Вихретоковый преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано- для измерений параметров и дефектоскопии-полых электропроводящих объектов, например труб парогене- раторов,

Цель изобретения - повышение чувствительности при контроле внутренней поверхности полых цилиндрических объ ектов за счет использования массивного токопровода и обеспечения высокой напряженности возбуждающего магнитного поля, повышение точности преобразователя за счет использования сбалансированных чувствительных элементов и наличия средств точной баланси- -1 ровки, а также упрощение технологии

изготовления преобразователя за счет .использования технологии печатных плат.

На фиг. 1 представлена конструкция вихретокового преобразователя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - измерительная обмотка, размещенная на гибкой подложке; на фиг. 4 - распределение магнитного поля преобразователя; на фиг. 5 - распределение возбужденных вихревых токов.

Вихретоковый преобразователь состоит из токопровода, вьшолненного в виде коаксиальной системы, образованной центральным проводником и внешним проводником 2, замкнутого магнитопровода 3 с возбуждающей обмоткой 4, охватьшающего центральньй проводник 1 токопровода, измерительной обмотки 5, выполненной на гибкой подложке 6 по технологии печатных, плат, стопорного винта 7 и дистан- ционирующих колец 8 и 9. Во внешнем проводнике 2 токопровода вьшолнены продольные прорези 10. В простейшем варианте центральный проводник 2 может быть выполнен в виде сплошного цилиндра. Однако для повышения чувствительности преобразователя рекомендуется выполнение центрального проводника 1 токопровода на части ег длины, совпадающей с длиной прорезей 10 внешнего проводника 2 токопровода в виде полого цилиндра с прорезями 1, расположенными под перемычками 12 внешнего проводника 2 токопровода. Для повьппения точности балансировки преобразователя центральный проводник токопровода рекомендуется вьшолнять с возможностью угловых

5

0

5

0

перемещений,, для чего . внутренний проводник 1 и внешний проводник 2 токопровода соединяются на своих плоских торцах резьбовыми соединениями и фиксируются один относительно другого стопорным винтом 7. Измерительная обмотка 5 состоит из совокупности прямоугольных секций 13. Последние,предназначенные для регистрации воздействия дефектов сплошности, образуют первую группу секций. Они размещаются на одной стороне гибкой подложки 6 и располагаются симметрично относительно двух соседних прорезей 10 или двух соседних перемычек 12. Прямоугольные секции 13, предназначенные для измерения электрофизических параметров контролируемого обьекта, образуют вторую группу секций. Они размещены на другой стороне гибкой подложки 6 и смещены относительно измерительных обмоток первой группы по угловой координате.

При выполнении прорезей 10 и перемычек 2 одинаковыми по ширине прямоугольные секции 13 второй грзшпы размещаются симметрично относительно края соответствующей перемычки 12, Если ширина t,o прорези

10 t t, .

10 И

то ось

где t - ширина перемычки, прямоугольных секций 13 второй группы смещается пропорционально отношению t, /t., в сторону элемента с

большей шириной.

Развертка боковой поверхности внешнего проводника 2 с размещенной на нем измерительной обмоткой 5 соответствует случаю прорезей 10 и пере-- мычек 12 одинаковой ширины. Для наглядности на половине развертки показаны прямоугольные секции 13 только первой группы, а на второй - только прямоугольные секции 13 второй группы.

Рекомендуется для более равномерного распределения гибкой подложки 6 на поверхности внешнего проводника 2 заполнять прорези 10 диэлектрическими вставками (не показаны) с кривизной боковой поверхности внешнего проводника 2.. Возможно также использование диэлектрической оправки (не пока- зана) между гибкой подложкой 6 и боковой поверхностью внешнего проводника 2. Кром.е того, рекомендуется защита внешней поверхности витков прямо

угольных секций 13 с помощью изолирующих покрытий.

Вихретоковый преобра-зователь работает следующим образом.

Возбуждающая обмотка 4 запитывает- ся от источника переменного тока (не показан), при этом в замкнутом маг- нитопроводе 3 создается переменный магнитный поток, сцепленный с электрически замкнутым контуром, образованным токопроводом. В результате в нем возбуждается переменный ток, имеющий в центральном проводнике 1 одно направление, во внещнем проводнике 2 - другое направление. Благодаря наличию продольных прорезей iO во внешнем проводнике 2, напряженность магнитного поля отлична от нуля за внешней боковой поверхностью токопровода. Распределение магнитного поля Н для вихретокового преобразователя с центарльным проводником показано в виде сплошного стержня. Магнитное поле Н (фиг. 4) в зоне

током токопровода и вихревыми тока Результирующее магнитное поле имее для этих секций магнитные нейтрали т.е. плоскости, при совмещении кот

5 рых с осью соответствующей прямоугольной секции 13 напряжение на в ходах последней равно нулю. Магни ные нейтрали соответствуют плоскос тям, симметрично расположенным отн

Ю сительно перемычек 12 или продольн прорезей 10. Поэтому напряжение на выводах соответствующей измеритель ной секции возникает лишь при нару шении симметрии в распределении ви

15 ревых токов, что имеет место при

взаимодействии с дефектами сплошно ти. Следовательно, прямоугольные секции 13, размещенные описанным о разом и входящие в первую группу с

20 цнй, целесообразно использовать дл дефектоскопии.

При этом пороговая чувствительность преобразователя к дефектам тем выше, чем ниже уровень начальн

продольных прорезей 10 имеет в основ-25 уровень напряжения, наведенный на

ном радиальную составляющую Н , а в

в основном углозоне перемычек I2 - вую составляющую Н.

При размещении вихретокового пре-прямоугольные секции 13 первой группы из-за магнитйой асимметрии. Снизить этот уровень можно за счет симметрирования магнитного поля..Это

образователя в полости контролируемо--30 достигается путем перемещения гибкой

го объекта в последнем возбуждаются вихревые токи (фиг. 5). Совокупность токов одного направления концентрируется под перемычками 12 и соответствует их числу. Под прорезями 10 вихревые токи имеют другое направление и их плотность имеет меньшую величину. При вьшолнении центрального проводника I на части его длины в виде полого цилиндра с продольными прорезями 11 распределение магнитного поля зависит от параметров и положения центрального проводника 1. По мере приближения перемычек центра льного проводника 1 к продольным проре-45 ми решаемой задачи дефектоскопии.

зям внешнего проводника 2 распределения магнитного поля над перемычками 12 и продольными прорезями 10 приближаются друг к другу. Соответственно увеличивается плотность вихревых токов : в большей степени под продольными прорезями 10, в меньшей - под перемычками 12. Вместе с тем плотность тока под перемычками 12 остается большей.

Прямоугольные секции 13 измерительной обмотки находятся под воздействием магнитного поля, созданного

током токопровода и вихревыми токами. Результирующее магнитное поле имеет для этих секций магнитные нейтрали, т.е. плоскости, при совмещении которых с осью соответствующей прямоугольной секции 13 напряжение на выходах последней равно нулю. Магнитные нейтрали соответствуют плоскостям, симметрично расположенным относительно перемычек 12 или продольных прорезей 10. Поэтому напряжение на выводах соответствующей измерительной секции возникает лишь при нарушении симметрии в распределении вихревых токов, что имеет место при

взаимодействии с дефектами сплошности. Следовательно, прямоугольные секции 13, размещенные описанным образом и входящие в первую группу секцнй, целесообразно использовать для дефектоскопии.

При этом пороговая чувствительность преобразователя к дефектам тем выше, чем ниже уровень начальный

прямоугольные секции 13 первой группы из-за магнитйой асимметрии. Снизить этот уровень можно за счет симметрирования магнитного поля..Это

подложки 6 относительно внешнего проводника 2 (грубая балансировка) и путем вращения центрального проводника 1 относительно внешнего проводника 2 (точная балансировка), С целью снижения числа коммутируемых каналов, подключаемых к прямоугольным секциям 13, целесообразно соединение их выводов непосредственно на

гибкой подложке 6.

Конкретная схема соединения, например, последовательно-согласная или чередующаяся последовательно- встречная, определяется особенностя0

5

Секции 13 измерительной обмотки 5, входящие во вторую группу, находятся под воздействием вихревых токов, пропорциональным электрофизическим свойствам и толщине контролируемого объекта, а также зазору между преобразователем и контролируемым объектом. Следовательно, они могут быть использованы для измерения этих параметров .

Особенность преобразователя состоит в том, что возбужденные вихревые токи в зоне контроля направлены

вдоль оси. Это обеспечивает выявление поперечных трещин, плохо выявляемых проходными вихретоковыми преобразователями. Кроме того, преобразователь обеспечивает подавление влия- НИН элементов крепления труб (например, трубных решеток в парогенераторе) на результаты дефектоскопии, так . как трубная решетка не нарушает круговой симметрии и, следовательно, не смещает магнитные нейтрали преобразователя.

Формула изо б.р е т е н и я

1. Вихретоковый преобразователь, содержащий измерительную обмотку, токопровод, выполненный в виде коаксиальной системы с одним плоским торцом, и замкнутый ферромагнитный сердечник с возбуждающей обмоткой, охватывающий центральньй проводник токопровода, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при контроле внутренней поверхности полых цилиндрических объектов, во внешнем проводнике токопровода вьтолнены продольные прорези второй торец токопровода выполнен плоским, а измерительная обмотка размещена на внешней боковой поверхности токопровода.

о т 6.Преобразователь по пп. -5, отличающийся тем, что, целью повьщ1ения точности, централь2, Преобразователь по п. I,

личающийся тем, что, с це-35 ный проводник токопровода выполнен лью упрощения технологии изготовле- с возможностью угловых перемещений ния преобразователя, измерительная вокруг своей оси.

А-Л

,

Фиг. 2

0

5

0

обмотка выполнена на гибкой подложке по технологии печатных плат,а гибкая подложка размещена на поверхности токопровода установочно-подвижно.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что измерительная обмотка выполнена в виде совокупности прямоугольных секций, симметрично расположенных относительно двух соседних прорезей или двух соседних перемычек внешнего проводника токопровода.

4.Преобразователь по пп. и 2, отличающийся тем, что измерительная обмотка выполнена в виде двух групп прямоугольных секций, размещенных на противоположных поверхностях гибкой подложки, а секции одной группы смещены относительно секций второй группы по угловой координате токопровода.

5.Преобразователь по пп. -4, отличающийся тем, что центральный проводник токопровода на части его длины, совпадающей с длиной прорезей внешнего проводника токопровода, выполнен в виде полого цилиндра с прорезями, расположенными под перемычками внешнего проводника токопровода и симметрично относительно прорезей последнего.

6.Преобразователь по пп. -5, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности, центральФигУ/

Редактор М. Бланар

Фиг. 5

Составитель И. Кесоян

Техред М.Ходанич Корректор М. Шароши

Заказ 881/45 Тираж 777Подписное

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

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - повьшение чувствительности при контроле внутренней поверхности полых цилиндрических объектов. Это достигается за счет конструкции токопровода, формирующего возбуждающее поле, повышение точности преобразователя за счет использования сбалансированных чувствительных элементов и наличия средств точной балансировки, а также упрощение технологии изготовления преобразователя за счет использования технологии печатных плат. Вихретоко- вый преобразователь содержит токопро- вод в виде коаксиальной системы, во внешнем проводнике 2 которой выполнены прорези,а центральный проводник 1 выполнен в виде полого цилиндра с прорезями, и измерительную обмотку, выполненную на гибкой подложке в виде совокупности прямоугольных секций 13. При протекании токов по токопроводу в контролируемом изделии возбуждаются продольные вихревые токи, имеющие максимумы под перемычками в внешнем проводнике 2. При этом достигается максимально возможная при возбуждении из внутренней полости глубина проникновения вихревых токов и максимальная чувствительность к поперечным трещинам. 5 з.п. ф-лы, 5 ил. ю (Л -« и Ai 4- 2у 9