Индукционный датчик Советский патент 1988 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к измерительной и испытательной технике и может быть применено для измерения магнитных потоков при бесконтактных методах обнар ткения дефектов в движущихся электропроводных изделиях.

Цель изобретения - повышение чувствительности индукционного датчика

На чертеже представлена схема ин- дукционного датчика.

Индукционный датчик включает в себя намагниченньй сердечник 1, выполненный, например, в виде цилиндра радиусом R. На сердечнике жестко установлена втулка 2 из магнитомягко го материала толщиной U , на поверхности которой размещена измерительная катушка 3 индуктивности, подключенная к электроизмерительному прибо ру 4, например к осциллографу.

Индукционный датчик работает следующим образом.

При движении контролируемого проводящего изделия 5 со скоростью V в основном магнитном поле 6, создаваемом сердечником 1, в изделии возникает вихревой ток 7. Этот бихревой ток создает вторичное магнитное поле 8, изменение потока магнитной индукции которого фиксирует катушка 3. При изменении величины вихревого тока, вызванном изменением состояния перемещаемого изделия (.геометрии, температуры, механической целостности), магнитный поток вторичного поля 8 через катушку 3 меняется. При этом в катушке 3 возникает сигнал электромагнитной индукции, что фиксируется прибором 4.

Чувствительность индукционного датчика определяется величиной изменяющегося потока через катушку 3, зависящей от двух факторов - во-первых от величины вихревого тока, которая при постоянной скорости изделия V определяется магнитной индукцией поля сердечника; во-вторых, от величины индукции вторичного магнитного поля в области расположения витков катушки 3.

Величина индукции магнитного поля Bjj , создаваемого намагниченным сер- дечником 1, на расстоянии г от него определяется как

d (J

o dГ

s, s

Рде (.1. - I, )

- скалярный потенциал создаваемого магнитного поля; I,,- намагниченности сердечника

и втулки соответственно; S,, Sj - площади поперечных сечений

сердечника и втулки соотвественно;

л/с,- магнитная постоянная. Намагниченность I, определяется свойствами магнитотвердого вещества, из которого изготовлен сердечник, и является постоянной величиной.

Направление намагниченности втулки из магнитомягкого материала, установленной HI сердечнике, противополоно намагниченности сердечника (чер теж) .

Величину намагниченности 1 можно оценить как

S. г S (

где а - коэффициент, зависящий от геометрии сердечника. Величина а может изменяться от 0,5 до 1.

Тогда индукция магнитного поля Вд создаваемого сердечником, составляет

В,

/Uol. 4ТгГ

(S,-a---),

где Гр- расстояние от сердечника до

контролируемого изделия. При V const вихревой ток . Тогда поток 9 вторичного магнитного поля, созданного вихревым током через витки катушки, пропорционален величине

/т,

(S,-a5-)(S,-H,.S,),

где ш - магнитная проницаемость магнитомягкого материала втулки

Это выражение показывает, что вторичное магнитное поле в область катушки передается в основном через слой магнитомягкого материала втулки и по воздуху, так как эффективная магнитная проницаемость сердечника 1 много меньше магнитной проницаемости втулки 2.

При U у 1 выражение для можно переписать в виде

. т г

9

ыi

sr /

s,.

Видно, что величина зависит от соотношения площадей поперечных сечений сердечника и втулки.

Значение г максимально при вьшолнении условия S. 1

-зг

в случае цилиндрической геометрии

1

или с учетом разброса а

А

Т

0,15 - 0,30,

где L - характерный поперечный раз мер сердечника (в данном случае диаметр L - 2R).

Таким образом, втулка с указанными геометрическими размерами играет роль эффективного магнитопровода для передачи вторичного магнитного поля вихревых токов к катушке при одно- временном уменьшении магнитного потока рассеяния вторичного поля (В ). Использование магнитомягкого материала для втулки с большой магнитной проницаемостью (по сравнению с маг-

нитной проницаемостью сердечника) приводит к увеличению эффективности использования вторичного мапгитного поля и уменьшению потока рассеяния, что особенно важно для увеличения Чувствительности и надежности устройства (величина электродвижущей силы индукции прямо пропорциональная изменению йВ ).

Формула изобретения

Индукционный датчик, содержащий измерительную катушку индуктивности, намагниченный сердечник и магнито- провод, отличающийся тем, что,с цельюповышения чувствительности датчика, магнитопровод вьшолнен в виде втулки из магнитомягкого материала с отношением толщины втулки к характерному поперечному размеру намагниченного сердечника круглого или квадратного сечения, равным Л/L 0,15- - 0,30, где Л - толщина втулки, L - характерный поперечный размер намагниченного сердечника, причем втулка жестко закреплена на намагниченном сердечнике, а измерительная катушка индуктивности размещена на втулке.

Изобретение может быть использовано для измерения магнитных потоков при бесконтактных методах обнаружения дефектов в движущихся электропроводных изделиях. Индукционный датчик (ид) содержит намагниченный сердечник 1, например, в виде цилиндра, магнитопровод в виде втулки 2 и 3 магнитомягкого материала толщиной Л при Д/L 0,15-0,30, где L - характерный поперечный размер намагниченного сердечника, измерительную катушку 3 индуктивности, электроизмерительный прибор 4, контролируемое проводящее изделие 5. Изобретение повышает чувствительность ИД. 1 ил. с (Л С СА:) ю ю 05 Т