Вихретоковый преобразователь и способ его настройки Советский патент 1990 года по МПК G01N27/90 

О О Л

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины диэлектрических и электропроводящих покрытий на электропроводящем основании. Цель изобретения - повышение чувствительности вихретокового преобразователя. Это достигается за счет повышения его температурной стабильности в результате настройки с помощью введенных элементов регулирования. Настройка вихретокового преобразователя заключается в том, что путем перемещения диэлектрической прокладки 6 регулируют емкость C, образованную электродами 4 и 5, добиваясь условия F_р*98F_о, F_в*98F_р*98F_н, где F_р - рабочая частота вихретокового преобразователя

F_о - резонансная частота контура, образованного измерительной катушкой 2 индуктивности и емкостью C

F_н и F_в - частоты, ограничивающие линейный участок амплитудно-частотной характеристики контура с максимальной крутизной. Температурную стабильность вихретокового преобразователя обеспечивают, изменяя длину разреза 7 и перемещая электрод 5 вдоль его оси. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. 7

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества электропроводящих изделий, преимущественно толщины тонких диэлектрических слабопроводящих покрытий на электропроводящем основании. Цель изобретения - повыщение чувствительности преобразователя за счет одно- временного изменения резонансной частоты контура, включающего преобразо- ватель, повышенной температурной ста- бильности за счет самокомпенсации изменения магнитной проницаемости сердечника и электромагнитного воздействия электромагнитного экрана, плавной подстройки емкости, и электромагнитной связи, обеспечивающей максимальную температурную стабильность.

На фиг.1 представлен вихретоковый преобразователь; на фиг. 2 - электрическая схема вихретокового преобразователя; на фиг, 3 амплитудно-частотная характеристика колебательного контура, образованного измерительной катушкой индуктивности и емкостью.

Вихретоковый преобразователь состоит из возбуждающей катушки 1 индуктивности, измерительной катушки 2 индуктивности, размещенных на ферромагнитном сердечнике 3, соосно установленных внутреннего и внешнего цилиндрических полых электродов 4 и 5, разделенных диэлектрической прокладкой 6. Электроды 4 и 5 образуют емкость, подключенную параллельно измерительной катушке 2 индуктивности. В электроде 4 выполнен сквозной продольный разрез 7 на части.его длины. Полученный колебательный контур является резонансным контуром усилительного каскада 8, размещенного в корпусе (не показан) вихретокового преобра- зов 1зтеля. Катушки 1 и 2 индуктивности уста- новлены с возможностью изменения расстояния 4eждy ними.

Способ настройки и работа вихретокового преобразователя осуществляются следующим образом.

В процессе настройки вихретокового преобразователя добиваются его максимальной чувствительности путем изменения емкости за счет перемещения диэлектрической прокладки 6 и наибольшей температурной стабильности за счет изменения электромагнитной связи между ка- . тушками 1 и 2 индуктивности и электрода ми 4 и 5. Электромагнитная связь уменьшается за счет увеличения длины сквозного продольного разреза 7, а также плавно регулируется путем перемещения электрода 5 вдоль его оси. Максимальная чувствительность вихретокового преобразователя достигается в

том случае, когда рабочая частота вихретокового преобразователя соответствует линейному участку амплитудно-частотной характеристики контура, образованного измерительной катушкой 2 и емкостью. Поскольку рабочая частота fp вихретокового преобразователя задана из условий взаимодействия с контролируемым объектом, обеспечить требуемое соответствие целесообразно,

0 устанавливая необходимую величину емкости. Для этого параметры электродов выбираются исходя из условий , путем расчёта колебательного контура, включающего емкость электродов, вычисляемую по

5 формуле

(1-р)+р

где с - емкость между электродами;

0 Г2 - внутренний радиус электрода 5; п - внешний радиус электрода 4; о - диэлектрическая постоянная; - относительная диэлектрическая проницаемость;

5 I - общая часть длины электродов;

р - общая часть длины электродов, занятая диэлектриком с диэлектрической проницаемостью.

Точность настройки весьма критична к

0 величине с. поэтому необходима плавная настройка емкости с. Это достигается путем перемещения диэлектрической прокладки 6, что приводит к изменению величины 1 и р, а следовательно, и емкости с. При этом не

5 происходит изменения электромагнитной связи между электродами 4 и 5 и катушками 1 и 2 индуктивности. Наибольшая чувствительность вихретокового преобразователя при настройке его по условию объ0 ясняется следующим образом. При изменении реакции вихревых токов, связанной с изменением контролируемого параметра, например толщины диэлектрического покрытия в измерительную катушку индуктив5 ности . вносится дополнительная индуктивность. Это приводит к перестройке резонансного контура и изменению его амплитудно-частотной характеристики. Следовательно, напряжение, вносимое

50 вихревыми токами в измерительную катушку 2 индуктивности, передается с коэффициентом передачи контура, в свою очередь, зависящим от воздействия вихревых токов. Это приводит к перемножению эффектов и

55 увеличению чувствительности преобразователя.

Такой способ настройки вихретокового преобразователя предъявляет повышенные требования к его температурной стабильности, поскольку изменение амплитудно-частотной характеристики контура может быть- следствием изменения индуктивности катушек 1 и 2 ввиду вариации магнитной проницаемости сердечника 3. Для повыше- ния температурной стабильности используется различная температурная зависимость индуктивности катушек 1 и 2 при изменении температуры ферромагнитного сердечника 3 и электромагнитного экрана, образован- ного электродами 4 и 5, При увеличении температуры магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника 3 уменьшается. Одновременно увеличивается диаметр и удельное электрическое сопротивление электродов 4 и 5. Первый фактор связан с уменьшением индуктивности катушек 1 и 2, а второй - с увеличением влияния вихревых токов, возникающих в электромагнитном экране, на магнитный поток преобразовате- ля, поскольку интенсивность этих токов уменьшается. Важно, что при увеличении диаметров электродов 4 и 5 практически не изменяется емкость экрана, поскольку отношение Г2/Г1 не изменяется, а зазор между цилиндрами возрастает на пренебрежимо малую величину, являясь малой величиной второго порядка.

Обеспечение температурной стабильности сводится к регулировке электромаг- нитной связи между катушками индуктивности и электромагнитным экраном. Толщина электродов 4 и 5 и их удельная электрическая проводимость выбирается так, что изменение эффектив- НОЙ магнитной проницаемости //эфф соот- ветствует изменениям магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника. При вариации указанных параметров должно сохраняться отношение Г2/Г1, опре- деляющее емкость конденсатора. Затем выполняется более точная регулировка. Для этого приращение / эффберется с некоторым превышением, а его подстройка в сторону уменьшения достигается за счет увеличения длины разреза 7. Последнее приводит к уменьшению плотности ви/ре- вых токов, возбуждаемых в электропроводящем цилиндре 5 и, следовательно, к уменьшению приращения . Более плавная подстройка достигается перемещением электропроводящего цилиндра 5 вдоль его оси.

Практически процесс проектирования и настройки преобразователя включает еле- дующие этапы.

Рассчитываются параметры ВТП, обеспечивающие требуемую емкость с и температурную зависимость эфф. Изготавливаются

электропроводящие экраны, устанавливается за счет перемещений диэлектрической прокладки 6 емкость, обеспечивающая наибольшую чувствительность к контролируемому параметру. Регулируется электромагнитная связь за счет изменения длины разреза 7. При этом вихретоковый преобразователь испытывают в рабочем диапазоне температур и фиксируют изменения его выходного сигнала.

При невозможности пройти через минимум чувствительности к вариации температуры изменяют толщину или .материал электропроводящего цилиндра 5. Поскольку уменьшение электромагнитной связи достигается на достаточную глубину за счет разреза 7, обычно требуется увеличить эту электромагнитную связь, для чего приходится увеличивать толщину электропроводящего цилиндра 5 за счет увеличения его внешнего радиуса.

После получения максимальной температурной стабильности подстраивают емкость, перемещая диэлектрическую прокладку 6 и добиваясь восстановления максимальной чувствительности преобразователя. При этом температурная стабильность преобразователя не нарушается.

После настройки преобразователя его используют обычным образом, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым изделием, фиксируя изменение его выходного сигнала.

Формула изобретения

fp fo;fB fp fH

где fo - резонансная частота колебательного контура;

/J

/ 1 ,.

Фаг. 2

Редактор М.Бланар

Составитель И.Кесоян Техред М.Моргентал

fe - максимальная частота на линейно м участке амплитудно-частотной характеристики колебательного контура;

fn - минимальная частота на линейном

участке амплитудно-частотной характеристики колебательного контура.

температур в рабочем диапазоне.

in

Л Фиг.д

Корректор А.Обручар

Ц