ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля электрофизических свойств материалов и изделий.

Известен электромагнитный (накладной вихретоковый) преобразователь, содержащий цилиндрический стержневой магнитопровод, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, предназначенный для контроля электрофизических параметров электропроводящих материалов [Герасимов В.Г., В.В. Клюев, В.Е. Шатерников. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983, 272 с.].

Недостатками этого преобразователя являются зависимость выходного сигнала от температуры, локальных неровностей и кривизны поверхности изделия, а также сильно выраженный краевой эффект, т.е. зависимость выходного сигнала от расстояния до краев объекта контроля.

Наиболее близким по технической сущности является накладной вихретоковый преобразователь по авторскому свидетельству [Авторское свидетельство СССР 1370542, кл. G 01 N 27/90, 1981]. Преобразователь содержит ферритовый сердечник с расположенными на нем измерительной и возбуждающей катушками. Рабочая часть сердечника выполнена в виде усеченного конуса, размеры которого связаны соотношением
α = 60+200√(1,978λ-0,349)/(2,748λ-2,450),
где λ - отношение диаметров оснований конуса, 0≤λ≤0,176,
с нанесенным на нем износостойким покрытием. Рабочая часть сердечника предназначена для размещения на контролируемом изделии. Измерительная катушка связана с блоком измерения параметров сигнала, возбуждающая катушка соединена с генератором и предназначена для возбуждения вихревых токов в изделии. Конструкция и заданные геометрические соотношения ферритового сердечника позволяют отстроиться от влияния неровностей поверхности объекта контроля на выходной сигнал преобразователя.

Недостатками известного преобразователя являются зависимость точности преобразования электрофизических параметров материала в параметры выходного сигнала от площади зоны контроля, которая в свою очередь зависит от электрофизических свойств и толщины изделия и поэтому является непостоянной, а также зависимость выходного сигнала от температуры и сильно выраженный краевой эффект.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности преобразования электрофизических параметров материала за счет обеспечения фиксированной площади зоны контроля, отстройки от влияния локальных неровностей и кривизны поверхности изделия, краевого эффекта и температуры окружающей среды.

Технический результат достигается за счет того, что известная конструкция преобразователя, содержащая ферритовый сердечник, рабочая часть которого покрыта износостойким материалом, измерительную и возбуждающую катушки, согласно изобретению снабжена компенсационной катушкой, включенной дифференциально с измерительной так, что измерительная катушка расположена у поверхности объекта контроля; а возбуждающая - между измерительной и компенсационной катушками, вся конструкция помещена коаксиально в цилиндрический ферритовый корпус, открытый со стороны объекта контроля и имеющий отверстие для перемещения сердечника с противоположного торца, полость корпуса залита компаундом с возможностью перемещения сердечника внутри катушек без перекоса, а также содержит пружинный упор, обеспечивающий прижим рабочей части ферритового сердечника к поверхности изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Электромагнитный преобразователь состоит из ферритового цилиндрического корпуса 1, внутри корпуса расположены измерительная, возбуждающая и компенсационная катушки 3, 4, 5 соответственно, залитые компаундом 6. Коаксиально корпусу и катушкам с возможностью перемещения без перекосов расположен ферритовый сердечник 2. Ферритовый сердечник имеет упорный буртик 7, предотвращающий его выпадение из корпуса. Между нерабочим торцом сердечника и упором 9 расположена пружина 8, обеспечивающая перемещение сердечника относительно корпуса преобразователя при изменении кривизны поверхности объекта контроля 10. Для возможности контроля изделий с локальной неровностью или кривизной поверхности рабочая часть сердечника выполнена в виде усеченного конуса, размеры которого связаны соотношением по авторскому свидетельству [Авторское свидетельство СССР 1370542, кл. G 01 N 27/90, 1981, и покрыта износостойким материалом, а торцовая поверхность корпуса преобразователя, обращенная к объекту контроля, снабжена щеткой из ферромагнитной упругой проволоки 11 (фиг.2). Вместо пружинного упора для прижима сердечника к поверхности изделия может быть использована мембрана из эластичного материала 12, прикрепленная к корпусу преобразователя с помощью кольца 13 (фиг. 3). Для повышения разрешающей способности преобразователя рабочая часть сердечника может быть выполнена в виде полусферы из износостойкого ферромагнитного материала 14 (фиг.4).

Электромагнитный преобразователь работает следующим образом.

При установке цилиндрического ферритового корпуса 1 на поверхность контролируемого изделия 10 рабочая часть ферритового цилиндрического сердечника 2 пружинным упором 8, 9 (фиг.1) или мембраной 12 (фиг.3) прижимается к поверхности изделия. Электромагнитное поле, создаваемое возбуждающей катушкой 4 преобразователя, наводит в контролируемом изделии 10 вихревые токи. Поле рассеяния вихревых токов наводит в измерительной катушке 3 преобразователя вносимую электродвижущую силу. Компенсационная катушка 5 включена дифференциально с измерительной, поэтому изменения параметров измерительной катушки 3, вызванные изменением температуры окружающей среды и другими внешними помехами, компенсируются изменениями параметров компенсационной катушки 5.

Магнитный поток, создаваемый возбуждающей катушкой 4, замыкается по магнитной цепи сердечник - контролируемое изделие - ферритовый корпус, поэтому зона контроля поверхности изделия остается постоянной при изменении в широких пределах толщины изделия, расстояния до краев изделия и электрофизических параметров металла. Влияние локальных неровностей поверхности изделия на выходной сигнал устраняется за счет выполнения рабочей части сердечника 2 в виде усеченного конуса с заданным соотношением размеров. Влияние кривизны поверхности изделия как с положительным, так и с отрицательным радиусом кривизны устраняется тем, что рабочая часть сердечника прижимается к поверхности объекта контроля пружинным упором 8, 9 или мембраной 12, а торцевая поверхность цилиндрического ферромагнитного корпуса преобразователя 1 со стороны объекта контроля снабжена щеткой 11 из упругой ферромагнитной проволоки. Тем самым достигается задача изобретения, заключающаяся в обеспечении фиксированной зоны контроля и повышении точности измерения электрофизических параметров (электрической проводимости и магнитной проницаемости) материалов и изделий. При изготовлении рабочей части сердечника в виде полусферы 14 (фиг.4) наибольшая интенсивность переменного магнитного поля будет сосредоточена в месте контакта рабочей части сердечника и поверхности изделия, и соответственно наибольший вклад в сигнал измерительной обмотки вносят вихревые токи, сосредоточенные именно в этой зоне, за счет чего повышается разрешающая способность контроля электрофизических параметров материала изделия.

Переменный магнитный поток, возбуждаемый током в катушке возбуждения, замыкается по магнитной цепи сердечник - контролируемое изделие - корпус преобразователя. При этом площадь поперечного сечения ферритового корпуса должна быть не меньше площади поперечного сечения сердечника, для обеспечения этого должно выполняться условие:
R_вш ²-R_вн ²≥R²,
где R_вш и R_вн - соответственно радиус внешней и внутренней поверхности корпуса преобразователя;
R - радиус сердечника.

В этом случае площадь зоны контроля ограничивается поверхностью изделия между торцом сердечника и торцом корпуса преобразователя. Этим устраняется влияние на преобразование электрофизических параметров материала изменения площади зоны контроля в зависимости от электрофизических свойств материала, толщины изделия и расстояния до краев изделия.

ЭДС, наводимая в измерительной обмотке, определяется магнитным потоком, циркулирующим в магнитной цепи, и вторичным магнитным потоком вихревых токов, возбуждаемых в контролируемой зоне поверхности изделия. В компенсационной катушке наводится ЭДС, определяемая только магнитным потоком, циркулирующим в магнитной цепи. При дифференциальном соединении измерительной и компенсационной катушек результирующий выходной сигнал определяется лишь магнитным полем вихревых токов и однозначно связан с электрофизическими параметрами материала изделия в зоне контроля.

Вместо пружинного упора для обеспечения прижима сердечника к поверхности изделия можно использовать гибкую мембрану из эластичного материала.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость" и может быть использовано для контроля качества металла в машиностроении, а так же в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности при сооружении и эксплуатации трубопроводов, колонных аппаратов, насосно-компрессорного оборудования.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля электрофизических параметров материалов и изделий. Технический результат: повышение точности и разрешающей способности преобразования путем обеспечения постоянства площади зоны контроля, а также исключение влияния неровности исследуемой поверхности, краевого эффекта и внешних помех на выходной сигнал электромагнитного преобразователя. Сущность: преобразователь содержит ферритовый сердечник, рабочая часть которого покрыта износостойким материалом, измерительную, возбуждающую и компенсационную катушку, включенную дифференциально с измерительной. Измерительная катушка расположена у поверхности объекта контроля, а возбуждающая - между измерительной и компенсационной катушками. Конструкция помещена коаксиально в цилиндрический ферритовый корпус, открытый со стороны объекта контроля и имеющий отверстие для перемещения сердечника с противоположного торца. Полость корпуса залита компаундом с возможностью перемещения сердечника внутри катушек без перекоса. Торцевая часть цилиндрического ферритового корпуса, обращенная к объекту контроля, по периметру снабжена щеткой из ферромагнитной упругой проволоки, а противоположный торец корпуса снабжен пружинным или эластичным мембранным упором, обеспечивающим прижим рабочей части ферритового сердечника к поверхности изделия. Рабочая часть ферритового сердечника выполнена в виде усеченного конуса с заданными размерами или полусферы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электромагнитный преобразователь, содержащий цилиндрический ферритовый сердечник, рабочая часть которого покрыта износостойким материалом, с расположенными на нем возбуждающей и измерительной катушками, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен компенсационной катушкой, включенной дифференциально с измерительной, причем измерительная катушка расположена у поверхности объекта контроля, а возбуждающая - между измерительной и компенсационной катушками, и вся конструкция помещена коаксиально в цилиндрический ферритовый корпус, открытый со стороны объекта контроля и имеющий отверстие для перемещения сердечника с противоположного торца, полость корпуса залита компаундом с возможностью перемещения сердечника внутри катушек без перекоса, кроме того, он содержит пружинный упор, обеспечивающий прижим рабочей части ферритового сердечника к поверхности изделия. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что толщина стенки цилиндрического ферритового корпуса определяется условием
R² _вш-R² _вн≥R²,
где R² _вш и R² _вн - соответственно радиус внешней и внутренней поверхности корпуса преобразователя;
R - радиус сердечника. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что рабочая часть ферритового сердечника выполнена в виде усеченного конуса с заданным соотношением размеров или в виде полусферы из износостойкого ферромагнитного материала. 4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что торцевая часть цилиндрического ферритового корпуса, обращенная к объекту контроля, по периметру снабжена щеткой из ферромагнитной упругой проволоки. 5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения прижима подвижного ферритового сердечника к поверхности изделия, к торцу корпуса, противоположному к объекту контроля, прикреплена мембрана из эластичного материала.