Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий Советский патент 1987 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к неразру- тающему контролю металлов и изделий, в частности к методам определения электрофизических и геометрических параметров проводящих образцов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения трех параметров цилиндрического изделия

1287067 ВП

преобразователя, первый вольтме

9 В1 для измерения ЭДС первой прос ранственной гармоники измерительны проводников ИП, и ИП, , включенных последовательно-встречно, второй вольтметр 10 для измерения ЭДС вто рой пространственной гармоники изм рительных проводников ИП и ИП , включенных последовательно-согласн

На фиг.1 приведено взаимное распо- О фазометр 11 для измерения фазового

ложение возбуждающего и измерительных проводников по отношению к исследуемому образцу; на фиг.2 - распреде- ение пространственных гармоник элек- тромагнитного поля по окружности, ог:раничивающей одно из поперечных сечений образца (2 const), а также местоположения возбуждающего (ВП) и измерительных (ИП) проводников; на фиг.З - принципиальная схема устрой- ства реализующего данный способ; на фИ1 , 4 - графики функциональных зависимостей отношения нормированной амплитуды второй пространственной гармоники Aj к квадрату нормированной амплитуды первой пространственной гармоники А, от тангенса фазового угла первой пространственной гармоники tg ф при различных значениях магнитной проницаемости |U ; на фиг.З - гра- фики зависимостей tg Ф, от обобщенного параметра х при фиксированных значениях fU ; на фиг.6 - графики зависимостей удельнойнормированной амплиту. ды первой пространственной гармоники, 35 вателя с образцом 6, а также фазометвключающей в себя форм-фактор / a/d (где d - расстояние ИП от оси изделия, а - радиус изделия) от обобщенного параметра х при различных значениях (U .40

Первичный преобразователь содержит (фиг.1) ,цающий полюс (ВП) 1 (один или несколько проводников), измерительные проводники 2 и 3 для измерения суммарной ЭДС первой и второй 45 пространственных гармоник (ИП, и ИП I ), расположенные на лучах с Y О к Y 7 , и измерительные проводники 4 и 5 для измерения ЭДС второй

и

ром 11 фазовый угол первой пространственной гармоники по отношению к опорной фазе сигнала с KB 8. По измеренным ЭДС преобразователя определяют значения нормированных амплитуд первой и второй пространственных гармоник , т.е.

А. Е,/Е

10

А,

2

(1).

(2)

где Е,„ ,Е,

пространственной гармонйтси (ИП

ИП )j расположенные на луча.х с угла/--v

ми ПО азимуту Y t -7 - от ВП, а также образец 6.

Принципиальная схема устройства (фиГоЗ) содержит задающий генератор (ЗГ) 7s катушку взаимоиндуктивности (KB) 85 первичная юбмотка которой включена последовательно-согласно с

50

55

- ЭДС преобразователя без образца; Е,,Е - ЭДС преобразователя с образцом. Далее находят отношение нормированной амплитуды второй гармоники к квадрату первой. Затем по графикам (фиг.4) для вычисленного значения и измеренного значения tg Ф| определяют относительную магнитную проницаемость образца ju , после чего, пользуясь кривой графика фиг.5, соответствующей найденному значению jti,-, определяют обобщенный параметр X для значения tg Р, . Для най,

1287067 ВП

преобразователя, первый вольтметр

9 В1 для измерения ЭДС первой пространственной гармоники измерительных проводников ИП, и ИП, , включенных последовательно-встречно, второй вольтметр 10 для измерения ЭДС второй пространственной гармоники измерительных проводников ИП и ИП , включенных последовательно-согласно,

фазометр 11 для измерения фазового

угла первой пространственной гармоники между измерительными обмотками ИП и ИП , и вторичной обмоткой КБ 8.

Определение электромагнитных и геометрических параметров исследуемого изделия производится следующим образом.

Пропуская переменный ток от задающего генератора 7 фиксированной частоты по возбуждающему проводнику ВП 1, первым вольтметром 9 измеряют ЭДС первой пространственной гармоники на измерительных проводниках 2 и 3, а вторым вольтметром 10 - ЭДС на измерительных проводниках 4 и 5 второй пространственной гармоники преобразователя без образца 6. Затем вдоль оси Z в преобразователь помещают исследуемый образец 6, при этом ток в ВП 1 поддерживают постоянной величины. Измеряют первым вольтметром 9 ЭДС первой пространственной гармоники и вторым вольтметром 10 - ЭДС второй пространственной гармоники преобразором 11 фазовый угол первой пространственной гармоники по отношению к опорной фазе сигнала с KB 8. По измеренным ЭДС преобразователя определяют значения нормированных амплитуд первой и второй пространственных гармоник , т.е.

Е,/Е

10

2

(1).

(2)

где Е,„ ,Е,

- ЭДС преобразователя без образца; Е,,Е - ЭДС преобразователя с образцом. Далее находят отношение нормированной амплитуды второй гармоники к квадрату первой. Затем по графикам (фиг.4) для вычисленного значения и измеренного значения tg Ф| определяют относительную магнитную проницаемость образца ju , после чего, пользуясь кривой графика фиг.5, соответствующей найденному значению jti,-, определяют обобщенный параметр X для значения tg Р, . Для найденных значений |U и х по зависимости фиг.6 находят величину К, при этом . радиус изделия

AI d К

(3)

а

где --7 - форм-фактор.

Подставляя найденные значения Л|, X и а в выражение

(J (4)

fUopa со

определяют удельную электрическую проводимость, где fig - магнитная пос-f Гн тоянная, равная 4

10 ---; со - циклическая частота возбуждающего тока. Функциональные зависимости фиг.4- 6 построены с использованием аппара- 20 та функций Бесселя.

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий, основанный на возбуждении в образце вихревых токов переменным магнитным полем фиксированной частоты и измерении амплитуды и фазы ЭДС вторичной обмотки преобразователя, (отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз

5

0

5

0

можностей за счет одновременного из- мерения трех параметров изделия, вдоль образующей цилиндра пропускают возбуждающий то по проводнику, расположенному над поверхностью изделия, и измеряют без испытуемого изделия значения ЭДС первой и второй простг ранственных гармоник магнитных потоков возбуждающего тока и при наличии изделия - ЭДС тех же гармоник пространственных магнитных потоков возбуждающего и вихревых токов в изделии, а также измеряют фазу ЭДС первой гармоники на проводниках, расположенных вдоль образующей цилиндра над его поверхностью в местах максимумов пространственных гармоник возбуждающего тока, т.е. на лучах

Y 1 й- /п ,

где Y - угловая координата в цилиндрической системе, отсчитываемая от проводника с возбуждающим током; п.- номер гармоники,

причем по величине ЭДС первой гармонике и ее фазы, а также ЭДС второй пространственной гармоники определяют магнитную проницаемость, по значению ЭДС первой пространственной гармоники находят радиус изделия с последующим определением удельной электрической проводимости.

-зг/г

l/2fffff

Фив. 2

Изобретение относится к области - неразрушающего контроля металлов и изделий. Цель - расширение функциональных возможностей способа безкон- тактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий. В описании изобретения дана схема устройства, реализующего способ. Цель достигается тем, что пропуская ток от задающего генератора 7 фиксированной частоты по возбуждающему проводнику (ВП) 1, вольтметром 9 измеряют электродвижущую силу (ЭДС) первой пространственной гармоники (ПП) на измерительных проводниках 2,3, вольтметром 10- ЭДС на измерительных проводниках 4,5 второй ПГ без образца 6. Затем помещают образец 6, ток в ВП 1 поддерживают постоянным, измеряют вновь ЭДС йервой и второй ПГ, а фазометром 11измеряют фазовый угол первой ПГ по отнощению к опорной фазе сигнала с катушки взаимоиндуктивности 8, определяют значения нормированных амплитуд обоих ПГ, находят отношение нормированной амплитуды второй ПГ к квадрату первой, определяют относительную магнитную проницаемость образца 6 и по значению ЭДС первой ПГ находят радиус изделия с последующим определением удельной электрической проводимости. 6 ил. Ф

V e &J(j

97i/e.4

0,fy

5,1

OJ

Составитель М.Бухаров Редактор И.Сегляник Техред Л.Сердакова Корректор А.Тяско

Заказ 7712/48 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,.4

U9.-S