ТЕПЛОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 1994 года по МПК G01N25/72 

Изобретение относится к неразрушающему методу контроля качества металлических и неметаллических композиционных материалов и клеемеханических соединений путем тепловой дефектоскопии.

Известен тепловизионный дефектоскоп, содержащий источник нагрева, тепловизионную камеру, связанную с видеоконтрольным устройством, блок коммутации, блок памяти, два формирователя сигналов, блок команд, блок вычитания, причем тепловизионная камера соединена через блок коммутации с входами блока памяти и первого формирователя сигналов, выход первого формирователя непосредственно, а выход блока памяти через второй формирователь соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с видеоконтрольным устройством, причем блок команд соединен с управляющим входом коммутатора и блоком памяти.

Недостатком известного тепловизионного дефектоскопа является малая глубина дефектоскопии.

Известен теплометрический дефектоскоп, наиболее близкий к предлагаемому, содержащий нагреватель, установленный в одном корпусе с первичным преобразователем теплового потока, терморегулятор, соединенный с первичным преобразователем, индикатор дефекта, детектор уровня, соединенный с индикатором дефекта, интегральный канал, состоящий из последовательно соединенных интегратора и аттенюатора, подключенного к первому входу дефекта уровня, и последовательно соединенных дифференциатора и амплитудного детектора, подключенного к второму входу детектора уровня, причем входы интегратора и дифференциатора связаны с первичным преобразователем теплового потока, цепь управления, состоящая из измерителя отношений, к входам которого подключены выходы дифференциатора и амплитудного детектора, и триггера, первичный вход которого соединен с выходом измерителя отношений, второй - с выходом первичного преобразователя теплового потока, а выход - с индикатором дефекта интегратора.

Недостатком данного теплометрического дефектоскопа является сравнительно малая глубина дефектоскопии, обусловленная ограничением по энергии подаваемого на испытуемый образец теплового импульса. Увеличение энергии теплового воздействия приводит к значительным температурным перепадам в приповерхностном слое контролируемого образца, что может вызвать в нем физико-химические превращения и механические разрушения.

Целью изобретения является повышение информационной способности дефектоскопа. Последнее выражается в том, что определение дефекта в образце осуществляется на большую глубину.

Указанная цель достигается тем, что теплометрический дефектоскоп дополнительно снабжен последовательно соединенными счетчиком, дешифратором и преобразователем кода в напряжение, а также цифровым индикатором, причем вход счетчика подключен к выходу триггера, выход преобразователя - к входу регулятора перепада температур, а вход цифрового индикатора - к выходу дешифратора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием новых элементов схемы - счетчика, дешифратора, преобразователя кода в напряжение, цифрового индикатора и их связями с остальными элементами схемы.

Таким образом, оно соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что счетчик, дешифратор, преобразователь кода в напряжение и цифровой индикатор широко известны в технике, однако введенные в указанной связи с остальными элементами схемы в предложенное устройство для тепловой дефектоскопии они позволяют расширить его функциональные возможности. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена структурная схема теплометрического дефектоскопа.

Теплометрический дефектоскоп содержит тепловую головку 1 с первичным преобразователем 2 теплового потока (ППТП) и нагревателем 3, разделенных металлической стенкой 4, электронный регулятор 5 перепада температур, связанный с нагревателем 3, интегральный 6 и дифференциальный 7 каналы, подключенные к выходу ППТП 2.

Интегральный канал 6 состоит из последовательно соединенных интегратора 8 аттенюатора 9, а дифференциальный канал 7 - из последовательно соединенных дифференциатора 10 и амплитудного детектора 11. Выходы каналов 6 и 7 соединены с входами детектора 12 уровня, соединенного своим выходом с входом индикатора 13 дефекта. Вход и выход амплитудного детектора 11 соединены с измерителем 14 отношения, который совместно с последовательно соединенным триггером 15 образует цепь управления. Выход триггера 15 соединен с интегратором 8 и с индикатором 13 дефекта. Выход ППТП также подключен к входу триггера 15. На чертеже также показан контролируемый образец 16 с внутренним дефектом 17. Выход триггера 15 также подключен к последовательно соединенным счетчику импульсов 18, дешифратору 19 и цифровому индикатору 20. Выход дешифратора 19 через последовательно соединенный преобразователь 21 кода в напряжение связан с задатчиком регулятора 5.

Устройство работает следующим образом.

Нагреватель 3 создается тепловой поток со стороны стенки 4, который регистрируется ППТП 2. Заданное значение теплового потока обеспечивается регулятором 5 температуры с вмонтированным в него задатчиком температуры перегрева над температурой окружающей среды.

Перед проведением контроля качества материалов устройство предварительно калибруется на эталонном бездефектном образце.

В процессе контроля напряжение с выхода ППТП 2 поступает на интегратор 8 и дифференциатор 10 и переключает триггер 15. Интегратор 8 вычисляет определенный интеграл напряжения, пропорционального тепловому потоку через ППТП 2 с момента начала контроля до установления стационарного состояния. Сигнал контроля определяется спадом на выходе триггера 15.

Скорость изменения напряжения на выходе ППТП 2 регистрируется дифференциатором 10, которая прямо пропорциональна скорости изменения теплового потока, поглощаемого контролируемым образцом 16. Напряжение U₁₀ с выхода дифференциатора 10 поступает на амплитудный детектор 11. Выходное напряжение U₁₁ амплитудного детектора 11 равно максимальному значению производной dU₁₀/dτ (τ - время) и характеризует максимальную скорость убывания теплового потока через ППТП 2. Напряжения U₁₀ и U₁₁ с выходов дифференциатора 10 и детектора 11 поступают на входы измерителя 14 отношения. Последний формирует управляющий сигнал, переключающий триггер 15 в исходное состояние, при достижении определенного отношения напряжений на его входах, например (U₁₁/U₁₀) ≥ 3.

В итоге измеритель 14 отношения индуцирует наличие квазистационарного состояния, определяемого как уменьшение скорости нагрева контролируемого образца в заданное количество раз, например в 3 раза, по сравнению с максимальной. С выхода триггера 15 сигнал поступает на интегратор 8 и одновременно на вход индикатора 13 дефекта, разрешая индикацию измерения.

Выходное напряжение интегратора 8, подаваемое через калибровочный аттенюатор 9 на вход детектора 12 уровня, пропорционально количеству тепла, необходимого для нагрева контролируемого образца 16 до определенной установившейся температуры, т.е. величине объемной теплоемкости контролируемого участка.

Участок контролируемого образца с дефектом имеет меньшую теплоемкость, чем бездефектный участок, из-за уменьшения его плотности. Поэтому входное напряжение детектора 12 уровня при контроле образца с дефектом меньше, чем при контроле бездефектного участка, на величину, пропорциональную разнице объемных теплоемкостей контролируемого и эталонного образцов.

Выходное напряжение с амплитудного детектора 11 поступает на второй вход детектора 12 уровня. Это напряжение характеризует скорость нагрева контролируемого образца, зависящее от объемной теплоемкости и теплового сопротивления испытуемого образца. В образцах с дефектом типа нарушения сплошности меньшая постоянная времени, чем в бездефектном. Таким образом, напряжение на втором входе детектора 12 уровня при контроле образца с дефектом увеличивается на величину, пропорциональную разности тепловых постоянных времени контролируемого и эталонного образцов.

Разность входных напряжений фиксируется детектором 12 уровня, что увеличивает чувствительность дефектоскопа. На синфазные изменения входных напряжений, связанные с погрешностями измерений, детектор 12 уровня не реагирует. С его выхода сигнал поступает на индикатор 13, который индицирует состояние контролируемого участка (дефект, нет дефекта) только при поступлении на второй вход индикатора 13 разрешающего сигнала с выхода триггера 15.

В исходном состоянии в счетчике 18 записана единица. При переключении (сбросе) триггера 15 в счетчик 18 записывается дополнительная единица, на выходе счетчика устанавливается число 2. Число со счетчика через дешифратор 19 и преобразователь 21 кода в напряжение устанавливает задающее напряжение на регуляторе 5 перепада температур. Повторные переключения триггера 15 регистрируются на индикаторе 20. Напряжения на выходе преобразователя 21 кода при этом изменяются.

Таким образом, в дефектоскопе осуществляется подача последовательности тепловых импульсов на испытуемый образец, что позволяет прогревать образец на большую глубину и определять дефекты типа нарушения сплошности, более глубоко залегающие при сохранении небольших температурных градиентов в приповерхностном слое испытуемого образца.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле качества металлических и неметаллических композиционных материалов и клеемеханических соединений путем тепловой дефектоскопии. Теплометрический дефектоскоп состоит из тепловой головки 1 с первичным преобразователем 2 теплового потока, нагревателя 3, электронного регулятора 5 перепада температур, интегрального 6 и дифференциального 7 каналов, детектора уровня 12, индикатора дефекта 13, цепи управления, счетчика импульсов 18, дешифратора 19, преобразователя кода 21 в напряжение и цифрового индикатора 20. Новым в устройстве является наличие счетчика импульсов, дешифратора, преобразователя кода в напряжение и цифрового индикатора, которые позволяют осуществлять подачу последовательности тепловых импульсов на испытуемый образец и определять величину этой последовательности, что повышает глубину дефектоскопии. 1 ил.

ТЕПЛОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕФЕКТОСКОП, содержащий нагреватель, установленный в одном корпусе с первичным преобразователем теплового потока, регулятор перепада температур, соединенный с первичным преобразователем, индикатор дефекта, детектор уровня, соединенный с индикатором дефекта, интегральный канал, состоящий из последовательно соединенных интегратора и аттенюатора, подключенного к первому входу детектора уровня, и дифференциальный канал, состоящий из последовательно соединенных дифференциатора и амплитудного детектора, подключенного к второму входу детектора уровня, а также цепь управления, состоящую из измерителя отношений, к входам которого подключены выходы дифференциатора и амплитудного детектора, и триггера, первый вход которого соединен с выходом измерителя отношений, второй - с выходом первичного преобразователя теплового потока, а выход - с индикатором дефекта и интегратором, причем входы интегратора и дифференциатора связаны с первичным преобразователем теплового потока, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен последовательно соединенными счетчиком импульсов, дешифратором, преобразователем кода в напряжение, а также цифровым индикатором количества тепловых импульсов, причем вход счетчика связан с выходом триггера, выход преобразователя кода в напряжение подключен к входу регулятора перепада температур, а вход цифрового индикатора соединен с выходом дешифратора.