Рг и у2 обусловлены в основном опти-
ческой системой осциллоскопа (прежде всего параллаксом) и выра-
жаются в единицах шкалы. Через масштабы изображения на экране
осциллоскопа р (по горизонтали) и q (по вертикали) можно выра-
зить р2 и Y2 в относительных величинах для любого измеряемого
отрезка аб по горизонтали (/аб = *б—^а) и вг по вертикали (UBV =
=<UT—UB или Фвг=Фг—Фв):
аб
(12)
для кривой э. д. с. и
Г.-У8- (13)
и вг
(13')
для кривой потока.
Выражения (10), (II) и (1Г) могут быть переписаны с учетом
(12), (13) и (13')
q ( етЛ<и. .....
**-l(*4k)mr <15'>
В некоторых методах измерения х с использованием осцилло-
скопа можно выделить составляющие погрешности, обусловленные
конечной толщиной луча на экране бь конечной толщиной линий
шкалы 62 и нестабильностью толщины луча ±03. Наконец, для ме-
тодов с использованием нуль-индикатора потока составляющими
погрешности являются зона нечувствительности нуль-индикатора вь
а также нестабильность этой зоны вг.
Слагаемые Дт5 и Дте имеют существенно различный вид для
различных методов измерения т и будут рассматриваться примени-
тельно к каждому методу в отдельности.
16

Г лава четвертая
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
ПО КРИВОЙ Э. Д. С.
Методы измерения ты и тм по кривой выходного сигнала э. д. с.
при импульсном перемагничивании сердечника имеют широкое рас-
пространение благодаря сравнительной простоте и наглядности.
Этими методами могут определяться тн и тм для любого из сигна-
лов. В настоящем разделе основное рассмотрение проведено на
примере сигнала 1. Для других сигналов будут сделаны специаль-
ные оговорки.
Длительность ТСч импульса тока считывания выбирается заве-
домо большей, чем измеряемая длительность. Прибором для на-
блюдения кривой э. д. с. служит осциллоскоп. В любом случае
окончание измеряемого интервала времени определяется по осцил-
лограмме на некотором уровне, чаще всего на уровне 0,1 от макси-
мума амплитуды '£/т. Начало интервала тн и тм может определять-
ся по той же осциллограмме на том же уровне (см. § 9) или ло
переднему фронту импульса /сч (см. § 10).
Достижение состояния , соответствующего практическому
перемагничиванию, при замере тн по кривой з. д. с. контролируется
косвенно, и разность Фт—в различных режимах может ме-
няться в широких пределах, например, от 3 до 20% полного пере-
пада индукции (при отсчете по уровню 0,Шт). Особенно возра-
стает разность Фт—Ф* в режимах медленного перемагничивания.
Характеристика 1/тн(Яш) при замере тн по кривой э. д. с. на
начальном участке имеет вид, обозначенный на рис. 1 буквой А.
Участок характеристики левее ее минимума такими методами обыч-
но не снимается. Снятие характеристики в области быстрого пере-
магничивания (тГн<10 нсек) требует осциллоскопов с очень широкой
полосой пропускания частот (>200—300 Мгц), поскольку в против-
ном случае погрешности наблюдения недопустимо возрастают.
9. Определение начала интервала времени тн по кривой э. д. с
Метод измерения времени необратимого перемагничивания тн,
когда начало и конец этого интервала определяются по осцилло-
грамме выходного сигнала, общепринят в отечественной практике.
Обозначим этот интервал времени тн (см. рис. 2). Техника и аппа-
ратура измерения подробно описана Ю. И. Визуном в [Л. 3].
Определение конца интервала % не представляет принципиаль-
ных трудностей; однако вид осциллограммы э. д. с. в этой точке
(пологий и затянутый задний фронт) обусловливает сравнительно боль-
шую величину слагаемых погрешности на заднем фронте Дтт и
Дх8(з.ф)« Поскольку измерение амплитуды производится дважды — в
точке максимума и на уровне отсчета 0,1 Um, слагаемое Дт^ на
заднем фронте
Я Л 11<Г(2 \ dt I
Дхт(з.Ф) = Т(2Y. + -ut) Ж® Iо,.иш' <16>
17

Слагаемое Дт§ при рассматриваемом методе обусловлено конечной
толщиной луча на экране осциллоскопа (составляющая дх). Конечна
толщина линий шкалы сказывается на погрешность незначительно
можно считать Дт&=Дт&1. На заднем фронте
Дх.
Ъ(з.ф) — qdt
(17)
В начале интервала тн кривая э. д. с. отвечает уравнению (2)
для #о=const только при пологом переднем фронте импульса тока
считывания. При достаточно крутом переднем фронте на кривой
э. д. с. наблюдается начальный выброс, обусловленный тем, что
величина Н0 в начале перемагничивания мала. Это явление рассмо-
трено А. И. Пироговым и Ю. М. Шамаевым [Л. 2] и иллюстри-
руется осциллограммой сигнала э. д. с. на рис. 2. Расчет по уравне-
ниям (1), (2) и (3) при #0=var затруднен. Можно считать, что при
наличии начального выброса передний фронт импульса э. д. с. по-
вторяет передний фронт импульса тока считывания. Приводимые
ниже формулы слагаемых погрешности на переднем фронте Дт^^
и Д*8(П#ф) составлены для двух случаев.
1. Когда амплитуда начального выброса меньше уровня отсчета
(пологий передний фронт импульса тока считывания),
лхт(п.ф)- p\fb+ Um JdU(t)
o.io
(18)
А1*<п.ф)-- ^gTt (19>
2. Когда амплитуда начального выброса больше уровня отсчета
(крутой передний фронт импульса тока считывания),
Дхт(п.ф)= V 4L± (18')
pwSrm 1 - th» I -g- ЯтГп.ф- Arth дЧ Шт
Ах8(п.ф)=
(19')
Наибольшие затруднения имеют место, когда амплитуда началь-
ного выброса близка к уровню отсчета. Такой граничный случай
наблюдается, например, при перемагничивании ферритовых сердеч-
ников марки 2 ВТ в описанном выше режиме при Гп.ф=0,3-т-
0,4 мксек и ферритовых сердечников марки 1,3 ВТ при Гп.ф = 0,5-н
0,6 мксек.
18

Разница в замерах ъ1н при попадании начала отсчета на выброс и
после выброса может достигать 15—20%. Рассматривать эту разницу
как составляющую погрешности нецелесообразно. Правильнее гово-
рить о возможной двузначности при измерении тн по кривой э. д. с
с определением начала интервала времени по этой кривой. Такая
Рис. 9. Совмещенная осцилло-
грамма сигналов 1 и pi.
двузначность является одним из важных недостатков рассматри-
ваемого метода.
Двузначность возможна и при достаточно крутых передних
фронтах импульса тока считывания, которые предусмотрены в нор-
малях и стандартах для измерения собственно времени перемагни-
чивания (Гп.ф^0,2тн). В этом случае двузначность наблюдается
при измерении различных сигналов — 1 и pi. Осциллограммы рис. 9
сняты с ферритового сердечника марки 2 ВТ и совмещены относи-
тельно начала теремагничивающего импульса тока. При измерении
рассматриваемым методом получается tHi>THpi, что явно противо-
речит существу дела.
Ниже приведены формулы общей погрешности измерения. Ма-
ксимальная погрешность
Wo = А<ср + Дтт(Г1ф) + Ахт(зф) + Ах5(пф) + Дха (3ф). (20)
Среднеквадратичная погрешность
4=VH + Д*т2(п.ф, + Ч(з.ф) + Л^(п.ф) + Чз.ф) • (21>
В первом случае, когда амплитуда начального выброса меньше
уровня отсчета,
dt
Um j dU (t)
2рд
0J tf„
i . qdt
xH sinarctg
(22)
pdU(t) Ь.ш
19

Во втором случае, когда амплитуда начального выброса больше
уровня отсчета,
.ii р • &
«(*' + -тег)г«-«
pSwrm[ 1 - th2 Ят7"п.ф - Arth -f^jjtf*
+ p\*l+ Um J dU(t) \o,Wm+
I . . ЯТпА
tj, sinarctg -
' pSwrm [ 1 — tha НтТпЛ - Arth-J^ j J //.
(22')
Проведем числовой расчет, предполагая, что используется се-
рийный осциллоскоп С1-8 (УО-1М) или С1-15.
Pi=Yi=3%;
p2=Y2=l мм шкалы, отнесенный к измеряемому участку;
6«б!«0,5 мм шкалы.
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ в описанном выше
(см; § 6) режиме перемагничивания в первом случае
[Ч]макс^30о/о; Д^ ^ 15о/0;
во втором случае
К]маке^23о/0; Дх^ 13о/о.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ в первом случае
[Аммане ^ 31 % Д^ 16о/о;
во втором случае
К]макс^24о/0; Дх^ Но/о.;
10. Определение начала интервала времени тн по переднему
фронту импульса тока считывания
Такая модификация метода измерения тн по кривой э. д. с.
предлагается многими зарубежными нормалями и методиками,—
например, нормалью DIN 41284 (ФРГ), методикой японской фирмы
Фудзи (Fuji) и др. — и позволяет исключить упомянутую выше
(см. § 9) двузначность определения х^. При этом замеряется дей-
20

ствительно время перемагничивания как величина, характеризую-
щая быстродействие сердечника в том или ином магнитном элемен-
те; обозначим это время (см. рис. 2),
Начало интервала^ х*1 замеряется на переднем фронте импульса
тока считывания обычно по уровню 0,1 (реже 0,5) от его амплиту-
ды. При достаточно крутом переднем фронте погрешность этого
замера мала по сравнению с другими составляющими погрешности.
При пологом или существенно нелинейном переднем фронте целе-
сообразно вести отсчет по некоторому запускающему импульсу, от
которого срабатывает формирователь тока. Метод требует исполь-
зования осциллоскопа с устойчивой внешней синхронизацией и обя-
зательного переключения его входа (если осциллоскоп не двухлу-
чевой) при каждом замере. В остальном существенных различий
с описанным выше нет.
Слагаемые погрешности Дтт-(3.ф) и ^х5(з.ф) на заДнем фронте
выражаются приведенными выше формулами (16) и (17). На переднем
фронте будем учитывать только одно слагаемое погрешности Дта=а2.
Максимальная погрешность измерения
К1 Wks = bxj+ Дх? + Дх1(3 ф) + Дхг(з ф) ; (23)
4<?Y2\ dt I pb
(24)
0,1 (/_
+ P 2Yl+ Um dU(t) |о.шт+ „ «Л_
xH sinarctg pdU^
Среднеквадратичная погрешность
4*= V^l + *i + Дхт (з.Ф) + Ч(з.Ф) . (25>
При использовании осциллоскопа С1-8 или С1-15 и генератора
с погрешностью а2=±10 нсек для ферритового сердечника мар-
ки 2 ВТ в описанном выше (см. § 6) режиме перемагничивания
[Аймаке ^20о/0; Д^11,5<>/о.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[Аммане ^2Ю/0; ^^120/0.
11. Измерение интервала времени тм
Начало интервала тм может определяться (см. рис. 2):
по кривой выходного сигнала э. д. с, например, на уровне 0,1
от его амплитуды; справедливы соответствующие формулы и рас-
суждения, приведенные в § 9 (первый случай для пологого перед-
него фронта импульса тока считывания и второй случай — для кру-
21

того переднего фронта); при таком определении используем обозна-
чение хм;
по переднему фронту импульса тока считывания; справедли-
вы формулы и рассуждения § 10; при таком определении будем
пользоваться обозначением т^1.
Конец интервала тм определяется всегда однозначно по момен-
ту основного максимума * выходного сигнала. Составляющая по-
грешности y в момент максимума отсутствует. Однако общая по-
грешность измерения в точке максимума Атм довольно велика за
счет составляющих 6i и б2 (6=di-f-62):
Ah(„)=°-TV\vm-t\um-b). (26)
Под t \у понимаем момент максимума сигнала; под t\v _5 —
т т
момент ранее максимума, когда амплитуда сигнала э. д. с. не до-
стигает максимума на суммарную толщину линий луча осциллоскопа
и его шкалы.
Определим t\u по условию
т
dU(t) .
dt =и-
Затем вычисляем Um как U(t) в этой точке и вычитаем
Um-8q.
Момент 11 ц _5 находим по условию
т
Максимальная погрешность измерения при определении начала
интервала времени тм по кривой выходного сигнала э. д. с
[Д^]макс = Дтр + Атт(М)) + Ах5(м) . (27)
Среднеквадратичная погрешность
Ч =*V*$ + A*?(M» + АтМп.ф) + А4«> • (»)
Значение общей погрешности сравнительно велико из-за большой
величины слагаемого Ат^м^ в
Для первого случая — пологого переднего фронта импульса считы-
вания
тм Р ^
+ -1КГ)ЖЩ\o,Wm+ , _qdt_ +А^(м, • (29)
Vslnarctg/7rff/(<) 0.1 у
* При очень крутом переднем фронте импульса тока считывания (поряд-
ка единиц наносекунд) максимум амплитуды начального выброса может быть
больше основного максимума сигнала э. д. с. Этот выброс, разумеется, при
измерении не учитывается,
22

Для второго случая—крутого переднего фронта импульса считы-
вания
К u,=h + Ж+ _Ц—m-L—+
V pSwrmU-th*l^HmTa.b-ATtb^)\
дТпл + хМм) •
tJjSinarctg
pS»rm\l - th» ]^
(29')
При определении начала промежутка по переднему фронту
импульса тока считывания и допущениях, принятых в § 10, макси-
мальная погрешность
К1]м«.» = Аха + Д^ + Дх8(м); (30)
К1]».но=«2 + Р|+^Г + Дхг(м) (31)
и среднеквадратичная погрешность
Д*м=>/4х« + АхР + Чм). (32)
Проведем числовой расчет погрешности в предположении, что
используется та же аппаратура, которая имелась в виду в §9 и 10.
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ в описанном ранее
(см. § 6) режиме перемагничивания при пологом переднем фрон-
те /сч
[Атамане ^ЗЮ/о; "^Г^16о/в
и при крутом переднем фронте /сч
[A^lMaKC^o/o; "^^15%.
Для того же сердечника и в том же режиме
[A^Wc ^2Ю/0; МО/о.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ при пологом переднем
фронте /сч
[А^]макс^32о/0; Ах^ШУо
и при крутом переднем фронте /сч
[А^]Макс=*=25о/о; А^15,5о/0.
23

Для того же сердечника и в том же режиме
[Аммане ^22о/0; Дх£^14,5о/0.
12. Определение величины тн как удвоенного времени тм
Такой метод измерения хн используется относительно редко
однако принципиальных возражений против него нет. Будем обозна-
чать х^ = 2х' и^=2х».
Если хн определяется как удвоенное время достижения максимума
сигнала э. Д. с, очевидно
Атн = Дхм. (33)
Поэтому для ферритового сердечника марки 2 ВТ при пологом
переднем фронте /еч
[Д\Ш]макс^31о/0; Дх^"1 ^ 16о/0
и при крутом переднем фронте /сч
[Ах»1]маке^24о/о; Дхр^^о/о.
Для того же сердечника и в том же режиме
[АОмакС^21о/0; Ax]V ^14о/0.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ при пологом перед-
нем фронте /сч
[AxiII]MaKC^32o/0; Дх^^ 16о/о
и при крутом переднем фронте /сч
[Дхнп]макс ^ 25%; Дх'11 ^15,5о/о.
Для того же сердечника и-в том же режиме
[A^v]MaKC^22o/0; Дх™^ 14,5о/0.
Глава пятая
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ПО КРИВОЙ
МАГНИТНОГО ПОТОКА
Методы измерения тн по кривой магнитного потока Ф(/)
используются в основном американскими исследователями. Чаще
всего замеряется время, за которое поток изменяется от 0,1 до 0,9
своего полного перепада при перемагничивании (иногда от 0,05 до
0,95 полного перепада). Джорджи (Gyorgy) в одной из своих работ
[Л. 7] замерял время изменения потока от 0,1 до 0,5 полного пере-
24

пада при необратимом перемагничивании. Последний параметр бли-
зок к времени достижения максимума сигнала э. д. с. тм.
Исследователи, придерживающиеся методов измерения тн по
кривой потока, считают, что эти методы принципиально более пра-
вильны: рассматривается первичная переменная величина в переход-
ном процессе Ф(/), а не ее производная U(t).
Замер х по [перепаду потока согласуется с общепринятыми мето-
дами измерения длительности переходных процессов в элементах
дискретной техники. Непосредственно задаются состояние или раз-
ность (Фт — Ф^), определяющие момент практического перемагни-
чивания сердечника.
К сожалению, принципиальные преимущества методов измере-
ния х то кривой Ф(/) не всегда оправдывают необходимое усложне-
ние аппаратуры и снижение точности измерений.
Особое место занимает предложенный А. И. Пироговым и
Ю. М. Шамаевым метод измерения времени условно-полного пере-
магничивания — промежутка от начала импульса тока считывания
до достижения магнитным потоком перепада 2ФГ. Использование
этого параметра существенно упрощает уравнения динамики пере-
магничивания.
Способы установки сердечника в исходное магнитное состояние
и подачи импульса тока считывания для рассматриваемой группы
методов не отличаются от описанных в гл. 2. Как и при измерении
Тн<С*м) по кривой э. д. с, длительность импульса тока считывания
выбирается заведомо большей, чем измеряемая.
В качестве основного прибора для наблюдения должно служить
интегрирующее устройство. В простейшем случае возможно графи-
ческое интегрирование кривых э. д. с при перемагничивании, снятых
с экрана осциллоскопа. Однако точность измерений в этом случае
весьма низка, поскольку к рассмотренным выше погрешностям
осциллоскопа добавляется погрешность интегрирования. Могут быть
использованы установки с визуальным или цифровым выводом инте-
грированной кривой Ф'-(£). В одной из установок {Л. 2] для интегри-
рования использовалась ^С-цепочка; калибровка осуществлялась
с помощью импульсного милливольтметра В4-1А (МВИ-1М).
Во всех случаях погрешности интегрирующих устройств, как
правило, больше, чем погрешности осциллоскопа при замерах вре-
мени перемагничивания по кривой э. д. с. При оценке погрешности
таких устройств следует различать абсолютные замеры перепадов
потока и относительные замеры —по сравнению с другим перепа-
дом потока, например при замере уровней 0,1; 0,5; 0,9 и др. полного
перепада.
Точность абсолютных замеров малых перепадов магнитного по-
тока ограничивается недостаточной чувствительностью измеритель-
ной аппаратуры. Обычно вертикальная (амплитудная) погрешность
абсолютных замеров перепадов потока порядка 10~8 вб
Уабс«±20%.
Точность, относительных замеров определяется в основном точ-
ностью калибровки, например, при использовании для калибровки
импульсного милливольтметра — точностью этого прибора. Можно
25

ориентироваться на величину вертикальной погрешности при относи-
тельных замерах тех же перепадов потока
y»:±5%.
Следует отметить, что в последние годы разработаны методы
и устройства, позволяющие существенно повысить чувствительность
и точность измерений малых перепадов магнитного потока. Основ-
ное место среди этих методов и устройств занимают резонансные
1Л. 8]. По оценке С. И. Тарасова, погрешность одного из предло-
женных им резонансных устройств Ya6c = ±2%. Однако возможно-
сти использования таких устройств в установках для измерения
времени перемагничивания ограничены.
Горизонтальную (временную) погрешность можно приблизи-
тельно оценить величиной
Р«±10%
(составляющую погрешности б будем считать входящей в р и у).
В нижеследующих разделах проведем сравнение методов изме-
рения тн|(тм) по кривой магнитного потока, считая ,р=10%; Ya6c =
=20%; y=5%.
13. Измерение тн по кривой потока от 0,1 до 0,9 полного перепада
Обозначим измеряемую величину как (см. рис. 2), Метод
во многом сходен с методом измерения т* по кривой э. д. с. с за-
мером по уровню 0,1 от амплитуды. Однако при этом исключается
возможность двузначности замера, что является преимуществом ме-
тода. Кривая 1/Тн(#т) имеет вид, обозначенный на рис. 1 буквой Л.
Общая погрешность измерения определяется временной со-
ставляющей и амплитудными составляющими в точках 0,1 и 0,9 пол-
ного перепада. Максимальная погрешность
[Аммане = Дтр + Ахт (0§1) + Атт (0>9)< (34)
Среднеквадратичная погрешность
Слагаемые Аъ^0 ^ и Дтт(09) имеют удвоенную величину, по-
скольку каждый замер соотносится с замером полного перепада
потока:
2^y 2^7Y
fДХ" ]и"в = ' + РиМ\о.Ч*т+*г) + PUV)\0M*n+or)' (36>
Проведем числовой расчет погрешности при значениях
р = 10%; y = 5%.
26

Для ферритового сердечника марки 2 ВТ в оговоренном выше
(см. § 6) режиме
[Ах^]макс^24о/0; "Д^"^ 14о/о.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[А^]манс^24о/0; Д^Ч 14о/0.
14. Измерение тм по кривой потока от 0,1 до 0,5 полного перепада
Обозначим измеряемую величину как Дх^11 (см. рис. 2). Для нее
справедливо все сказанное относительно измерения , с той разни-
цей, что конец промежутка определяется в несколько иной точке.
Максимальная погрешность
[Ат"1]макс = Дтр + Дтт(0>1) +Дтт5). (37)
Среднеквадратичная погрешность
А^П=КА^2 + Лт2т(0,1) +Атт(0.5) . (38)
[AtJ/1 ]макс = р + dU (т2(П + ппт\2^ <39)
Числовая величина погрешности меньше вычисленной в § 13, так
как конец интервала zlJl приходится на наиболее крутой участок
кривой Ф(£) и слагаемое Дт^0>5^ мало.
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ (см. § 6)
[А^п]макс^ 19%; A^j1^ 12,5о/0.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[At^W^u/o; ^^12,50/0.
15. Измерение времени условно-полного перемагничивания
Понятие условно-полного перемагничивания и метод измерения ^1
(см. рис. 2) — интервала от начала импульса тока считывания до
момента достижения потоком перепада 2ФГ (магнитной индукцией
перепада 2£г), как уже указывалось, введены А. И. Пироговым и
Ю. М. Шамаевым. Это, пожалуй, единственный из известных мето-
дов измерения тн, при пользовании которым кривая 1/тн (Нт) имеет
вид, обозначенный на рис. <1 'буквой Б. Очевидно, поскольку задает-
27

ся перепад 2ФГ, метод позволяет измерять время перемагничивания
только на циклах гистерезиса, близких к предельному. Величина х„1
связана с другими константами перемагничивания (например, Sw),
используемыми при расчетах динамики.
В принципе можно замерять время достижения любого другого
наперед заданного перепада, например 1,5ФГ, Фг, 0,5ФГ и т. п.,
однако при этом теряется одно из важных преимуществ метода —
однозначная связь замеренной величины х^1 с уравнениями динамики
перемагничивания.
Недостатком метода является необходимость абсолютных замеров
малых перепадов потока (с одного сердечника), что пока затруднено.
Кроме того, в конце промежутка х^1 наклон кривой Ф(£) мал (пере-
пад 2фг достигается позже, чем уровень 0,9 от полного перепада),
и велико слагаемое Ату
Максимальная погрешность измерения времени условно-полного
перемагничивания может быть рассчитана по формулам:
[A^Wc = Ата + Ахр + Ахт {2Фг); (40)
l^iuM^ + f + J^-^- (41)
г
Среднеквадратичная погрешность
=*YЬ< + Д1 + А^т (2ФГ) • (42>
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ при использовании
генератора с погрешностью а2==Ы0 нсек и интегрирующего устрой-
ства с погрешностями Р=10%, Уабс=&0%
[A^Wc ^39о/0; Axf1^ 22о/0.
Для ферритового сердечника марки 1,ЗВТ
[Ах^макс-^Оо/о; ^2Ъ%.
16. Измерение времени условно-полного перемагничивания
с использованием нуль-индикатора
Установка для измерения х^1, позволяющая применить при замере
перепада Ф(/) нуль-индикатор потока, описана В. Б. Кравченко и
Р. А. Липманом [Л. 9]. Блок-схема установки приведена на
рис. 10,а. Генераторы ГИ обеспечивают необходимую последова-
тельность импульсов тока считывания и записи в обмотке W\ испы-
туемого сердечника. Выходной сигнал с обмотки w2 через строб-
каскад (условно показан в виде ключа К) подается на нуль-инди-
катор — измеритель среднего значения напряжения М. Ключ К
включается от переднего фронта импульса /Сч через регулируемую
калиброванную линию задержки РЛЗ.
28

Положение интервала стробирования Год, показанное на рис. 10f6"
и в штриховкой, подбирается так, чтобы положительный (выше нуле-
вой линии) и отрицательный (ниже нулевой линии) участки импульса
э. д. с. были равны по площади. Это фиксируется нуль-индикатором.
Поскольку площадь всего положительного импульса э. д. с
J U(+)dt ^ (Фт + Фг)> а площадь отрицательного участка (обратного
выброса) J С/(-)Л~(Фт—Фг), то
ги
рлз
\
1
L IT
«)
7^
при этом измеряется интервал
времени т^1 .
В описанной установке не-
обходимы очень жесткая фи-
ксация момента включения
строб-каскада, а также ком-
пенсация помехи в этом ка-
скаде, что является недостат-
ком техники измерения х^г
с использованием нуль-индика-
тора потока. Другой недоста-
ток — возможность применения
установки только в диапазоне
амплитуд /сч, заведомо доста-
точных для того, чтобы сер-
дечник после перемагничивания
оказался в состоянии Фг.
При меньших амплитудах
/сч оказывается замеренным
время перемагничивания в не-
которое состояние Ф^ <Фг.
В этом случае можно гово-
рить либо о резком увеличе-
нии погрешности Атн1, либо
об измерении существенно
иной величины тн, не соответ-
ствующей по определению вре-
мени условно-полного пере-
магничивания.
Для определения границ применимости установки с нуль-инди-
катором потока необходимо интегрирование незаштрихованной части
положительного импульса э. д. с. (см. рис. 10,в). Погрешность этого
интегрирования рассмотрена выше. В границах применимости основ-
ными составляющими погрешности измерения т^1 на установке
с нуль-индикатором являются:
нестабильность переднего фронта строба и времени включения
строб-каскада относительно переднего фронта перемагничивающего
импульса тока /сч; обозначим эту нестабильность c&V,
конечная чувствительность нуль-индикатора 8i; в эту величину
целесообразно включить также искажения формы стробируемого
импульса э. д. с. и помехи в строб-каскаде. Нестабильность заднего
фронта строба и времени выключения строб-каскада на погрешно-
сти практически не сказывается.
4—1197 29
Рис. 10. Измерение времени
условно-полного перемагничива-
ния с использованием нуль-инди-
катора.
а — блок-схема установки; б — им-
пульс тока считывания; в — импульс
э. д. с. при считывании. Штриховкой
показан интервал включения нуль-
индикатора.

Максимальная погрешность измерения т^1 при использовании
нуль-индикатора
[А^1]майС = Ата + Ате. (43)
Среднеквадратичная погрешность
Дх^=^/Дх2+Д^. (44)
При этом
Дта = а'2. (45)
Расчет слагаемого погрешности Ат8 выполнен О. П. Козловым,
В. Б. Кравченко и Р. А. Липманом [Л. 10] и поясняется рис. 10,е.
Зоне нечувствительности нуль-индикатора еь выраженной в еди-
ницах потока, соответствует ошибка те (в единицах времени):
W
Отсюда слагаемое
,V1 _VI/7|
тн тн U\B=B.
(46)
*\-^--j?uh (47)
По уравнению динамики перемагничивания [Л. 2]
Щв=вг = [ 1 - ("^)2] Гя(0 -я»1' (48>
H(t) - Я 0 = - In —(49)
где Br/Bm = & — коэффициент прямоугольности. Из выражений (43)
и (45) получаем:
т. е. слагаемое погрешности Ат8 зависит от коэффициента прямо-
угольности сердечника k.
Полное выражение для максимальной погрешности
[А^Г]«ако = «'i + 1 nt • (51)
В числовом расчете будем предполагать, что измерительная
установка обеспечивает величину 0/2=±20 нсек, а нуль-индикатор
(измеритель среднего значения напряжения) имеет зону нечувстви-
30

тельности ei = 10~10 вб [Л. 10]. С учетом искажений импульса э. д. с.
UC4 и помехи в строб-каскаде величина 8i приблизительно удваи-
вается. Отсюда для ферритового сердечника марки 2 ВТ в описан-
ном выше режиме (см. § 6)
[Аммане ^7о/0; ^^5%.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[Ах^]макс^10о/0; Д^Т^8о/0.
Следует отметить, что в приведенном расчете вычисляется по-
грешность Ах^1 относительно времени достижения перепада магнитного
потока 2фг. Это несколько не соответствует определению погреш-
ности измерения т, принятому в § 4. Средним значением тн, измеряе-
мым на установке с нуль-индикатором потока, является время т^11
достижения перепада 2фг + ej (если в ходе измерения задержка строба
относительно начала импульса /сч уменьшается) или время т^1П до-
стижения перепада 2фг—ej (если в ходе измерения задержка строба
увеличивается)*.
Погрешность измерения величин т^п или т^111 определяется не
зоной нечувствительности нуль-индикатора ех, а только непостоянст-
вом этой зоны е2. Величина е2 обычно много меньше elf например
62 = 0,16!. В расчете погрешностей Ат^11 и Ах^111 по формулам (43),
(44) и (51) первое слагаемое Дта = а'2 остается прежним; учитывая
близость значений т^1, т^п, т^111 во второе слагаемое вместо е, мо-
жет быть подставлена величина е2. Например, максимальная погреш-
ность
[Ат™]макс = [Ат™1]^ = а'я + -J 1 ! , k ' (51')
Увеличение второго слагаемого за счет искажений и помехи
в строб-каскаде остается прежним. Отсюда, полагая 0/2=±20 нсек
и 82= Ю-11 вб, получаем для ферритового сердечника марки 2 ВТ
(см. § 6)
[А^1Т]макс ^ [Ax^'W ^4,0о/о; Д^^Дт™1^ 3,5о/о.
Для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[Д^П]м.ко^[Д^П1]«..с^7.°% ЪЬХУ" ^6,5»/..
* Величины Тд11 и при этом, разумеется, не соответст-
вуют времени условно-полного перемагничивания, и возможность их
непосредственной подстановки в уравнения динамики исключена.
4* 31

Глава шестая
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ НЕОБРАТИМОГО
ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА
ПЕРЕМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
Все описанные выше (гл. 4 и 5) методы измерения тн пред-
полагают, что длительность импульса перемагничивающего тока
(тока считывания) практически неограниченна, и замер производит-
ся по самому процессу перемагничивания — по кривой э. д. с. или
потока.
Существенные преимущества могут дать методы, в которых
используются импульсы тока считывания /Сч ограниченной длитель-
ности, обеспечивающей строго заданную величину завершения про-
цесса перемагничивания. Эта величина контролируется по после-
дующему перемагничиванию импульсом /Зап или дополнительными
импульсами тока, специально вводимыми в программу.
Отсчет времени тн производится непосредственно по импульсу
тока /сч (1я=ТСч)- На общую погрешность измерения At непре-
менно влияет погрешность установки, измерения и стабилизации
длительности импульса тока ±«i. Как явствует из § 7, погрешность
формирования ai сравнительно невелика.
Остальными погрешностями формирования, согласно § 7, прене-
брегаем; погрешность а2 отсутствует. Поэтому общая погрешность
методов измерения тн по длительности импульса ГСч, кроме состав-
ляющей ai, обусловлена только аппаратурой и техникой, которой
определяется заданная степень завершения процесса перемагничи-
вания. Эта погрешность может быть существенно меньше погреш-
ности методов измерения тн, рассмотренных в гл. 4 и 5.
17. Определение завершения перемагничивания по перепаду потока
Сущность этого метода следующая. По обмотке сердечника по-
дается одна из последовательностей импульсов тока, описанных
в § 5, например последовательность рис. 3. Амплитуда и длитель-
ность импульса /зап, следующего сразу после импульса /сч, выби-
раются заведомо достаточными для установки сердечника в исход-
ное магнитное состояние. Импульс э. д. с. £/зап, индуцируемый
током /зап, поступает на интегрирующее устройство и используется
для контроля завершения перемагничивания.
Первоначально длительность импульса тока считывания Гсч берет-
ся также достаточно большой. Затем Tq4 постепенно уменьшается.
Если величина Гсч была выбрана с запасом, первое время ее умень-
шение не сказывается на амплитуде или площади импульса С/8ап. За-
тем перепад потока Ф8ап^ I U3&u(t)dt также начинает уменьшаться.
Можно, например, условно считать Тсч = хн, если Ф^п становится
равным 0,9 первоначального полного перепада. Обозначим время хн, за-
меряемое таким-методом, через хнх .
Общая погрешность измерения тнх содержит слагаемое Ата (по-
грешность формирования длительности) и слагаемое Ах^, определяемое
в точке 0,9 полного перепада потока (величина второго слагаемого,
32

как и Для случая, рассмотренного в § 13, удваивается, так Как за-
мер ДФ производится в двух точках—0,9 и 1,0 полного перепада).
Максимальная погрешность
[ДхнХ]маке
«1 +
^(%.9(Фт+Фг)
Среднеквадратичная погрешность
(52)
(53)
(54)
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ в типовом режиме
перемагничивания (см. § 6), предполагая, что используется инте-
осцилтагоп
а)
б)
Рис. 11. Измерение времени перемагничивания по
длительности импульса тока.
а — блок-схема установки; б — форма импульса э. д. с.
грирующее устройство с у» 10% и погрешность генератора ai«2%,
КХ]макс:
;11о/0; ДтнХ^9°/о
Для ферритового сердечника марки 1,ЗВТ также в типовом ре-
жиме и при том же предположении
Кх]макс^11,5о/0; Д^Х^ 9,5о/о.
Впервые такой метод измерения времени перемагничивания был
описан К. К. Гомоюновым [Л. 11], причем вместо интегрирующего
устройства предлагалось использовать униполярное сопротивление (по-
лупроводниковый диод). Блок-схема установки для измерения т*х
имела вид, показанный на рис. 11,а. Последовательность импульсов
перемагничивания формируется с помощью задающего генератора ЗГ
и двух генераторов импульсов тока ГИ. Импульсы /сч и /зап воздей-
ствуют на сердечник в противоположных направлениях. Полярность
33

диода Д, шунтирующего обмотку до3, выбирается такой, чтобы при
перемагничивании импульсом /Сч диод был заперт и не оказывал
влияния на процесс перемагничивания. При перемагничивании им-
пульсом /зап диод отпирается. Импульс э. д. с. f/зап приобретает
форму, показанную на рис. 11,6, и амплитуду, приблизительно рав-
ную прямому падению напряжения на диоде (длительность Г3ап
должна быть достаточной для завершения перемагничивания даже
в этом режиме).
Такая схема .фактически преобразует площадь импульса ^ £/8ап dt
в длительность, и эта длительность контролируется по осциллоскопу.
Можно считать, что тнх = Гсч, если длительность составляет,
например, 0,9 от длительности т:заП, соответствующей полному пере-
паду потока.
Схема рис. И отличается простотой, однако погрешность Дтнх
при ее использовании существенно больше определяемой выражениями
(52) — (54), так как сравнение длительностей и тзаП производит-
ся по осциллоскопу со всеми погрешностями, рассмотренными в § 8;
затруднительно выбрать уровень, по которому следует определять
длительности [т^п и тзап импульса £/з*п; погрешность преобразования
площади импульса в его длительность зависит от используемого
диода и его рабочего режима. Точную величину последней погреш-
ности оценить затруднительно, однако можно считать, что соответ-
ствующее слагаемое составляет не менее половины общей погреш-
ности измерения тнх описанным методом.
18. Определение завершения перемагничивания по нуль-индикатору
Завершение процесса перемагничивания может быть оценено
с помощью нуль-индикатора. При этом в выбранную последователь-
ность импульсов тока необходимо включить дополнительный импульс
тока /К1, следующий после /Сч и служащий для контроля устано-
вившегося состояния сердечника. Иногда оказывается удобным
использовать два контрольных
импульса /К1 и /К2. На рис. 12
показана результирующая по-
следовательность для случая
считывания 1.
Амплитуда, форма и дли-
тельность импульсов /к могут
быть любыми, но заведомо до-
статочными для практического
завершения тех процессов пе-
ремагничивания, которые обу-
словлены током амплитудой
/сч. Для формирования /к мо-
жет использоваться тот же ге-
нератор, что и для формиро-
вания /сч (на рис. 12 соответ-
ствующие импульсы /к показа-
ны пунктиром). Так, один
34
Рис. 12. Измерение времени пере-
магничивания по длительности
импульса тока (с использованием
нуль-индикатора).
а — последовательность импульсов то-
ка; б последовательность импульсов
s. д. с. Штриховкой показан интервал
включения нуль-индикатора.

генератор удобно использовать при перемагничивании по частным
циклам, когда амплитуда импульсов /к обязательно должна быть
равна амплитуде /Сч- Иногда использование одного генератора
нежелательно (например, если для импульса 1Сч выбран генератор
с ртутным прерывателем, частота работы которого очень низка).
Если длительность Тсч обеспечивает практическое завершение
перемагничивания, площади импульсов э. д. с. £/кц+) и £/кк_) от
сс) б)
Рис. 13. К определению .
а — изменения магнитного потока; б — импульс тока считы-
вания; в — импульс э. д. с. при считывании.
переднего и заднего фронтов импульса тока /Ki равны между собой.
Это обстоятельство контролируется нуль-индикатором потока, на-
пример, аналогичным рассмотренному в § 16. Интервал включения
такого индикатора обозначен на рис. 12 штриховкой. Использование
нуль-индикатора в данном случае проще, чем для измерения време-
ни условно-полного перемагничивания, так как не требуется точное
«вырезание» части импульса э. д. с.
В ходе измерения длительность ТСч постепенно уменьшается при
постоянной амплитуде /Сч, и площадь импульса Uk\m становится
больше площади £/кк_), поскольку происходит домагничивание сер-
дечника. С уменьшением Гсч до какого-то граничного значения
нуль-индикатор срабатывает. Время необратимого перемагничива-
ния Xх принимаем равным этому граничному значению. Описывае-
мый метод измерения поясняется на рис. 13.
Под воздействием импульса /сч сердечник перемагничивается в
состояние Ф^<Фт (рис. 13,а), а затем (после выключения импуль-
са) в состояние Ф^<ФГ. Импульсом /к сердечник домагничивается
в состояние Фт*, а затем — в состояние Фг. При этом перепад по-
тока (Фт — Ф^7) больше перепада (Фт — фг) на величину зоны не-
чувствительности "нуль-индикатора e^.
Фг-Ф7=£1. (55)
* Точнее, в состояние, весьма близкое к Фт (см. § 1)
35

Таким образом, за время т^111 сердечник не достигает магнитно-
го состояния Фт на величину перепада (Фт — Ф^), и импульс э. д. с.
UC4 имеет вид, показанный на рис. 13,в сплошной линией. Пунктиром
на этом рисунке показан спад импульса UC4 при неограниченной дли-
тельности импульса тока /сч; перепад (фт — ф%) равен площади
заштрихованного участка. Соответствие между перепадами (Фт—Ф^)
и (Фг — Ф^) не поддается точному аналитическому выражению, если
ввести эмпирический коэффициент k'', можно записать:
Фт-Ф£=*'(Фг-Ф7) = ^1. (56)
Время тх может быть рассчитано по формулам (1) или (1') при
подстановке в левую часть значения потока Ф^ . При е1 -* 0 (беско-
нечно чувствительный нуль-индикатор) Ф^ -> Фт и -+ оо. Меняя
е1э можно задавать ту конечную величину остаточного потока, дости-
жение которой считается завершением перемагничивания. Одновремен-
но будет меняться числовая величина . Очевидно, целесообразно
выбирать такие значения е1э чтобы величина мало отличалась от
измеренных другими методами. В большинстве типовых режимов
перемагничивания сердечников с ППГ это достигается при 8i =
= (0,05—0,1). Для ферритовых сердечников марок 2 ВТ и 1,3 ВТ
с размерами, указанными в § 6, именно такая зона нечувствитель-
ности (порядка 10~10 вб) имеет место при использовании нуль-инди-
катора, описанного в § 16.
Из сказанного ясно, что наличие зоны нечувствительности нуль-
индикатора е1^г0 является необходимым условием работоспособности
рассматриваемого метода. Величина еь как и в случае измерения z%11
или т^111 на установке с нуль-индикатором (см. § 16), не является
источником погрешности. Погрешность измерения определяется
только погрешностью формирования длительности импульса тока ai
и непостоянством зоны нечувствительности нуль-индикатора е2.
Поскольку на нуль-индикатор подается не основной импульс э. д. с.
иСч> а контрольный 1/к, искажения его в строб-каскаде не имеют
значения, и в расчете следует учитывать только помеху в этом
каскаде.
Максимальная погрешность измерения
[Д^]макс = Д*«+Л*е. (5?)
Среднеквадратичная погрешность
Ц~=У^1 + *<- (58)
При этом Axa,=zal. Учитывая близость значений и т^1, расчет
слагаемого Ахе может быть выполнен по формуле (50) при подстанов-
36

кб вместо е, величины Ыгг. Отсюда
[Д'Хи,о - «. + - Jr 1 • (59)
~ (l-*2)lnr=^
Для ферритового сердечника марки 2 ВТ в типовом режиме
(см. § 6) &'«1,5, для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ также
в типовом режиме &'«2,0. Принимая ai = ±10 нсек и 82=,10-11 вб
(с учетом помехи в строб-каскаде 82» 1,5«Ю-11 вб), получаем для
сердечника марки 2 ВТ (см. § 6):
[Д*н]макс^2,5°/о; Дт*=2,0о/о>
для сердечника марки 1,3 ВТ
[ДХнЧмакс^З.Оо/о; Д^^2,5<>/о.
19. Использование осциллоскопа в качестве нуль-индикатора
Ю. И. Визун и автор настоящей работы [Л. 12] предложили
использовать при измерении в качестве нуль-индикатора осцилло-
скоп, что исключает необходимость в специальном нуль-индикаторе
потока. В этом случае удобно подавать два контрольных импульса
/К1 и /к2. Осциллоскоп засинхронизирован от начала обоих импульсов.
При Гсч^Хд на его экране наблюдаются совмещенные импульсы
э. д. с ил1(+) и ил2(+). С уменьшением ТСч до граничного значения
•Сд наблюдаем „раздвоение" осциллограммы, что соответствует сра-
батыванию нуль-индикатора.
Зона нечувствительности 8i для осциллоскопа —- это площадь
луча, очерчивающего на экране осциллограмму импульса £/К2(+>:
е,^: J дгШ. (60)
^Ж1( + )
При подстановке в эту формулу величины di в единицах напря-
жения (в) получаем 8i в единицах магнитного потока (вб).
Изменять 8i и соответственно задавать степень завершения перемаг-
ничивания можно, изменяя площадь импульса UK2(+) на экране
осциллоскопа (изменяя усиление по вертикали и скорость разверт-
ки). Если площадь контрольных импульсов э. д. с. \UK на экране
осциллоскопа поддерживать приблизительно постоянной, то основ-
ной составляющей погрешности является нестабильность толщины
луча ±6* Для отечественных серийных осциллоскопов С1-8, С1-15,
ДЭСО-1 бз«0,25б! при исправной фокусирующей системе. С заме-
ной осциллоскопа на другой тип составляющая погрешности 63 мо-
жет измениться.
Все соображения относительно расчета хх и погрешности Дт*
приведенные в предыдущем параграфе, остаются в силе; величина е2
37

в формуле (59) заменяется на 6у.
[А^]». = ««. + ^- 1—+к ■ <59'>
(l-^lnj^
При использовании осциллоскопа в качестве нуль-индикатора:
повышается удобство и наглядность измерений;
отпадает необходимость в специальном нуль-индикаторе пото-
ка (измерители среднего значения напряжения достаточно высокой
чувствительности серийно не выпускаются);
существенно упрощается измерительная установка, поскольку
отпадает необходимость в строб-каскаде. Соответственно исклю-
чается помеха в этом каскаде и, несмотря на сравнительно большую
величину 63, второе слагаемое в формуле (59) и общая погрешность
возрастают незначительно.
(Принимая ai = ±,10 нсек и о3=0,25 • Ю-10 вб, получаем для сер-
дечника марки 2 ВТ (см. § 6):
[Дт^макс^ 3,5о/о; Д^3,0о/о,
для ферритового сердечника марки 1,3 ВТ
[Д^н]макС^4,0о/о; 3,5о/о.
В экспериментальной установке для измерения времени тх, блок
схема которой показана на рис. 14, количество генераторов импуль-
сов тока ГИ было ограничено двумя. Полярность импульсов безраз-
Рис. 14. Блок-схема установки с осциллоскопом
в качестве нуль-индикатора.
лична, поскольку возможно переключение начала и конца обмоток
Wi и до2. Минимальное число периодически повторяющихся имшуль-
сов генератора ГИ\— один (импульс /Зап), генератора ГИ2— три
(импульсы /Сч, /ki и /кг)- Из соображений схемной простоты задаю-
щая часть установки выдает по двум каналам сдвинутые во време-
ни пачки по четыре импульса (рис. 15), служащие для запуска
генераторов и синхронизации осциллоскопа. В установке был исполь-
зован серийный осциллоскоп С1-8. Задающий генератор ЗГ содер-
38

жит трёх]4азрядную пересчетную схему, а также необходимые вен-
тильные и выходные каскады. Период следования импульсов в пач-
ке — от 0,5 мксек до нескольких микросекунд, что позволяет подклю-
чить к установке практически любые нужные генераторы ГИ\ и
FHb Схемы Цх и Цъ вклю-
-I г 1 I
| \2 канал
Рис. 15. Временная диаграмма из-
мерения в
а — импульсы запуска генераторов и
синхронизации осциллоскопа; б — им-
пульсы тока; в — импульсы э. д. с
Маемые на выходе генерато-
ров* Могут содержать балласт-
ные сопротивления, корректи-
рующие цепочки и т. п. Рези-
стор R на выходе осцилло-
скопа служит для подавления
паразитных осцилляции («зво-
нов») на сигнале э. д. с.
На рис. 15 показана по-
следовательность импульсов
тока в установке (форма им-
пульсов условная) и соот-
ветствующая последователь-
ность импульсов э. д. с. В ка-
честве импульса /Зап в обыч-
ном режиме используется толь-
ко первый отрицательный им-
пульс тока, остальные отрица-
тельные импульсы подтверждают установившееся состояние. В неко-
торых случаях представляет интерес запись несколькими короткими
импульсами тока. Из четырех положительных импульсов тока первый
служит в качестве 1Сч, второй и третий — соответственно /Ki и /К2.
Четвертый положительный им-
пульс подтверждает состояние,
установленное предыдущими им-
пульсами.
Синхронизация осциллоскопа
осуществляется от запускающих
импульсов второго канала. Совме-
щенная осциллограмма импульсов
э. д. с. показана на рис. 16. Кон-
троль ведется по совпадению им-
пульсов ^К1(+) и ик2(+) (четвер-
тый импульс э. д. с. при этом сов-
падает с UK2). Наличие на совме-
щенной осциллограмме импульса
иСч не мешает контролю и делает
индикацию даже более наглядной.
Точной регулировки при каж-
дом замере усиления по вертикали
и положения нулевой линии, затрудняющей пользование другими мето-
дами с использованием осциллоскопа (хн, х^1), рассматриваемый метод
не требует. При замерах в различных режимах перемагничивания
[при снятии характеристики \/хн(Нт) и т. д.] площадь импульса
Ук2(+) на экране осциллоскопа поддерживается приблизительно по-
стоянной и равной 2—4 см2.
Метод измерения с отсчетом по нуль-индикатору (специальному
или на осциллоскопе) не вносит ограничений при снятии характери-
стики 1/тн(#ж) во всем ее диапазоне, вплоть до самых быстрых
39
Рис. 16. Совмещенная осцил-
лограмма импульсов э. д. с. при
измерении

режимов перемагничивания. Автором настоящей работы с исполь-
зованием этого метода были сняты характеристики перемагничива-
ния различных типов ферритовых сердечников до значений тн =
= 3 нсек. Основные трудности сводились к формированию коротких
импульсов тока большой амплитуды с длительностью фронтов не
более 1 нсек. Контрольные импульсы /Ki и /К2 длительностью Гк»
«1 мксек формировались отдельным генератором Г5-15 или Г5-8,
как это показано на рис. 12 сплошной линией, и имели длитель-
ность фронтов порядка 50—100 нсек.
20. Измерение тн с отсчетом по нуль-индикатору в режимах
медленного перемагничивания
Описанные в гл. 4 и '5 методы измерения Тн затруднительно ис-
пользовать для исследования режимов самого медленного перемагни-
чивания (Нт^Не) либо в силу принципиальных соображений (изме-
рение тн — xHv по кривой э. д. с, измерение т^1 условно-полного
перемагничивания), либо из-за недопустимо большой погрешности из-
мерения (измерение по кривой магнитного потока). В режимах
.VI
I i|~~i—
геи
I,
лз
ГПИ-1
Рис. 17. Блок-схема установки для измерения вре-
мени перемагничивания в слабых полях.
#w«#c целесообразно пользоваться модификацией метода измере-
ния с отсчетом по нуль-индикатору, которая была применена и опи-
сана разными авторами независимо друг от друга [Л. 4, 5, 12] и
в которой вместо импульсов 1СЧ для перемагничивания используется
постоянный ток. Такая модификация позволяет замерять тн в ре-
жимах перемагничивания практически от Ят=Ятр. При этом
удается исключить погрешность формирования плоской вершины
импульсов /сч, которая при большой длительности может стать
чрезмерной, и свести погрешность измерения амплитуды /Сч к по-
грешности стрелочных измерительных приборов постоянного тока.
На рис. 17 показана блок-схема установки для измерения в сла-
бых магнитных полях, описанная М. В. Немцовым и Ю. М. Шамае-
вым {Л. 5]. Рис. 18 иллюстрирует временную диаграмму работы
установки; В (Н) — статический цикл гистерезиса испытуемого сер-
дечника. Сердечник перемагничивается в исходное магнитное со-
40

loan ! Г (ПОСМ
jcv (Постоянный
тон)
}
стояние импульсами /зап * в обмотке wlt которые формируются
генератором ГИ (см. рис. 17). Запуск Г И осуществляется вспомо-
гательным синхронизирующим генератором ГСИ, частота работы
которого /=3—4 гц (полученный при этом период следования основ-
ных импульсов 250—300 мсек в несколько раз больше измеряемой
длительности). От каждого импульса ГСИ генератор Г И запускается
дважды — непосредственно и через регулируемую линию задержки
ЛЗ. В качестве ЛЗ использует-
ся фантастронная схема, по-
зволяющая изменять время за-
держки от 10 мкеек до
100 мсек и более. Диоды Д\
и Д на выходе Г И служат
для отсечки обратного тока
генератора.
Таким образом, после каж«
дого основного импульса
(/зап) следует контрольный
ИМПуЛЬС /к.зап ТОЙ Же 8МПЛИ-
туды и длительности. Постоян-
ный ток /сч протекает в об-
мотке w2 и замеряется стре»
лочным амперметром высоко-
го класса.
Интервал Гк.Сч всегда за-
ведомо больше измеряемой
величины тн. Если также ин-
тервал Гсч^Тн, процессы пе-
ремагничивания импульсом
/зап И ИМПуЛЬСОМ /к.зап ПрО-
текают одинаково. Импульсы
Э. Д. С. £/3ап И {/к.зап СОВМе-
щаются на экране осциллоско-
па (нуль-индикатора) и совпа-
меныне по амплитуде и площади, чем импульс £/зап.
дают друг с друом в пределах его чувствительности.^ С умень-
шением ТСч при помощи ЛЗ ниже граничного значения тн наблю-
даем «раздвоение» осциллограммы — импульс £/к.3ап становится
Описываемый метод измерения тн в слабых магнитных полях по
существу сходен с методом измерения хнх (см. § 17), поскольку для
контроля используется импульс тока /к.зап той же полярности, что
/зап, и контролируется совпадение импульса э. д. с. Us&n с импуль-
сом э. д. с. £/к.зап. Контроль по совпадению импульсов Э. Д. С. Uc4
и ик.сч затруднен из-за их малой амплитуды. Технически же опи-
сываемый метод ближе к методу измерения с контролем по
осциллоскопу (см. § 19).
Требования к осциллоскопу и условия обеспечения минимальной
погрешности Ах совпадают с изложенными в § 19. Численной оценки
At для данного метода не приводится, поскольку расчет процесса
перемагничивания в режимах ЯШ«ЯС по формулам (1)—(3) и
(Г)—(3') затруднен.
Рис. 18. Временная диаграмма из-
мерения времени перемагничива-
ния в слабых магнитных полях,
а —ток перемагничивания; б — э. д. с.
при перемагничивании.
* Обозначения, использованные в статье [Л. 5], изменены в соответствии
с принятыми в настоящей работе.
41

w If II 11 II
\ I U»1 'cv* 1счз~~ Jew* \ ^/
Г Айва седьмая
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОБРАТИМОГО ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
В настоящей главе рассматривается время обратимого перемаг*
ййчиванйя в случае воздействия, импульсами такой полярности, ко-
торые при большей амплитуде Я™ и (или) длительности Т могут
вызвать необратимые процессы. Время обратимого перемагничива-
ния импульсами, подтверждающими состояние остаточного магнит-
ного потока Фг (по участку Фг—Фт), особого интереса не пред-
ставляет, поскольку это время
однозначно связано4 е перед-
ним фронтом перемагнйчиваю-
щего тока *.
Из определения т0 в § 2
можно предположив, что наи-
более просто измерение этой
величины при воздействий им-
пульсов тока /сч ограниченней
длительности ГСч. Максималь-
ное значение ГСч, при кото-
ром еще наблюдается восста-
новление исходного магнитного
состояния сердечника йлй из-
менение этого состояния' не*
превышает заданного ограни-
ченного уровня, и есть т0. По-
этому техника измерения т0
сходна с техникой измерения
Та, Описанной в § 17—19. Замер т0> в частности, успешно произво-
дился на описанной выше установке для замера т% с использова-
нием осциллоскопа в качестве нуль-индикатора.
В большинстве практических случаев важен параметр т0, изме-:
рейный в режиме многократного воздействия импульсами /Сч- Про-
стейшая программа импульсов тока для измерения т0 показана на
рис. 19. Импульс /зап служит для установки в исходное магнитное
состояние, после чего подается несколько импульсов считывания
/сч1—/счп- Если длительность этих импульсов Гсч превышает т0,
происходит частичное разрушение исходного состояния. При этом
площадь импульса э. д. с. UC4i оказывается большей, чем площадь
последующих импульсов э. д. с. Контроль граничного значения
rC4=t0 может производиться по нуль-индикатору потока, на кото-
рый подаются обе полярности импульса UC4i (интервал включения
нуль-индикатора обозначен на рис. 19 штриховкой) или по раз-
двоению совмещенной осциллограммы импульсов UC4i и £/Счп, ана-
логично тому, как это производится для измерения хн (см. гл. 6).
Допустимая степень разрушения исходного магнитного состояния
задается величиной зоны нечувствительности нуль-индикатора —
для осциллоскопа площадью луча, очерчивающего осциллограмму
импульса иСчп:
б)
Рис. 19. Программа имлульоов при
измерении времени обратимого
перемагничивания.
а — импульсы тока; б — импульсы
э. д. с. Штриховкой показан интервал
включения нуль-индикатора.
dt.
(61)
* «Однозначно связано» не значит .«равно» — из-за наличия вязкости
42

Все соображения касательно задания зоны нечувствительности й
погрешности измерения т*, приведенные в § 18 и 19, сохраняют свою
силу и для t0. Введения в программу специальных контрольных
импульсов /к, как правило, не требуется — их роль выполняют сами
ИМПуЛЬСЫ /сч-
Если импульсы /сч имеют очень малую длительность (единицы
и десятки наносекунд) и крутые фронты, их использование в каче-
стве контрольных затруднительно. В таких случаях возможно вклю-
чение нуль-индикатора потока на обе полярности импульса (/зап.
Для того чтобы в качестве нуль-индикатора применить осциллоскоп,
следует ввести в программу импульс /к.зап (на рис. 19 показан
пунктиром), такой же, как импульс /Зап. Контроль производится по
раздвоению совмещенной осциллограммы импульсов э. д. с. £/3ап
И t/к.зап»
Если допустимая степень разрушения исходного магнитного со-
стояния сравнительно велика (больше 5—10% от Фг), использова-
ние осциллоскопа в качестве нуль-индикатора не всегда возможно.
Приходится интегрировать импульсы iL/3an и (/к.зап и оценивать
разницу в их площади, например, по методу, предложенному
К. К. Гомоюновым [Л. 11] (см. § 17).
В настоящее время не существует общепризнанных аналитиче-
ских формул, описывающих процесс перемагничивания в режимах,
в которых измеряется время обратимого перемагничивания, поэтому
расчет погрешности измерения Ат0 затруднен. .В настоящей работе
выполнение этого расчета нецелесообразно также и по той причине,
что известен только один метод измерения т0 и его погрешность не
с чем сравнивать. Однако, поскольку при измерении используется
нуль-индикатор, погрешность этого измерения достаточно мала —
не более 5—10%.
Глава восьмая
СООТНОШЕНИЯ ЧИСЛОВЫХ ВЕЛИЧИН И ПОГРЕШНОСТЕЙ
ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ. ГРАНИЦЫ
ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДОВ
Как было отмечено в гл. 1, величины тн и tM, измеряемые раз-
личными методами, принципиально и численно отличаются друг от
друга. Кроме того, для тех или иных методов числовые величины т
могут отличаться вследствие разных уровней отсчета, выбранных
при измерения, разной чувствительности нуль-индикатора и т. п.
Величины погрешности, рассчитанные в настоящей работе для
различных методов, в известной мере условны и характеризуют
какой-то определенный уровень измерительной техники. Разумеется,
при использовании, например, более точных интегрирующих устройств
погрешности измерения т по кривой потока будут снижены. Однако
с таким же успехом можно рассчитывать на использование осцил-
лоскопов с меньшими горизонтальной и вертикальной погрешностя-
ми и соответственно — на снижение погрешностей измерения т по
кривой э. д. с. Аналогично при использовании нуль-индикаторов
с более стабильной зоной нечувствительности можно снизить по-
грешность измерения т по длительности импульса тока.
4

В настоящее время в отечественной практике общепринят [метод
измерения % по осциллограмме выходного сигнала э. д. с. (х*, см.
§ 9) с отсчетом по уровню 0,1 от максимума амплитуды этого сиг-
нала Um. Поэтому ниже, говоря об измерении х*1, хнп и т. д., мы
будем соотносить эти величины с х*, замеренным по уровню 0,Шт#
Изменение выбранного уровня отсчета существенно влияет на чис-
ловую величину х*. Например, при изменении уровня с 0,1 Um до
0,05i/m время х£ возрастает, как правило, в 1,3 — 1,6 раза. Кроме
того, при граничных значениях длительности переднего фронта им-
пульса тока считывания возможна двузначность измерения х* с раз-
ницей 15—20%.
Числовая величина хнг близка к х* и также в значительной
мере зависит от выбранного уровня отсчета (на заднем фронте). Для
крутого переднего фронта импульса /сч величина х*1 отличается от хн
незначительно; для пологого переднего фронта /сч величина хнх на
15—20% больше х*. При прочих равных условиях числовые значения
хнп меньше х* на 5 — 10%; соответственно xHv меньше х*1 также на
5 - 10о/в.
Как и при измерении хн по кривой э. д. с, числовая величина х„
сильно зависит от выбранных уровней начала и конца отсчета. Уровни
0,1 и 0,9 полного перепада являются общепринятыми; величина Хд
при таких уровнях получается значительно меньшей, чем в других
методах измерения %, и в большинстве случаев составляет, например,
0,7—0,8x* (при замере по уровню 0,1 Um).
Метод измерения хнх по длительности импульса тока с опреде-
лением по перепаду потока является, по существу, усовершенствова-
нием обычного метода измерения Хд по перепаду потока (г*). Точка
окончания интервала хнх при прочих равных условиях в пределах по-
грешности практически совпадает с точкой окончания интервала Хд .
За счет того, что точка начала интервала хнх располагается значи-
тельно раньше, числовые величины хнх оказываются бблыпими, [чем
х^ ,. и для уровня отсчета 0,9 от первоначального перепада почти
совпадают с хн .
В большинстве практических случаев числовые величины времени
условно-полного перемагничивания Хд1 близки к хн. Отличие вели-
чин х^п и х^111 от х^1, по существу (см. § 15), представляет собой
систематическую погрешность измерения xjf1 на установке с нуль-инди-
катором; при достаточно высокой чувствительности нуль-индикатора
это отличие не превосходит нескольких процентов.
Числовые значения хх, замеряемого по длительности импульса
тока с использованием нуль-индикатора, зависят от чувствительности
44

этого нуль-индикатора. Значения, близкие к т*, получаются при зоне
нечувствительности ei =(0,05—0,1 )Фт. Для ферритовых сердечников
размерами 1,0X0,7X0,35 мм это соответствует зоне нечувствитель-
ности порядка Ю-9—10~10 вб или использованию в качестве нуль-
индикатора осциллоскопа С1-8 (С1-15) и площади контрольного им-
пульса э. д. с. на его экране 2—4 см2. Если нечувствительность
нуль-индикатора выбрана большей, числовое значение tx ,
V
естественно, возрастает. Например, при Si =(0,001—0,005)Фт т;н =
= (2,0-2,5)^.
Расчетные и экспериментальные значения тн при перемагничи-
вании ферритовых сердечников марок 2 ВТ и 1,3 ВТ в типовых
режимах (см. § 6) сведены в таблицу (приложение 1). В этой же
таблице указаны величины погрешностей, вычисленные по форму-
лам, приведенным в настоящей работе, с теми условиями и допу-
щениями, которые были сделаны в § 4.
Как видно из таблицы, погрешности измерения времени необрати-
мого перемагничивания непосредственно по кривым переходного про-
цесса (кривой э. д. с. и кривой магнитного потока) весьма велики:
[Дт* — Д^]Макс Для рассмотренных случаев колеблются от 20 до 25%
и сильно зависят от режимов перемагничивания. Так, погрешность изме-
рения для крутого переднего фронта импульса тока считывания
существенно меньше, чем для пологого. При измерении уровня от-
счета с 0,1 Um до 0,05 Um погрешность Дт* возрастает в 1,5 —
1,7 раза, поскольку отсчет производится на более пологих участках
кривой э. д. с. Величина погрешности Дт^1 примерно совпадает с ве-
личиной Дт* для крутого переднего фронта импульса тока считыва-
ния.
Сравнение погрешностей методов измерения тн по кривой магнит-
ного потока (Тд и ТдТ), требующих использования интегрирующих
устройств, с методами измерения тн по выходному сигналу на экране
осциллоскопа затруднено. Величины погрешностей Дт^ и Дт^1 , вы-
численные в § 13 и 15 (см. также приложение 1) условны, однако
они в какой-то мере отражают состояние в существующей практике
измерений.
Метод измерения т*х по длительности импульса тока с оценкой
завершения перемагничивания по перепаду потока обеспечивает более
высокую точность измерения, чем методы измерения непосредственно
по кривой потока. При прочих равных условиях [Дтнх]макс в 2—3 ра-
за меньше, чем [Ат£]Маке и [Дт^макс, а Дх^х — в 1,5 — 2,5 раза
меньше, чем Дт^ и 1 .
Методы измерения тн с использованием нуль-индикатора ока-
зываются примерно на порядок более точными, чем методы измере-
ния непосредственно по кривым переходного процесса. Усложнение
аппаратуры при этом, как правило, себя оправдывает. Особо следует
отметить метод измерения по длительности импульса тока с использо-
ванием в качестве нуль-индикатора осциллоскопа; при тех же тех-
45

нических характеристиках измерительной аппаратуры, что и для
наиболее простого и распространенного измерения ъ1н по выходному
сигналу, этот метод обеспечивает точность, в 3—7 раз более вы-
сокую.
Однако при значительном уменьшении ©j возрастает до 2
и выше, а погрешность измерения Ах* увеличивается, поскольку мы вы-
ходим на более пологий участок кривых Ф (t) и U (t).
Область применимости всех методов измерения тн по осцилло-
грамме выходного сигнала э. д. с. практически ограничивается сред-
ним участком характеристики 1/тн(Ят). На начальном участке воз-
растают погрешность измерения и разность (Фт—Ф^), определяю-
щая различие между абсолютным и практическим завершением
переходного процесса. На участке быстрого перемагничивания
(тн<010 нсек) для сохранения погрешности в допустимых пределах
необходимо использование осциллоскопов с полосой пропускания
частот до 200—300 Мгц и выше.
Применимость методов измерения тн по кривой магнитного по-
тока принципиально неограниченна, однако недопустимо большие
величины погрешности являются серьезным ограничивающим факто-
ром. Область применимости методов измерения времени условно-
полного перемагничивания, по определению, ограничивается циклами
гистерезиса, заведомо близкими к предельному.
С точки зрения применимости метод измерения тн по длитель-
ности импульса тока с использованием нуль-индикатора безусловно
является наиболее гибким. Он позволяет проводить измерения вплоть
до значений тн порядка единиц наносекунд. Модификация этого
метода, описанная в § 20, является практически единственной, по-
зволяющей проводить исследования- процессов перемагничивания
в слабых импульсных полях. Наконец, при измерении времени обра-
тимого перемагничивания т0 метод измерения по длительности им-
пульса тока также является практически единственным.
Количество методов измерения тм значительно меньше, чем
в случае измерения тн. Этот временной параметр вводится в систе-
му параметров сравнительно редко, и трудно сказать, какой метод
измерения тм наиболее распространен. Измерение тм по длитель-
ности импульса тока, естественно, невозможно.
Числовые значения т^1 очень близки к для крутого переднего
фронта импульсов считывания и на 10—15% превышают тм для поло-
гого переднего фронта..Числовые значения т^11 практически совпадают
.Величины погрешности Дтм почти одинаковы для всех трех ме-
тодов измерения, описанных в § 11 и 14.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
I. В настоящее время известно большое количество методов
измерения времени необратимого перемагничивания тн и времени
достижения максимума выходного сигнала тм. Каждым методом
46

измеряется своя величина т, принципиально отличная от других
методов. Корреляция между этими величинами затруднена.
2. Бессмысленно говорить о погрешности измерения т одним
методом относительно другого метода. Погрешности измерения мож-
но рассматривать только для каждого метода в отдельности. Важ-
ным критерием метода является погрешность измерения при задан-
ных технических характеристиках аппаратуры.
3. Наибольшая погрешность измерения времени перемагничива-
ния имеет место в методах непосредственной оценки по кривым
переходного процесса — кривой э. д. с. и кривой магнитного потока.
Кроме того, при отсчете начала интервала tH(tM) по кривой э. д. с.
возможна неоднозначность замера, увеличивающая погрешность
в 1,5—2 раза.
. 4. С точки зрения аппаратуры наиболее сложными являются ме-
тоды измерения тн(тм) по кривой потока, требующие использования
интегрирующих устройств.
5. Методы измерения тн по осциллограмме выходного сигнала
могут быть рекомендованы только для случаев, когда требуется
чисто качественная оценка времени перемагничивания или имеется
возможность сравнения с некоторой заданной величиной (например,
сравнение тн проверяемого сердечника с тн эталонного, перемагни-
чиваемого точно в том же режиме — от общей намагничивающей
обмотки). Методы измерения непосредственно по кривой магнитного
потока при имеющейся отечественной аппаратуре серийного вы-
пуска, вероятно, не могут быть рекомендованы ни для каких слу-
чаев.
6. При измерении времени перемагничивания тн и т0 по дли-
тельности импульса перемагничивающего тока " погрешность значи-
тельно уменьшается. Измерение времени достижения максимума
выходного сигнала tM этими методами невозможно.
7. Наиболее высокую точность обеспечивают методы с использо-
ванием нуль-индикатора. С точки зрения аппаратуры наиболее
прост метод, в котором нуль-индикатор служит осциллоскопом.
Практически этот метод не уступает в простоте и наглядности наи-
более распространенному методу измерения тн по кривой э. д. с,
превосходя его в точности в 3—7 раз.
8. Область применимости методов измерения тн по кривой
э. д. с. ограничена средним участком характеристики 1/тн(#т). Ме-
тоды измерения тн по кривой потока не имеют принципиальных
ограничений, кроме метода измерения времени условно-полного пере-
магничивания (область его применимости ограничивается циклами
гистерезиса, близкими к предельному). С точки зрения применимо-
сти наибольшей гибкостью обладает метод измерения тн по длитель-
ности импульса тока с использованием нуль-индикатора.
9. Измерение времени обратимого перемагничивания т0 воз-
можно, по существу, только одним методом — по длительности им-
пульса тока считывания. Отсчет по нуль-индикатору, в частности,
по осциллоскопу в режиме нуль-индикатора, обеспечивает при этом
достаточно высокую точность измерения.

am я <u $ g
■ К Д Л К §°ж
S Л Э К Я ri-i
* 5 « .в к
? 2 о " j) рй и
SC3w s< a.
SsScug
% 3 s S
о <u
<u a>
о со
03 Д
a, со
St
4» Ж rv| и CL)
с« со со Т. s о
U £ Я %Й §
, со К
о©4
w Я си тс
я л л
П.Ч я
си рз со
с н a
о я & S §
« a § Э *
2 я
IS
й ^
си сз
S Ч
я со
я я
со
о"
со
о"
CD
о"
CD
сГ
СМ
CD
CD
О СО о се
«8* .«
<D s -С CD
ago a.
a S g S
8
к
9 о
5 « ю ч
§!§.§
я q ca
S <D M
а- о
О 4
о cd 0 л о
^ о
S 8
£ CD
is-
is
I =
д Я о
н о
О
•—
о
аз с
я я
ft ю
£ о ^
ЕС w
S w
о
Си Ч
О) . Ч
Н В
аз я"
к ^ о
о н с?
О а) >» •
«6Г с
м ° S *
к Н я
so •
CD w ^
ю 2 ж
о s ir* •
tc о •
5 CD СС
« * o-w
СЗ й CD О
« я е н
eiread&Lim
ojowdBdeweH 9иыэьвыб090

н
К се
Si. cu
о, 0>
OS 8
3as
5 »
5 ffl о и Л e о
Я Л со Н ^
а§ s к g>
а; <ц
£я С о J Н(н
S га Я S н ел -
й « 8 Л и g*j
« Л со e
86«>s §
« £ 2 и ^
CQ 2 » су
О JO
BS . §
о со s
со Д ^
рц CO
а> со
CD*
CD~
00
CO
CO
Ю
CO
1С
CO
см
со
CD
CD
CD
О
CD
CM
CD
W CO
H К
О со
с
с*
1ё
8§
•§1
&8
о©
С
о
о • *
U CU О)
о £ я
ч Н s
о о g
сой
CQ к
2 я
ВС
р S s
Я Я Ф
Н й Е°«
5* СО СО сО
/is cu СО
СО а.К и
О) 53 CD
еда,
Я •
со
Я со
2 g
S о
я а,
о
я н
Он со
в «
я
н
о i
Я д •
Я СО
Я Ш •
2 со о
я § •
CU У СО
д я а,
о
S s н
о и я *
о о
КС Н
ясч я
я •
я
я •
СО
CQ •
со о •
si •
я S я §
в St!
я csj я
я _
Я CL)
£ Я
Б1геас1эхни oj
•ошэвйэшеи эинэьенеоро
49

I
sr со
t( су
a a,
QJ <V
У В
Я 2
n £
о я
и Я ai 5
<g*iS
LG
of
LO
о <u
£ 5 *
н я *
<u о» и «
?: н: e *
о CO s
со a ^
О 0s
S « о у а ** S
о
о"
5 £ £ а
йЧ со J4
о» со я ^
а н со <и
^ О) су Я
of
СО
ю
СО
со
X
2 ч
2 то
Я д
If
вггввйэхни
олоюэвйэлен эинэьвнеоро
о ^
Л Oug
е» <L)
ш
С ев К
8£ з
s о s
н » я*
о ж g
О 0) д
ас ег и
й ° 2
g о s
§ 1 g
о о В
• • • о
Л Он g
. с? су ^
>> CQ «
• С со W
£ т я
• К со
»К со
•sos
н « £
-г. О ВС Е
g 1 о §
§ 9> ° 2
2» с? 1 е
ч сг w
2 « 05
со К
2 ?П
""а
CD О
ю о
0)
S
о о-н
н в °
СО , CD
«
5
fc( CD
л о
Я
>> S
со
W
03
Sii I §s *
8 8 *$ в СО
Я п LLS it оо v--4
я
X х
е
50

Приложение 2
Использованные обозначения
В — магнитная индукция
Вг — остаточная магнитная индукция
Вт — максимальная магнитная индук-
ция
Ф — поток магнитной индукции
Фг — остаточный поток
Фт — максимальный поток
0 — э. д. с. (текущее значение)
Um — амплитуда импульса э. д. с.
/ — время (текущее значение)
t — интервал времени
/ — ток перемагничивания
S — сечение сердечника
w — число витков обмотки сердечника
Н — напряженность магнитного ноля
Нт — амплитуда импульса напряженно-
сти
Н0 — поле «старта»
#тр — поле «строгания» (начала необра-
тимых процессов перемагничива-
ния)
t
Фд = 1 [Н (t) — Н0] dt — действующий заряд при
О перемагничивании;
гт — максимальная величина приведен-
ного динамического сопротивления
ферромагнетика с ППГ
Sw — коэффициент переключения фер-
ромагнетика с ППГ
Т — длительность импульса тока пере-
магничивания
Тп.ф—длительность переднего фронта
импульса тока
Тн — время необратимого перемагничи-
вания
Тм — время достижения максимума сиг-
нала э. д. с.
То — время обратимого перемагничива-
ния
т1, т11, т1П, ... — временные параметры, замеренные
различными методами
ct, Р, Y» °» 8 — составляющие погрешности изме-
рения
Ата, Дтр, .. .— слагаемые общей погрешности из-
мерения, обусловленные теми или
иными составляющими;
макс» [Ахо]макс — максимальная погрешность измере-
ния соответствующего временного
параметра;
Д^н» Д*м. — среднеквадратичная погрешность
измерения соответствующего вре-
меннбго параметра.
51

ЛИТЕРАТУРА
1. Иоффе А. Ф., Филинов Е. Н., Измерение параметров
ферритовых сердечников с ППГ, Госэнергоиздат, 1963.
2. Пирогов А. И., Ш а м а е в Ю. М., Магнитные сердечники
в автоматике и вычислительной технике, изд-во «Энергия»,
1967.
3. В и з у н Ю. И., Аппаратура для исследования свойств магнит-
ных сердечников, изд. ИТМ и ВТ, 1957.
4. В и з у н Ю. И., Ферритовые сердечники для запоминающих
устройств, изд. ИТМ и IBT, 1963.
5. Немцов М. В., Шамаев Ю. М., Исследование процессов
переключения кольцевых сердечников с прямоугольной петлей
гистерезиса в слабых магнитных полях, Труды МЭИ, вып. 60,
ч. 2, 1965 1(стр. 87—99).
6. К р у п с к и й А. А., Т а т у р В. Е., Аппаратура для контроля
элементов, узлов и устройств памяти ЭЦВМ, изд. ИТМ и ВТ,
1967.
7. G у orgy Е. М., lHagedorn.F. В., Uniform rotational flux
reversal of ferrite toroids, Journal of Applied Physics, 1959. v. 30,
№ 9, p. 1368-^1375.
,8. Тарасов С. И., Измерение параметров магнитных сердечни-
ков, изд. ВЦ АН СССР, 1967.
9. Кравченко В. Б., Липман 'Р. А., Построение аппаратуры
контроля параметров ферритовых сердечников на основе изме-
рителя среднего значения напряжения. Доклады НТК МЭИ
1966—1967. Секция автоматики, вычислительной и измеритель-
ной техники, подсекция инженерной электрофизики.
10. Козлов О. 1П., Кравченко В. Б., Липман Р. А., Лабо-
раторная установка и приборы для измерения магнитных пото-
ков и времени перемагничивания малогабаритных магнитных
сердечников. Материалы III совещания по проблемам магнит-
ных измерений и магнитно-измерительной аппаратуры, Ленин-
град, 1968, секция № 2, тема «Методы и аппаратура для испы-
тания магнитных пленок и материалов с прямоугольной петлей
гистерезиса».
11. Г о м о ю н о в К. К-, Способ определения магнитных свойств
ферромагнитных сердечников. Авт. свид. № 119249, бюллетень
изобретений № 8, 1959.
12. Визун Ю. И., Крупский А. А., Способ определения вре-
мени переходных процессов в магнитных сердечниках. Авт.
свид. № 182232, бюллетень изобретений № 11, 1966.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Основные определения 4
1. Время необратимого перемагничивания ..... 5
2. Время обратимого перемагничивания 5
3. Время достижения максимума сигнала ..... 5
4. Погрешность измерения времени перемагничивания . 6
Глава вторая. Режимы перемагничивания .... 7
5. Программы импульсов 8
6. Расчетные соотношения . . 9
Глава третья. Составляющие погрешности измерения . 11
7. Погрешности формирования И
8. Погрешности наблюдения 15
Глава четвертая. Измерение времени перемагничивания
по кривой э. д. с. . . 17
9. Определение начала интервала времени тн по кривой
э. д. с 17
10. Определение начала интервала времени тн по перед-
нему фронту импульса тока считывания .... 20
11. Измерение интервала времени тм 21
112. Определение величины тн как удвоенного времени тм 24
Глава пятая. Измерение времени перемагничивания по
кривой магнитного потока 24
13. Измерение тн по кривой потока от ОД до 0,9 полного
перепада 26
14. Измерение тм по кривой потока от 0,1 до 0,5 полного
перепада . 27
15. Измерение времени условно-полного перемагничивания 27
16. Измерение времени условно-полного перемагничивания
с использованием нуль-индикатора 28
Глава шестая. Измерение времени необратимого пере-
магничивания по длительности импульса перемагничиваю-
щего тока 32
17. Определение завершения перемагничивания по пере-
паду потока 32
18. Определение завершения перемагничивания по нуль-
индикатору 34
53

19. Использование осциллоскопа в качестве нуль-индика-
тора 37
20. Измерение тн с отсчетом по нуль-индикатору в режи-
мах медленного перемагничивания 40
Глава седьмая. Измерение времени обратимого перемаг-
ничивания 42
Глава восьмая. Соотношения числовых величин и по-
грешностей для различных методов измерения. Границы
применимости методов . . . . . . ... . 43
Заключение 46
Приложение /.Таблица основных методов измерения времени
необратимого перемагничивания 48
Приложение 2. Использованные обозначения 51
Литература 52

«БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ»
Готовятся к печати
Адасько В. И. и др., Устройства ввода-вывода современных вычи-
слительных машин.
Алиев Р. А., Промышленные инвариантные системы автоматическо-
го управления.
Ольсевич Л. Е. и др., Двубазовые диоды в автоматике.
Войчук Л. М., Метод структурного синтеза нелинейных систем авто-
матического управления.
Бухгольц В. П., Тисевич Э. Г., Емкостные преобразователи в систе-
мах автоматического контроля и управления.
Валитов Р. А. и др., Генераторы стимулирующих сигналов для авто-
матических систем контроля.
Видинеев Ю. Д., Автоматическое непрерывное дозирование газов.
Горбатов В. А., Схемы управления ЦВМ и графы.
Иванчук Б. Н., Рувинов Б. Параметрические стабилизаторы на-
пряжения на полупроводниковых приборах и магнитных уси-
лителях.
Казинер Ю. Я., Слободкин М. С, Пневматические исполнительные
устройства в системах автоматического управления.
Корольков Н. В., Марышева Г. И., Логические элементы ЦВМ на
тонких ферромагнитных пленках.
Куликовский Л. Ф. и др., Трансформаторные функциональные пре-
образователи с профилированными вторичными контурами.
Левин В. М., Расходомеры малых расходов для схем промышлен-
ной автоматики.
Лейман А. А., Автогенераторные датчики и реле.
Лихтциндер М. #., Автоматические экспоненциальные устройства
для переработки измерительной информации.
Павлов В. В., Никитин А. В., Логические блоки для управления
исполнительными механизмами.
Пилипчатин Е. Н., Логические блоки АСВТ.
Плужников В. М., Семенов В. С, Пьезокерамические твердые схемы.
Розенцвит Ц. И., Эйгенброт В. М., Задающие устройства.
Свет В. Д., Оптические методы обработки сигналов.
Трейер В. В., Елизаров А. В., Электрохимические интегрирующие
и аналоговые запоминающие устройства.
Устинский А. П., Дифференциальные электромагнитные муфты и ко-
робки передач.
Харазов К- И., Реле с магнитоуправляемыми контактами.
Хомерики О. К-, Применение гальваномагнитных датчиков в устрой-
ствах автоматики и измерения.
Черевычник Ю. К., Эксплуатация схем на тиратронах тлеющего
разряда.
Чудаков А. Д., Цифровые устройства шневматикн.
55

Крупский Александр Александрович
Измерение времени перемагничивания сердечников в магнитных
элементах цифровой техники
Редактор А. Ф. Иоффе
Технический редактор Л. А. Степанова
Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 28/IV 1970 г. Подписано к печати 7/1 1971 г. Т-03004
Формат 84X108Vsa Бумага типографская № 2
Усл. печ. л. 2,94 Уч.-изд. л. 3,57
Тираж 7 000 экз. Цена 18 коп. Зак. 1197
Издательство .Энергия". Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Шлюзовая наб., 10.