Накладной вихретоковой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G01N27/90 G01B7/06 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано в различных отраслях народного хозяй ства для измерения неметаллических покрытий на металлической основе, В существующих приборах для контроля толпрны неметаллических покрыти на металлической основе используются как параметрические, так и трансформаторные накладные вихретоковые преобразователи. При этом вторичные обмотки трансформаторньк преобразователей обычно наматывают непосредственно поверх первичных 13. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является накладной вихретоковой преобразователь содержащий стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток возбуждения и измеритель ной, из которых возбуждаюн е размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно, а измерительные - последовательно встречно 2. Близкое расположение возбуждающей и измерительной обмоток преобразователя хотя и обеспечивает высокую чув ствительность к измеряемой величине однако создает большую нелинейность выходной зависимости вихретоковых толщиномеров, работающих на амплитуд ном способе вьделения информации (Ь К1п/йвн) где h - толщина покрытия; К - козффигщент nponopujioHanbности; - амплитуда вносимого напряжения) и обладает относительно узким диапазоном измерений. Кроме того,такой преобразователь имеет большую величину начального напряжения на измерительной обмотке, что отрицательно сказьшается на стабильности его работы. Это существенно снижает точность измерений и создает Известные трудности при использоваНИИ преобразователей в цифровых измерительных приборах. Использование известного вихретокового преобразователя дает существенную погрешность измерений при вариациях удельной электрической проводимости материала основы. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем что в накладном вихретоковом преобразователе, содержащем стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток - возбуждающей и измерительной, из которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно coi- ласно, а измерительные - последовательно встречно, средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток одной пары отличаются от средних радиусов соответствующих обмоток другой в п раз, где , количество витков возбуждающей и измерительной обмоток меньшего диаметра в Vn раз больше количества витков соответствующих обмоток большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток в каждой паре выбирают равным 3-4, каркас вьтолнен составным из двух частей, установленных на стержне с двух его сторон с возможностью перемещения вдоль оси стержня, измерительные обмотки размещены на стержне, а расстояние от центров обмоток до торцов каркаса равно половине среднего геометрического средних радиусов каждой пары обмоток. На фиг. 1 представлен накладной вихретоковой преобразователь. На фиг. 2 приведены градуировочные характеристики преобразователей зависимости логарифма амплитуды вноI . 4,+|, симого напряжения от Ь относительного расстояния от центров обмоток до электропроводящей поверхности при различных значениях f R,/R, где h и h - расстояния от центров каждой пары обмоток до соответствующего торца; R и R2 средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток в каждой паре. На фиг. 3 приведены зависимости амплитуды вносимого напряжения tUenl от обобщенного параметра л где ш - круговая частота тока возбуждения ; jUj- магнитная постоянная; 4 - удельная электрическая проводимость основы. Накладной вихретоковой преобразователь содержит стержень 1 с размещенным на нем каркасом, состоящим из двух подвижных частей 2 и 3, две пары коаксиальных обмоток, из которых возбувдающие 4 и 5 расположены на частях 2 и 3 каркаса соответственно ч включены последовательно согласно, а измерительные обмотки 6 и 7 расположены на стержне 1 и включены последовательно встречно. Средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток 4и 6 одной пары отличаются от средних радиусов соответствующих обмоток 5и 7 другой пары в п раз, где , количество витков возбуждающей и измерительной обмоток 5 и 7 меньшего диаметра в Уп раз больше количества витков соответствующих обмоток 4 и 6 большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток 4и6, 5и7в каж дой паре выбирают равнЕлми 3-4, расстояние от центров обмоток 4, 6 и 5, 7 до соответствукичих торцов равно половине среднего геометрического средних радиусов калздой пары обмоток 4, 6 и 5, 7. Преобразователь содержи также стопорный винт 8 и механизм 9 перемещения. Преобразователь работает следукяци образом. При настройке преобразователя с помощью стопорного винта 8 фиксируют часть каркаса 3 относительно стеркня 1 так, чтобы плоскости обмоток 5 и 7 совпадали. С помощью механизма 9 перемещения, в качестве которого, например, может использоваться специальный винт, перемёщаеьвйй по резьбе стержня 1, перемещают в некоторых пределах вдоль продольной оси преобразователя часть каркаса 2 с обмотк й 4. Это дает возможность дополнительно скомпенсировать начальное напряжение преобразователя, причем такое устройство позволяет сделать это намного быстрее и проще, чем, например, подбор количества витков в обмотках и обеспечивает более высокую стабильность величины остаточного напряжения раскомпенсации, чем, например, использование электронных компенсаторов. При измерении тол1Щ1Ны покрытия преобразователь устанавливается одним из рабочих торцов на контролируемое изделие (не показано). Выбор нужного рабочего торца определяется ожидаемой толщиной покрытия: для больших толщин на изделие устанавливают торец с обмотками 4 и 6 большего диаметра. По возбуждакмдим обмоткам 4 и 5 преобразователя пропускают переменный ток, с помощью которого в металлической основе изделия воз1794 буждают вихрев.1е токи. Интенсивность вихревых токов зависит от расстояния от торца преобразователя до основы, т.е. от толщины неметаллического покрытия. В свою очередь вихревые токи наводят ЭДС в измерительной обмотке 6 или 7 преобразователя, расположенного вблизи изделия. За счет этого на вькоде преобразователя появляется разбаланс напряжения, и величина его тем больше, чем меньше толп91на неметаллического покрытия. Традуировочные характеристики на фиг. 2 показывают, что максимальной чувствительностью по амплитуде к измеряемой величине, которая характеризуется параметром h, обладают преобразователи с величиной . Однако, характеристика при этом получается существенно нелинейной, что не может не сказаться на точности измерений. Увеличение параметра f приводит к появлению линейного участка на градуировочной характеристике, что крайне желательно при создании цифровых толирномероБ. На фиг. 2 видно, что длина линейного участка увеличивается с ростом у. Это позволяет повысить точность измерений, но с другой стороны, происходит снижение чувствительности преобразователя к толщине покрытия и, следовательно, уменьшается отношение напряжений сигнала и помехи на выходе преобразователя, что уже может привести к росту погрешности измерений при больших величинах параметра у. Экспериментальные исследования преобразователей с разными значениями параметра (фиг. 2) показали, что минимальную погрешность измерений можно получить при величинах . Из кривых на фиг. 2 видно, что наилучшие условия измерения тол1Ф1НЫ неметаллических.покрытий обеспечиваются при изменении параметра h от 1 до 3, т.е. при изменении тол1даны покрытия до величины эквивалентного радиуса преобразователя при расстоянии от центра его обмоток до торца, равном 0,5 Ун КгОдним из основных источников погрешности измерений толщины неметаллических покрытий на металлической основе является изменение удельной электрической проводимости материала основы. Из приведенных на фиг. 3 висимостей видно, что увелимение параметра f также приводит к улучшению отстройки от Изменений указанного фактора, что также существенно повышает точность измерений. По сравнению с известными преобразователями, использование предлагаемого преобразователя при позволя9ет расширить диапазон измерений толщины- покрытий в 4 раза. При этом погрешность, вносимая удельной электрической проводимостью основы, снижается в 3 раза. Таким образом, изобретение позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений.Фиг. 2

НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток - возбуждающей и измерительной, из которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно. а измерительные - последовательно встречно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток одной пары отличаются от средних радиусов соответствуюпрх обмоток другой пары в п раз, где .,Л71, количество витков возбуждающей и измерительной обмоток меньшего диаметра в Vn раз больше количества витков соответствуюв1их обмоток большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток в каждой паре выбирают равным 3-4, каркас выполнен состав ным из двух частей, установленных на ел стержне с двух его сторон с возможностью перемещения вдоль оСи стержня, измерительные обмоткИ размещены на стержне, а расстояние от центров обмоток до торцов каркаса равно половиле среднего геометрического средних радиусов каждой пары обмоток.

0,8

0.6

4

А/

X

-2

/