ПРИСТАВНОЕ УСТРОЙСТВО КОЭРЦИТИМЕТРА Российский патент 2008 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к области измерения переменных магнитных величин и магнитных свойств образцов и изделий, может быть применено для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов.

Известны приставные (накладные) магнитные устройства (ПМУ) [1] для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров. Они содержат разомкнутый (П- или С-образный) магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленной на нем катушкой (обмоткой), соединенной с источником питания, и преобразователь (измеритель) магнитного поля, соединенный с источником возбуждения и преобразования сигнала. Измеритель магнитного поля может быть установлен как в магнитной цепи магнитопровода, так и между полюсами последнего [2]. При определении коэрцитивной силы ПМУ устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого в катушку подается плавно увеличивающийся размагничивающий ток. При показаниях измерителя магнитного поля, равных нулю или заданному значению, производится отсчет тока размагничивания, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является ПМУ коэрцитиметра, описанное в [3]. Оно содержит намагничивающий элемент в виде катушки намагничивания, установленной на разомкнутый магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, и магнитометрический блок. Последний состоит из катушки размагничивания, установленной на магнитопровод, и измерителя магнитного поля - феррозонда, установленного в магнитной цепи ПМУ. При определении коэрцитивной силы ПМУ устанавливается на контролируемое изделие, в катушку намагничивания подается ток от источника питания, после выключения которого в катушку размагничивания подается плавно увеличивающийся размагничивающий ток. При показаниях измерителя магнитного поля, равных нулю или заданному значению, производится отсчет тока размагничивания, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия.

Известные устройства обладают следующими недостатками: ограниченные функциональные возможности аппаратуры из-за необходимости фиксации положения ПМУ на контролируемом участке на время намагничивания и измерения параметров при размагничивании; низкая производительность контроля и документирования результатов при снятии большого количества показаний в различных точках массивных и протяженных изделий; большое энергопотребление прибора, связанное с необходимостью использовать большие токи намагничивания.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства, снижение его энергопотребления, увеличение производительности контроля и документирования результатов.

Указанный технический результат достигается тем, что в приставном устройстве коэрцитиметра, содержащем намагничивающий элемент и магнитометрический блок с измерителем магнитного поля, согласно изобретению намагничивающий элемент выполнен автономным, жестко или шарнирно соединен с магнитометрическим блоком, причем устройство выполнено с возможностью перемещения относительно контролируемого изделия в направлении от магнитометрического блока к намагничивающему элементу.

Намагничивающий элемент выполнен с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства, например, на основе постоянного магнита или в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания.

Магнитометрический блок выполнен в виде разомкнутого магнитопровода, замыкаемого контролируемым изделием, с обмоткой размагничивания, а измеритель магнитного поля установлен в одном из полюсов магнитопровода с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, причем плоскость магнитопровода перпендикулярна направлению перемещения устройства. Блок может быть дополнительно снабжен измерителем магнитного поля, установленным в другом полюсе магнитопровода, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, причем измерители соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю магнитопровода.

Измеритель магнитного поля может быть установлен вблизи центра рабочей поверхности магнитометрического блока, а его ось чувствительности параллельна указанной поверхности и перпендикулярна направлению перемещения устройства. Магнитометрический блок может быть снабжен вторым измерителем магнитного поля, установленным параллельно первому измерителю со стороны, противоположной рабочей поверхности устройства, и соединенным с ним последовательно-встречно по отношению к однородному магнитному полю.

Устройство может быть дополнительно снабжено измерителем зазора между рабочей поверхностью намагничивающего элемента или магнитометрического блока и поверхностью контролируемого изделия, а также размагничивающим элементом, жестко или шарнирно соединенным с магнитометрическим блоком со стороны, противоположной намагничивающему элементу. Размагничивающий элемент может быть выполнен с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства, например, на основе постоянного магнита (в том числе с обмоткой размагничивания) или в виде магнитопровода с обмоткой размагничивания.

Намагничивающий элемент, магнитометрический блок и размагничивающий элемент могут быть снабжены элементами качения по поверхности контролируемого изделия.

Выполнение намагничивающего элемента автономным, жестко или шарнирно соединенным с магнитометрическим блоком с возможностью перемещения относительно контролируемого изделия в направлении от магнитометрического блока к намагничивающему элементу обеспечивает расширение сферы применения устройства за счет возможности непрерывного (в движении) контроля ферромагнитных изделий по коэрцитивной силе, повышает производительность контроля и документирования его результатов на изделиях большой протяженности, а также КПД устройства за счет применения в качестве намагничивающих элементов постоянных магнитов. Кроме того, повышается точность картографирования (построения топографии распределения) значений коэрцитивной силы на поверхности контролируемого изделия.

Выполнение намагничивающего элемента с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства, например, на основе постоянного магнита или в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, позволяет увеличить точность определения коэрцитивной силы за счет повышения однородности магнитного поля в контролируемой зоне, а также снизить энергозатраты на намагничивание материала изделия до технического насыщения за счет минимизации воздушных зазоров в магнитной цепи.

Выполнение магнитометрического блока в виде разомкнутого магнитопровода, замыкаемого контролируемым изделием, с обмоткой размагничивания и измерителем магнитного поля в одном из полюсов магнитопровода позволяет измерять величину тока размагничивания, соответствующую заданному значению (например, нулю) магнитной индукции в полюсе магнитопровода. Введение второго измерителя магнитного поля, установленного в другом полюсе магнитопровода, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, с последовательно-согласным включением измерителей по отношению к магнитному полю магнитопровода обеспечивает устранение влияния на их показания внешних магнитных полей (например, поля Земли).

Установка измерителя магнитного поля вблизи центра рабочей поверхности магнитометрического блока, когда его ось чувствительности параллельна указанной поверхности и перпендикулярна направлению перемещения устройства, обеспечивает непосредственное измерение напряженности поля остаточного намагничения изделия и определение по ее величине коэрцитивной силы. Прямое измерение напряженности магнитного поля (без систем обратной связи или автокомпенсации) позволяет увеличить производительность контроля за счет увеличения скорости перемещения устройства по поверхности контролируемого изделия, а также снизить энергозатраты, упростить и удешевить аппаратуру за счет упрощения (отсутствие магнитопровода с катушкой и системы автокомпенсации) и снижения энергопотребления магнитометрического блока. При этом введение в магнитометрический блок второго измерителя магнитного поля, установленного параллельно первому измерителю со стороны, противоположной рабочей поверхности устройства, и соединенного с ним последовательно-встречно по отношению к однородному магнитному полю, повышает точность измерений за счет устранения (снижения) влияния внешних однородных магнитных полей, например поля Земли.

Применение в устройстве измерителя зазора между рабочей поверхностью намагничивающего элемента или магнитометрического блока и поверхностью контролируемого изделия дает возможность увеличить точность измерений за счет снижения влияния непостоянства указанного зазора на показания магнитометрического блока.

Введение в устройство размагничивающего элемента, жестко или шарнирно соединенного с магнитометрическим блоком со стороны, противоположной намагничивающему элементу, обеспечивает устранение остаточного намагничения проконтролированного изделия, причем применение обмотки размагничивания дает возможность более точного получения размагниченного состояния на изделиях различных типоразмеров и магнитных свойств. Кроме того, выполнение размагничивающего элемента на основе постоянного магнита повышает КПД устройства за счет снижения энергозатрат на размагничивание.

Снабжение намагничивающего элемента, магнитометрического блока и размагничивающего элемента элементами качения по поверхности контролируемого изделия обеспечивает упрощение процесса передвижения устройства и снижение усилия на его перемещение.

Приставное устройство коэрцитиметра поясняется чертежами, где на фиг.1 показано передвижное устройство с жестким соединением намагничивающего элемента и магнитометрического блока; на фиг.2 - то же с шарнирным соединением элементов при движении устройства по криволинейной поверхности; на фиг.3 - намагничивающий элемент с магнитной цепью на основе постоянного магнита; на фиг.4 - намагничивающий элемент в виде электромагнита (магнитопровода с катушкой намагничивания); на фиг.5 - расположение измерителя магнитного поля в полюсе приставного магнитопровода магнитометрического блока; на фиг.6 - расположение измерителя магнитного поля магнитометрического блока в поле остаточного намагничения изделия; на фиг.7 - передвижное устройство с жестким соединением намагничивающего элемента, магнитометрического блока и размагничивающего элемента; на фиг.8 - размагничивающий элемент в виде постоянного магнита с обмоткой размагничивания; на фиг.9 - передвижное устройство с элементами качения и шарнирным соединением намагничивающего элемента, магнитометрического блока и размагничивающего элемента.

Приставное устройство коэрцитиметра состоит из намагничивающего элемента 1, жестко (фиг.1) или шарнирно (фиг.2) соединенного с магнитометрическим блоком 2, и выполнено подвижным относительно контролируемого изделия 3 в направлении от магнитометрического блока к намагничивающему элементу. Последний может быть выполнен в виде любого источника магнитного поля, например цилиндрической катушки с током или цилиндрического постоянного магнита (не показаны), ось которых перпендикулярна поверхности контролируемого изделия. Магнитометрический блок в этом случае может быть выполнен в виде одного или нескольких измерителей магнитного поля (не показаны), оси чувствительности которых перпендикулярны рабочей поверхности блока (поверхности контролируемого изделия). Однако предпочтительным является выполнение намагничивающего элемента с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства. В этом случае намагничивающий элемент может быть выполнен, например, в виде цельного постоянного магнита 4 (фиг.3) или в виде электромагнита, т.е. магнитопровода 5 (фиг.4) с обмоткой 6 намагничивания, замыкаемых контролируемым изделием 3. Магнитная цепь намагничивающего элемента на основе постоянных магнитов может содержать один или несколько участков магнитопровода (не показаны).

Магнитометрический блок может быть выполнен в виде разомкнутого магнитопровода 7 (фиг.5) с обмоткой 8 размагничивания, в одном из полюсов которого расположен измеритель 9 магнитного поля (например, датчик Холла). Блок может содержать второй измеритель магнитного поля (на фиг.5 не показан), установленный в другом полюсе магнитопровода. При этом измерители, установленные в разных полюсах магнитопровода, соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю последнего.

Магнитометрический блок может быть выполнен в виде корпуса (на фиг.6 не показан) с закрепленным на нем и расположенным вблизи центра рабочей поверхности блока измерителем 10 (фиг.6) магнитного поля (датчиком Холла, феррозондом и т.п.), ось чувствительности которого параллельна указанной поверхности и перпендикулярна направлению перемещения устройства. На корпусе может быть закреплен второй измеритель магнитного поля (на фиг.6 не показан), установленный параллельно первому измерителю со стороны, противоположной рабочей поверхности блока, и соединенный с ним последовательно-встречно по отношению к однородному магнитному полю.

Устройство может быть дополнительно снабжено измерителем зазора между рабочей поверхностью намагничивающего элемента или магнитометрического блока и поверхностью контролируемого изделия, например, в виде измерителя магнитного поля, установленного в полюсе магнитопровода намагничивающего элемента по схеме, аналогичной фиг.5.

Устройство может быть дополнительно снабжено размагничивающим элементом 11, жестко (фиг.7) или шарнирно (фиг.9) соединенным с магнитометрическим блоком 2 со стороны, противоположной намагничивающему элементу 1. Размагничивающий элемент выполнен в виде разомкнутой магнитной цепи, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства. Это может быть цепь на основе постоянного магнита, например сплошного магнита 12 (фиг.8), который дополнительно может быть снабжен обмоткой размагничивания 13, либо на основе магнитопровода с обмоткой размагничивания (аналогично магнитной цепи на фиг.4).

Намагничивающий элемент 1, магнитометрический блок 2 и размагничивающий элемент 11 (фиг.9) могут быть снабжены элементами 14 качения по поверхности контролируемого изделия 3.

Приставное устройство коэрцитиметра работает следующим образом. После установки намагничивающего элемента 1 (фиг.1, 2) и связанного с ним магнитометрического блока 2 на контролируемое изделие 3 устройство перемещается в направлении от блока 2 к элементу 1 (на фигурах показано стрелкой). При этом намагничивающий элемент в виде постоянного магнита 4 (фиг.3) или электромагнита 5, 6 (фиг.4) последовательно намагничивает участки контролируемого изделия, расположенные под ним, до технического насыщения, образуя непрерывное поле остаточного намагничения над изделием, ориентированное перпендикулярно направлению перемещения устройства.

С помощью магнитометрического блока 2, расположенного на заданном (исключающем влияние поля намагничивания на измерения) расстоянии от намагничивающего элемента 1, производится измерение величины, пропорциональной коэрцитивной силе контролируемого участка изделия 3. Это может быть величина тока размагничивания в обмотке 8 магнитопровода 7 (фиг.5), соответствующего показаниям измерителя 9 магнитного поля, равным нулю или заданному значению, либо величина напряженности магнитного поля над контролируемым участком намагниченного изделия, измеренная преобразователем 10 (фиг.6) магнитометрического блока.

Для исключения (снижения) влияния внешних магнитных полей на показания коэрцитиметра магнитометрический блок с магнитопроводом (фиг.5) может быть дополнительно снабжен измерителем магнитного поля (не показан), установленным в другом полюсе магнитопровода 7, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, причем измерители соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю магнитопровода (последовательно-встречно по отношению к внешним магнитным полям, чем достигается устранение их влияния на показания устройства). Аналогичную функцию выполняет дополнительный измеритель магнитного поля в магнитометрическом блоке по фиг.6 (не показан): последовательно-встречное по отношению к однородным магнитным полям включение измерителей, расположенных на разных расстояниях от поверхности контролируемого участка изделия, обеспечивает исключение (снижение) влияния сторонних однородных магнитных полей на показания аппаратуры.

При необходимости производится измерение зазора между рабочей поверхностью (площадкой) намагничивающего элемента или магнитометрического блока и изделием для последующего внесения поправок в результаты определения коэрцитивной силы. Зазор может быть определен, например, по величине магнитной индукции в зазоре между полюсом (полюсами) намагничивающего элемента (постоянного магнита 4 на фиг.3 или магнитопровода 5 с катушкой 6 на фиг.4) и изделием.

После отсчета показаний магнитометрического блока намагниченный участок изделия может быть приведен в статически размагниченное состояние путем воздействия на него размагничивающего поля определенной величины. Это достигается с помощью размагничивающего элемента 11, жестко (фиг.7) или шарнирно (фиг.9) соединенного с магнитометрическим блоком 2 со стороны, противоположной намагничивающему элементу 1. Размагничивающий элемент может быть выполнен на основе постоянного магнита, например в виде сплошного магнита 12 (фиг.8) с заданной магнитодвижущей силой. С помощью обмотки размагничивания 13, установленной на постоянный магнит, можно дополнительно регулировать степень размагниченности изделий в зависимости от их типоразмеров и магнитных свойств. Аналогичную функцию выполняет размагничивающий элемент в виде электромагнита.

Для упрощения процесса перемещения устройства по поверхности контролируемого изделия и снижения усилий, возникающих при этом, намагничивающий элемент 1 (фиг.9), магнитометрический блок 2 и размагничивающий элемент 11 снабжены элементами качения 14 (катками, роликами и т.п.).

Предлагаемое изобретение позволяет существенно расширить сферу применения коэрцитиметров с ПМУ, поскольку обеспечивает непрерывное измерение коэрцитивной силы с высокой производительностью на изделиях большой протяженности (трубопроводы, рельсы, мосты, цистерны и т.п.). При этом упрощается процесс документирования результатов измерений, их привязка (по ходу перемещения устройства) к тем или иным участкам контролируемого изделия, построение топографии распределения значений коэрцитивной силы по поверхности изделия. Кроме того, использование в качестве намагничивающего и размагничивающего элементов устройства постоянных магнитов обеспечивает заметное снижение энергопотребления аппаратуры, позволяет изготовлять коэрцитиметры с автономным питанием, что дополнительно расширяет функциональные возможности устройства за счет доступа к объектам, удаленным от промышленного энергоснабжения.

Источники информации

1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.

2. Приставное устройство коэрцитиметра. Описание изобретения к патенту РФ №2035745, G01R 33/12.

3. Захаров В.А., Михеев М.Н., Францевич В.М. К расчету феррозондового коэрцитиметра с приставным электромагнитом и компенсационной обмоткой. - Дефектоскопия, 1971, №4, с.21-31.

Изобретение относится к области измерения переменных магнитных величин и магнитных свойств образцов и изделий и может быть использовано для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов. Приставное устройство коэрцитиметра содержит намагничивающий элемент и магнитометрический блок с измерителем магнитного поля. Намагничивающий элемент выполнен автономным, жестко или шарнирно соединен с магнитометрическим блоком. Устройство выполнено с возможностью перемещения относительно контролируемого изделия в направлении от магнитометрического блока к намагничивающему элементу. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, снижение его энергопотребления, увеличение производительности контроля и документирования результатов измерений. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Приставное устройство коэрцитиметра, содержащее намагничивающий элемент и магнитометрический блок с измерителем магнитного поля, отличающееся тем, что намагничивающий элемент выполнен автономным, жестко или шарнирно соединен с магнитометрическим блоком, причем устройство выполнено с возможностью перемещения относительно контролируемого изделия в направлении от магнитометрического блока к намагничивающему элементу.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что намагничивающий элемент выполнен с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что намагничивающий элемент выполнен на основе постоянного магнита.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что намагничивающий элемент выполнен в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания.5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что магнитометрический блок выполнен в виде разомкнутого магнитопровода, замыкаемого контролируемым изделием, с обмоткой размагничивания, а измеритель магнитного поля установлен в одном из полюсов магнитопровода с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, причем плоскость магнитопровода перпендикулярна направлению перемещения устройства.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что магнитометрический блок дополнительно снабжен измерителем магнитного поля, установленным в другом полюсе магнитопровода, с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности полюса, симметрично измерителю, установленному в первом полюсе, причем измерители соединены между собой последовательно-согласно по отношению к магнитному полю магнитопровода.7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измеритель магнитного поля установлен вблизи центра рабочей поверхности магнитометрического блока, а его ось чувствительности параллельна указанной поверхности и перпендикулярна направлению перемещения устройства.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что магнитометрический блок снабжен вторым измерителем магнитного поля, установленным параллельно первому измерителю со стороны, противоположной рабочей поверхности устройства, и соединенным с ним последовательно-встречно по отношению к однородному магнитному полю.9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено измерителем зазора между рабочей поверхностью намагничивающего элемента или магнитометрического блока и поверхностью контролируемого изделия.10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено размагничивающим элементом, жестко или шарнирно соединенным с магнитометрическим блоком со стороны, противоположной намагничивающему элементу.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что размагничивающий элемент выполнен с разомкнутой магнитной цепью, замыкаемой контролируемым изделием, плоскость которой перпендикулярна направлению перемещения устройства.12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что размагничивающий элемент выполнен на основе постоянного магнита.13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено обмоткой размагничивания.14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что размагничивающий элемент выполнен в виде магнитопровода с обмоткой размагничивания.15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что намагничивающий элемент, магнитометрический блок и размагничивающий элемент снабжены элементами качения по поверхности контролируемого изделия.