НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для неразрушающего вихретокового контроля параметров ферромагнитных и электропроводных материалов, для измерения магнитной проницаемости, электропроводности, механических напряжений, твердости, для сортировки сталей по маркам, когда неизбежны изменения величины воздушного зазора под полюсом преобразователя.

Известен накладной вихретоковой преобразователь для неразрушающего контроля параметров материалов, состоящий из стержневого магнитопровода, на котором расположены обмотки возбуждения и симметрично по обе ее стороны две дифференциально включенные измерительные обмотки [1] .

При использовании преобразователь устанавливается на поверхность контролируемого материала, обмотка возбуждения подключается к источнику переменного тока, а измерительная - к измерительному прибору. В зависимости от электромагнитных свойств контролируемого материала, например от магнитной проницаемости, симметрия магнитных полей рассеяния нарушается и на выходе измерительной обмотки возникает напряжение, которое измеряется прибором. По величине зафиксированного сигнала, пользуясь предварительно построенным тарировочным графиком зависимости выходного напряжения от контролируемого параметра, определяют интересующий параметр, например магнитную проницаемость.

Известный преобразователь имеет существенный недостаток, он не позволяет отстроиться от влияния на результаты измерения колебаний воздушного зазора под полюсом преобразователя, т. е. имеет не высокую точность контроля.

Наиболее близок по технической сущности и принципу реализации накладной вихретоковый преобразователь фирмы "Ферстер", содержащий стержневой магнитопровод, на котором размещены аксиальные обмотки - измерительная и возбуждающая, каждая из обмоток выполнена в виде двух дифференциально включенных секций, полюс преобразователя выполнен сферической формы [2] .

При использовании преобразователь устанавливается на поверхность контролируемого материала, возбуждающая обмотка подключается к источнику переменного тока, а измерительная - к измерительному прибору. По величине измеренного напряжения на выходе измерительной обмотки судят о контролируемом параметре, например магнитной проницаемости, пользуясь предварительно построенным тарировочным графиком зависимости выходного напряжения от величины интересующего параметра.

Известная конструкция измерительного преобразователя позволяет отстроиться от колебаний преобразователя относительно нормали к поверхности материала за счет сферической формы полюса, что является достоинством преобразователя.

Однако, известная конструкция преобразователя не позволяет отстроиться от влияния колебаний воздушного зазора под полюсом преобразователя на точность контроля, а следовательно, имеет невысокую точность контроля.

Цель изобретения - повышение точности контроля преобразователем.

Цель достигается тем, что накладной вихретоковый преобразователь, содержащий стержневой магнитопровод и размещенные на нем аксиальные обмотки - измерительную и возбуждающую, возбуждающая обмотка состоит из двух последовательно-встречно включенных секций, снабжен экранирующей обмоткой, замкнутой переменным резистором, охватывающей одну из секций возбуждающей обмотки, а измерительная обмотка размещена между секциями возбуждающей обмотки и выполнена дискообразной формы.

На фиг. 1 показана конструкция накладного вихретокового преобразователя; на фиг. 2 - зависимость выходного сигнала преобразователя от величины воздушного зазора между полюсом преобразователя и поверхностью контролируемого материала.

Накладной вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля содержит стержневой магнитопровод 1 и размещенные на нем аксиальные обмотки - измерительную обмотку 2 и возбуждающую, состоящую из двух последовательно-встречно включенных секций 3 и 4. Секция 3 охвачена концентрической экранирующей обмоткой 5, замкнутой накоротко переменным резистором 6. Измерительная обмотка 2 размещена между секциями 3 и 4 и выполнена дискообразной формы.

Применение экранирующей обмотки 5 позволяет за счет величины переменного резистора 6 установить сдвиг по фазе между электродвижущими силами, наводимыми в общей измерительной обмотке 2, при котором возникает экстремальное значение напряжения на выходе измерительной обмотки 2 при определенной величине воздушного зазораΔпод полюсом преобразователя.

Выполнение измерительной обмотки дискообразной формы позволило сделать зависимость выходного напряжения в основном от смещения встречных потоков Φ₂ и Φ₃, а следовательно, отстроиться и от изменения полей рассеяния вокруг секций возбуждающей обмотки.

Перед использованием преобразователь калибруют. Подключают измерительную обмотку 2 к измерительному прибору 7, а возбуждающую обмотку, выходом секций 3 и 4 - к источнику 8 переменного тока. Размещают преобразователь перпендикулярно к поверхности эталонного материала 9 с известной величиной параметра, например, магнитной проницаемостью, ставят резистор R в положение, соответствующее минимальному его сопротивлению, и перемещают преобразователь перпендикулярно поверхности эталонного образца 9, по измерительному прибору 7 фиксируют экстремальное значение выходного сигнала Iвых в момент, когда стрела аналогового прибора, например микроамперметра, начинает отклоняться по шкале прибора в другую сторону. Затем аналогичные измерения проводят на эталонных образцах с другими значениями параметра. По полученным результатам строят тарировочный график зависимости выходного сигнала преобразователя от величины интересующего параметра, например марки стали. Аналогичные тарировочные зависимости строят для ряда значений сопротивления. Из полученных тарировочных зависимостей выбирают рациональную зависимость с учетом принятого критерия: например, максимальная чувствительность, максимальная величина воздушного зазора между преобразователем и поверхностью контролируемого материала и другие.

На фиг. 2 показаны экспериментальные экстремальные зависимости, полученные при тарировке разработанного преобразователя, для контроля марки сталей Ст. 3 и Ст. 40Х. Из зависимостей следует, что контроль марки стали может проводиться бесконтактным методом без подготовки поверхности, так как значения экстремума зависимостей для Ст. 40Х и Ст. 3 фиксируются при определенной величине воздушного зазора под полюсом преобразователя. При тарировке используется преобразователь с параметрами: длина стрежневого магнитопровода 12 мм, радиус 4 мм, число витков возбуждающей обмотки 2х150, число витков измерительной обмотки 200, ток возбуждения 30 мА, частота тока возбуждения 32 кГц. В качестве индикатора используется микроамперметр типа М2003. Число витков экранирующей обмотки 4, значение сопротивления резисторов 6 R = 6,8 Ом.

При использовании преобразователь устанавливают перпендикулярно к поверхности контролируемого материала 9, возбуждающую обмотку подключают к источнику 8 переменного тока, а измерительную обмотку 4 - к измерительному прибору 7. Плавно перемещают магнитопровод преобразователя к поверхности контролируемого материала и фиксируют величину выходного сигнала в момент, когда I_вых = ϕ(Δ) имеет экстремальное значение, например минимальное. По величине зафиксированного сигнала по тарировочному графику определяют интересующий параметр, например марку стали. Разработанная конструкция преобразователя по сравнению с прототипом позволяет провести полную отстройку от влияния изменений воздушного зазора, так как экстремум зависимости определяется бесконтактным методом, что резко повышает точность измерений. (56) 1. Справочник под ред. В. В. Клюева. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. М. : Машиностроение, 1986, с. 61.

2. В. Г. Герасимов и др. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитным методом. М. : Энергия, 1978, с. 165.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля параметров ферромагнитных электропроводных материалов, для измерений магнитной проницаемости, электропроводности, механических напряжений, твердости, для сортировки сталей по маркам, когда неизбежны изменения величины воздушного зазора под полюсом преобразователя. Накладной вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля содержит стержневой магнитопровод и размещенные на нем аксиальные обмотки - возбуждающую и измерительную, возбуждающая обмотка состоит из двух последовательно-встречно включенных секций, одна из которых охвачена концентрической экранирующей обмоткой, замкнутой переменым резистором, а измерительная обмотка размещена между секциями возбуждающей обмотки и выполнена дискообразной формы, что обеспечивает бесконтактное измерение интересующих параметров. Особенно эффективно применение преобразователя тогда, когда подготовка поверхности материала нежелательна, например, при измерении механических напряжений, электропроводности, твердости и других параметров. 2 ил.

НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ для неразрушающего контроля, содержащий стержневой магнитопровод и размещенные на нем аксиальные обмотки - измерительную и возбуждающую, состоящую из двух последовательно встречно включенных секций, отличающийся тем, что он снабжен экранирующей обмоткой, замкнутой переменным резистором, охватывающей одну из секций возбуждающей обмотки, а измерительная обмотка размещена между секциями возбуждающей обмотки и выполнена дискообразной формы.