Способ измерения глубины поверхностных трещин Советский патент 1991 года по МПК G01N27/20 

О .N О О

го ю

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения глубины поверхностных трещин а электропроводящих объектах.

Цель изобретения - повышение точности и производительности измерения путем изменения абсолютной и относительной чувствительности преобразователя за счет второй токовой цепи.

На фиг. 1 показана схема устройства для измерения глубины поверхностной трещины, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - зависимости сигналов U-U

Ж

от соотношения токов И/12 и глубины

h трещины; на фиг. 3 - зависимость UA от Il/l2 и от h.

Устройство содержит источник 1 тока, регулируемый источник 2 тока, электропотенциальный преобразователь 3, состоящий из потенциальных электродов 4 и 5, внутренней пары токовых электродов 6 и 7 и внешней пары токовых электродов 8 и 9, компенсатор 10, цифровой вольтметр 11, преобразователи 12 и 13 ток-напряжение, блок 14 деления, подключенный входами к соответствующим выходам преобразователей 12 и 13 ток - напряжение, цифровой вольтметр 15. Режимы работы задаются с помощью переключателей 16 и 17. Выход источника 1 подключен к токовому электроду 8 через преобразователь 12 ток - напряжение, а к токовому электроду 9 подключен непосредственно. Выход регулируемого источника 2 тока подключен к токовому электроду 6 через преобразователь 13 ток - напряжение, а к токовому электроду 7 непосредственно. Компенсатор 10 подключен входом через переключатель 16 к выходу электропотенциального преобразователя 3, образованному потенциальными электродами 4 и 5, и выходом - к цифровому вольтметру 11, а опорные входы компенсатора 10 соединены с выходами преобразователей 12 и 13 ток - напряжение.

Способ реализуют следующим образом.

Предварительно определяют рабочий уровень Up, соответствующий минимальному надежно регистрируемому напряжению. Величина Up определяется током, пропускаемым через контролируемый участок, чувствительностью средств измерения напряжения на выходе электропотенциального преобразователя, уровнем шумов, свя- занным с влиянием электрических контактов между электродами и поверхностью контролируемого объекта. Величина тока, пропускаемого через контакты между

токовыми электродами 6-9, ограничивается опасностью прижогов на поверхности контролируемого объекта, а пороговую чувствительность средств измерений не имеет

смысла выбирать больше указанного уровня шумов. Точность измерения Up определяет точность измерения глубины h трещины. Рекомендуется выбирать Up таким образом, чтобы относительная погрешность измере0 ния Up была на порядок меньше допускаемой погрешности измерения глубины h трещины. Затем определяют минимальное надежно регистрируемое приращение Un. Величина Un определяется по тем же крите5 риям, что и величина Up. Плавно изменять величину U для определения Un можно путем увеличения тока (а во второй токовой цепи, образованной регулируемым источни- ком 2 тока, токовыми электродами 6 и 7 и

0 участком контролируемого объекта. Значения Up и Un измеряются один раз, фиксируются и используются при последующих измерениях.

После, этого электропотенциальный

5 преобразователь 3 устанавливается на бездефектном участке контролируемого объекта. Создается ток И только в первой токовой цепи, образованный источником 1 тока, токовыми электродами 8 и 9 и участком конт0 ролируемого объекта. Фиксируется величина Uoi напряжения с помощью вольтметра 11, при этом компенсатор 10 закорачивается.

Для удобства наложения разобьем про5 цесс измерения на этапы, считая проведенные операции предварительным этапом.

На первом этапе электропотенциальный преобразователь 3 устанавливается на бездефектном участке контролируемого

0 объекта. Создается ток li только в первой токовой цепи, образованной источником 1 тока, токовыми электродами 8 и 9 и участком контролируемого объекта. Величина Uoi напряжения фиксируется с помощью вольт5 метра 11, подключаемого непосредственно к потенциальным электродам 4 и 5 через переключатель 16. Сравнивают Uoi и Upt, полученные на предварительном этапе, и при выполнении условия U01 Up переходят

0 ко второму этапу.

На втором этапе при условии Uoi Up с помощью второй токовой цепи, образован- ной источником 2 тока, токовыми электродами 6 и 7 и участком контролируемого

5 объекта, создают через контролируемый участок ток 12 того же направления, что и ток h в первой токовой цепи. Регулируя источник 2 тока, плавно увеличивают ток U2 вплоть до выполнения условия Uo Up. После этого фиксируют полученную величину

la с помощью цифрового вольтметра 15, под- ключаемого через переключатель 17 к выходу преобразователя 13 ток- напряжение.

На третьем этапе определяют величину R Ua/la, для чего пропускают ток la только по второй токовой цепи и определяют его величину также, как на втором этапе. Величину Ua определяют по показаниям цифрового вольтметра 11, подключаемого к потенциальным электродам 4 и 5 через переключатель 16. В простейшем случае величина R может быть непосредственно установлена в цепи второго опорного канала компенсатора 10, подключаемого к выхо- ду преобразователя 13 ток - напряжение. Для этого подключается только этот опорный вход компенсатора 10 и напряжение, поступающее на вход цифрового вольтметра 11, компенсируется, В дальнейшем при изменении тока la и подключении первого опорного входа компенсатора 10 напряжение на его выходе изменяется по закону UK Uoi + Rl2, что потребуется на шестом этапе.

На четвертом этапе получают приращение ЛU напряжения, где Д U U -Do. Для этого компенсируют с помощью компенсатора 10 напряжение U01, полученное на первом этапе, или напряжение U0, полученное на втором этапе. Напряжение с потенциальных электродов 4 и 5 подают через ключ 16 и компенсатор 10 на цифровой вольтметр 11 и, регулируя компенсатор 10, добиваются нуля на выходе вольтметра 11. Затем уста- навливают электропотенциальный преобразователь 3 на участок с трещиной и определяют приращение Д U на выходе цифрового вольтметра 11.

На пятом этапе сравнивают получен- ную величину Ди с полученной на предварительном этапе величиной Un надежно регистрируемого приращения сигнала. При выполнении условия Ди Un переходят к восьмому этапу, минуя шестой этап.

На шестом этапе при условии Д U Up увеличивают ток h во второй токовой цепи, одновременно изменяя напряжение UK компенсатора 10 по закону UK U01 + . Фиксируют ток la при выполнении условия ди ип.

На седьмом этапе с помощью блока 14 деления получают отношение h /h токов и фиксируют его с помощью вольтметра 15, подключаемого к выходу блока 14 деления через переключатель 17. При условии, что на первом этапе U01 Up и на пятом этапе Ди Un седьмой этап не выполняется, поскольку la/h 0.

На восьмом этапе по полученному отношению токов la/H и величине Д U/U0 определяют глубину трещины.

При использовании предлагаемого способа повышается производительность контроля, так как отпадает необходимость замены электропотенциального преобразователя. При увеличении тока Iz увеличивается градиент плотности тока по глубине образца и возрастает плотность тока. Это по достигаемому эффекту эквивалентно уменьшению межэлектродмого расстояния между электропотенциальным преобразователем с одной парой токовых электродов. В то же время все перечисленные этапы ле ко автоматизируются на основе применения микро-ЭВМ.

Кроме того, повышается точность измерения, так как при увеличении градиента плотности тока по толщине образца за счет увеличения отношения l2/h непрерывно падает относительная чувствительность к глубине h трещины. Относительная чувствительность пропорциональна отнои-ц,

, где U - напряжение на

шению

Uc

потенциальных электродах 4 и 5 при взаимодействии с трещиной, a U0 - при размещении преобразователя 3 на бездефектном участке. Как видно из фиг. 2, потеря относительной чувствительности тем бопьше, чем глубже трещина. Это приводит к возрастанию погрешности измерения h, связанному с неизбежной погрешностью измерения U и U0. Таким образом, с точки зрения относительной чувствительности величина а должна быть минимальной. Вместе с тем, как следует из фиг. 3, с уменьшением падает абсолютная величина напряжения U. Аналогично изменяется и величина U0. При этом величины U0 и Д U U - U0 могут оказаться ниже уровней Up и Un надежно фиксируемых напряжений. Таким образом, величина 2 должна обеспечивать выполнение условий Uo Up и Д U Un. Однако дальнейшее увеличение la приводит только к снижению относительной чувствительности с соответствующим возрастанием погрешности измерения. Измерение h по отношению

и-ц

-.позволяет отстроиться от влияния

удельной электрической проводимости и является предпочтительным Окончательная интерпретация результата измерения по полученному отношению la/h и отношению

и-ц,

-j-т-- производится с помощью характери- Uo

стик. показанных на фиг. 2 и 3

Формула изобретения 1. Способ измерения глубины поверхностных трещин, заключающийся в том, что с помощью токовых электродов электропотенциального преобразователя пропускают электрический ток И по бездефектному участку контролируемого объекта и измеряют падение напряжения U0 между потенциальными электродами электропотенциального преобразователя, устанавливают электропотенциальный преобразователь на участок контролируемого объекта с трещиной, измеряют падение напряжения U между потенциальными электродами электропотенциального преобразователя, изменяют распределение тока на обоих участках контролируемого объекта до обеспечения требуемой абсолютной и относительной чувствительности

преобразователя к трещине и по отноше-

и -определяют глубину трещинию

ны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерения, распределение тока на обоих участках контролируемого объекта изменяют пропусканием регулируемого по величине токе с помощью дополнительных токоэлектродов, каждый из которых расположен между соответствующими потенциальным и токовым электродами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают рабочий уровень напряжения Up, соответствующий минимальному надежно регистрируемому сигналу с

выхода электропотенциального преобразователя, проводят измерение падения напряжения Uo при отсутствии тока между дополнительными .электродами и при выпол нении условия Uo UP переходят к измерению падения напряжения U, а при выполнении условия Uo - Up с помощью дополнительных электродов пропускают ток 2 того же направления, -что и ток И,

плавно увеличивают ток г до выполнения условия Uo Up, после чего переходят к измерению падения напряжения U.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем,ч;то перед измерением падения напряжёния U пропускают ток la между дополнительными электродами, определяют и фиксируют величину сопротивления R U2/te, где U2 - напряжение на выходе электропотенциального преобразователя при

пропускании тока 12, устанавливают минимальное надежно регистрируемое приращение AUn напряжения сигнала электропотенциального преобразователя, размещенного на участке с трещиной, и

определяют приращение A U напряжения из соотношения AU U - Uo, сравнивают его с величиной ДШ, и при выполнении условия Ди AUn переходят к определению глубины трещины по значениям

AU/Uo и Н/12, а при условии AU Un плавно увеличивают ток 12, величину Д U определяют из соотношения AU 0 - (Uo + Rte) и фиксируют ток 12.

L4v°

1,/Ь-0.(Н

#1

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения глубины поверхностных трещин в электропроводящих объектах. Повышение точности и производительности контроля достигается путем изменения абсолютной и относительной чувствительностей преобразователя за счет второй токовой цепи. Напряжение между потенциальными электродами 4 и 5 зависит от глубины h трещины и соотношения токов I2/11. Ток И создается в первой токовой цепи, образованной источниками 1 тока, токовыми электродами 8 и 9 и участком контролируемого объекта. Ток la создается во второй токовой цепи, образованной источником 2 тока, токовыми электродами 6 и 7 и участком контролируемого объекта. Величина тока (2 регулируется, обеспечивая оптимальные условия измерения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил,