ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ К ДЕФЕКТОСКОПУ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов.

Известен электромагнитный преобразователь к дефектоскопу, содержащий по меньшей мере один измерительный элемент в виде двух вложенных друг в друга и дифференциально включенных катушек индуктивности, возбуждающую систему, состоящую из электрически замкнутого токопровода с плоским активным участком, и замкнутого магнитопровода с токовой обмоткой, индуктивно сцепленной с электрически замкнутым контуром, образованным токопроводом, а измерительные элементы размещены в зоне активного участка токопровода [1]
Недостаток известного электромагнитного преобразователя состоит в том, что он не позволяет выявлять трещины, ориентированные вдоль возбуждаемых вихревых токов, а при взаимодействии с трещинами, перпендикулярными исходным контурам вихревого тока, регистрируются сигналы только в концевых зонах трещин. Кроме того при возбуждении вихревых токов плоской шиной с током глубина контроля существенно меньше потенциально достижимой.

Наиболее близок к предложенному по технической сущности, принятый за прототип, электромагнитный преобразователь к дефектоскопу, содержащий, возбуждающую систему в виде П-образного или C-образного магнитопровода с обмоткой и измерительный элемент, расположенный симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода и состоящий из двух дифференциально включенных накладных катушек индуктивности со стержневыми сердечниками [2]
Известный электромагнитный преобразователь не обладает потенциально достижимым уровнем балансировки, сохраняемым при взаимодействии электромагнитного материала с бездефектными объектами независимо от их удельной электрической проводимости, магнитной проницаемости и вариации рабочего зазора между поверхностью контролируемого объекта и рабочим торцом измерительного элемента. Это приводит к необходимости установки нуля перед контролем путем введения компенсирующего напряжения и поддержания стабильного рабочего зазора, при вариации которого происходит разбалансировка преобразователя. По этой же причине известный электромагнитный преобразователь обладает чувствительностью к дефектам ниже потенциально достижимой. При сканировании контролируемой поверхности известным преобразователем возможен пропуск локальных дефектов, проходящих между катушками измерительного элемента.

Задача изобретения повышение чувствительности к дефектам и производительности контроля при одновременной отстройке от вариации электромагнитных свойств материала и вариации рабочего зазора.

Поставленная задача в электромагнитном преобразователе к дефектоскопу, содержащему возбуждающую систему в виде П-образного или C-образного магнитопровода с обмоткой и сбалансированный измерительный элемент, расположенный симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода и состоящий из двух дифференциально включенных катушек индуктивности и сердечника, достигается благодаря тому, что, согласно изобретению, катушки индуктивности выполнены вложенными друг в друга, а сердечник измерительного элемента размещен соосно с ними.

Дополнительно, поставленная цель достигается благодаря тому, что сердечник выполнен из магнитодиэлектрика, а его параметры выбраны из условия:
ΔLв/2 < ΔL < 1,5ΔLв,
где ΔL максимально возможное изменение индуктивности измерительного элемента за счет размещения на его оси сердечника;
ΔLв изменение индуктивности измерительного элемента при изменении числа витков его внешней катушки на один виток.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что размер T рабочего торца магнитопровода в направлении, перпендикулярном к линии, проходящей через оба торца выбирается из условия D_h <T, где D_h внешний диаметр измерительного элемента.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что обмотка магнитопровода равномерно размещена на его части, отстоящей от обоих торцов на величину P > 0,5D_h.

Рекомендуется для защиты измерительного элемента и магнитопровода от образного действия поверхности контролируемых объектов, снабдить преобразователь защитной пластиной из немагнитного металла, полностью закрывающей рабочий торец, преобразователя, a толщину T и удельную электрическую проводимость σ материала пластины выбирать из соотношений
T < 0,2 мм, σ < 4 мСм/М.
На фиг.1 приведена конструкция предлагаемого электромагнитного преобразователя к дефектоскопу с П-образным магнитопроводом; на фиг.2 отдельно показана возбуждающая система с C-образным магнитопроводом.

Электромагнитный преобразователь к дефектоскопу, содержит возбуждающую систему в виде П-образного (фиг.1) или C-образного (фиг.2) магнитопровода 1 с обмоткой 2 и измерительный элемент 3, расположенный симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода 1 и состоящий из двух дифференциально включенных катушек 4 и 5 индуктивности и магнитодиэлектрического сердечника 6, катушки индуктивности 4 и 5 выполнены вложенными друг в друга. Сердечник 6 измерительного элемента размещен на общей для катушек 4 и 5 оси.

Размеры сердечника 6 и магнитная проницаемость его материала выбираются из условия:
ΔLв/2 < ΔL < 1,5ΔLв,
где ΔL максимально возможное изменение индуктивности измерительного элемента 3 за счет размещения на его оси сердечника 6;
ΔLв изменение индуктивности измерительного элемента при изменении числа витков его внешней катушки на один виток.

Размер T рабочего торца магнитопровода 1 в направлении, перпендикулярном к линии, проходящей через оба торца, рекомендуется выбирать из условия D_h <T, где D_h внешний диаметр измерительного элемента 3.

Обмотку 2 магнитопровода 1 рекомендуется равномерно размещать на его части, отстоящей от обоих торцов на величину P > 0,5D_h.

Для защиты измерительного элемента 5 и магнитопровода 1 от абразивного действия поверхности контролируемых объектов, преобразователь снабжен защитной пластиной 7 из немагнитного материала, полностью закрывающей рабочий торец преобразователя. Толщину T и удельную электрическую проводимость σ материала пластины рекомендуется выбирать из соотношений
T < 0,2 мм, σ < 4 мСм/М.
Электромагнитный преобразователь работает следующим образом.

При изготовлении преобразователя балансируют его измерительный элемент 5 путем подбора числа витков катушек 4 и 5. Эта балансировка может быть проведена с точностью до одного витка. При этом число витков внешней катушки 5 выбирают так, чтобы вносимое в нее возбуждающей системой напряжение превышало напряжение, вносимое во внутреннюю катушку 4. Затем подключают возбуждающую обмотку 2 к генератору гармонического напряжения, а выход измерительного элемента 5 к измерительному прибору, например, к милливольтметру. Вводят сердечник 6, плавно перемещая его вдоль общей оси катушек 4 и 5 и регистрируя напряжение разбаланса. Сердечник 6 фиксируют в каркасе измерительного элемента 3 при достижении минимума регистрируемого напряжения разбаланса. Сердечник 6 не должен нарушать симметрию магнитного поля, что приведет к появлению разбаланса при электромагнитном взаимодействии преобразователя с бездефектным объектом. Поэтому он должен быть расположен соосно с катушками 4 и 5. Наличие сердечник 6 приводит к выравниванию магнитной связи обеих катушек 4 и 5 с локальными неоднородностями (дефектами). Поэтому электромагнитное влияние сердечника должно быть минимальным, что достигается при выполнении рекомендуемого соотношения. Для удобства подбора размеров сердечника, представляющего из себя ферритовую крошку, целесообразно изготавливать его из материала с относительной магнитной проницаемостью не более 5.

Перед контролем обмотку 2 подключают к генератору гармонического напряжения дефектоскопа (не показан), а выход измерительного элемента 3 к его измерительному блоку (не показан). Измерительный блок в простейшем случае может представлять из себя измеритель амплитуды гармонического напряжения. Возбуждаемые на контролируемом участке вихревые токи образуют систему контуров, замыкающихся вокруг каждого из торцов магнитопровода. Создаваемое ими магнитное поле симметрично, если в объекте контроля нет нарушений сплошности. При нарушении этой симметрии за счет дефекта, контура вихревых токов деформируются. Эта деформация приводит к различию напряжений, вносимых в катушки 4 и 5. В результате появится напряжение на выходе измерительного элемента 3. Нарушение симметрии происходит при наличии любого локального дефекта, а также при взаимодействии с длинной трещиной, не параллельной боковой поверхности магнитопровода 1. Если трещина параллельна боковой поверхности магнитопровода 1, то при сканировании будут зарегистрированы импульсы напряжения, имеющие максимумы в зоне концов трещины, а строго в ее центре сигнал будет отсутствовать.

Несимметрия магнитного поля возбуждающей системы приводит к тому, что уровень балансировки при взаимодействии с бездефектным объектом зависит от его электромагнитных свойств и величины рабочего зазора между торцом преобразователя и поверхностью контролируемого участка. Степень несимметрии уменьшается при увеличении ширины магнитопровода и удалении витков обмотки 2 от торцов магнитопровода 1. При выполнении рекомендуемых соотношений удается добиться приемлемой степени симметрии возбуждающей системы.

Высокая степень балансировки преобразователя, без нарушения степени балансировки в присутствии объекта контроля, позволяет существенно повысить чувствительность к дефектам и обеспечить возможность выявления дефектов при повышенных зазорах и их вариации в широких пределах.

Для защиты торца преобразователя от абразивного действия применяется защитная пластина 7, которая ослабляет магнитное взаимодействие с контролируемым участком. При рекомендуемых параметрах это ослабление не превышает 10% от полезного сигнала, что вполне приемлемо. При этом получаемые плюсы за счет надежности защиты торца преобразователя, технологичности и простоты в изготовлении заметно превышают минусы за счет незначительного снижения чувствительности.

По сравнению с известными преобразователями предлагаемый электромагнитный преобразователь имеет следующие преимущества:
более высокую чувствительность к дефектам за счет повышенного уровня балансировки;
более высокую производительность, за счет того, что ширина зоны контроля примерно равна ширине торцов магнитопровода;
практически полное подавление вариации рабочего зазора и электромагнитных свойств, за счет сохранения уровня балансировки при воздействии любых металлообъектов без неоднородностей.

Использование: изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов. Сущность изобретения: преобразователь к дефектоскопу содержит возбуждающую систему в виде П-образного магнитопровода 1 с обмоткой 2 и измерительный элемент 3, расположенный симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода 1 и состоящий из двух дифференциально включенных катушек 4 и 5 индуктивности и магнитодиэлектрического сердечника 6, катушки 4 и 5 индуктивности расположены коаксиально и имеют общий рабочий торец. Сердечник 6 измерительного элемента размещен соосно с катушками 4 и 5. Размеры сердечника 6 и его магнитная проницаемость выбираются из условия: ΔLв/2 < ΔL < 1,5ΔLв , где ΔL - максимально возможное изменение индуктивности измерительного элемента 3 за счет размещения на его оси сердечника 6; ΔLв - изменение индуктивности измерительного элемента при изменении числа витков его внешней катушки на один виток. Размер T рабочего торца магнитопровода 1 в направлении, перпендикулярном к линии, проходящей через оба торца, рекоментуется выбирать из условий D_Н < T, где D_Н - внешний диаметр измерительного элемента 3. Обмотку 2 магнитопровода 1 рекомендуется равномерно размещать на его части, отстоящей от обоих торцов на величину P > 0,5D_Н. Для защиты измерительного элемента 5 и магнитопровода 1 преобразователь снабжен защитной пластиной 7 из немагнитного металла. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Электромагнитный преобразователь к дефектоскопу, содержащий возбуждающую систему в виде П-образного или С-образного магнитопровода с обмоткой и сбалансированный измерительный элемент, расположенный симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода и состоящий из двух дифференциально включенных катушек индуктивности, отличающийся тем, что катушки индуктивности расположены коаксиально и имеют общий рабочий торец. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен магнитодиэлектрическим сердечником, размещенным соосно с катушками индуктивности, а его параметры выбраны из условия
ΔL_в/2 < -L < 1,5 -L_в,
где L максимально возможное изменение индуктивности измерительного элемента за счет размещения на его оси сердечника;
L_в изменение индуктивности измерительного элемента при изменении числа витков его внешней катушки на один виток. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что размер Т рабочего торца магнитопровода в направлении, перпендикулярном к линии, проходящей через оба торца, выбирается из условия D_н < Т, где D_н внешний диаметр измерительного элемента. 4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что обмотка магнитопровода равномерно размещена на его части, отстоящей от обоих торцов на величину Р > 0,5 D_н0. 5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, он снабжен защитной пластиной из немагнитного металла, закрывающей торец всего преобразователя, а толщина и удельная электрическая проводимость материала пластины выбираются из соотношения
T < 0,2 мм, σ < 2 мСм/м.о