Способ измерения геометрических параметров биметаллического цилиндра Советский патент 1991 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля качества материалов и может быть использовано для контроля несоосности слоев биметаллической проволоки.

Цель изобретения - повышение точности при измерении несоосности слоев биметаллического цилиндра за счет устранения влияния изменений толщины и удельной электропроводности оболочки цилиндра на результаты измерений и упрощение измерений.

На фиг, 1 приведены годографы, соответствующие изменению частоты тока возбуждения; изменению толщины внешнего слоя (оболочки) за счет изменения радиуса внутреннего слоя цилиндра; изменению толщины внешнего слоя за счет изменения радиуса внешнего слоя цилиндра; изменению магнитной проницаемости внутреннего слоя; изменению удельной электрической проводимости слоев; изменению несоосности (разнотолщинности) внешнего слоя; на фиг. 2 - биметаллический цилиндр с симметричным расположением (а) и несимметричным расположением (б) внешнего слоя цилиндра относительно его сердечника, сечение; на фиг. 3 - зависимости приращения относительной ЭДС вихретокового преобразователя от приращений относительной толщины и относительной удельной проводимости; на фиг. 4 - зависимости приращения относительного электрического сопротивления от приращений также относительной толщины и относительной удельной проводимости; на фиг. 5 - зависимость относительного электрического сопротивления от эквивалентной относительной толOs 1 VJ СЛ

g

щины внешнего слоя цилиндра; на фиг. 6 - зависимость модуля относительной вносимой ЭДС вихретокового преобразователя от относительной несоосности внешней оболочки для различных значений эквивалентной относительной толщины.

Сущность способа заключается в следующем.

Величина сопротивления биметаллического цилиндра зависит оттолщины и удельной электрической проводимости оболочки цилиндра и не зависит от ее несоосного расположения. Таким образом, с помощью измерения сопротивления продольному электрическому току можно в вихретоковом измерении учесть влияние отклонения обоих мешающих параметров: толщины и удельной электрической проводимости оболочки от мх номинальных значений.

В общем случае приращения сигналов вихревого и электрического сопротивления измерений от приращения параметров выражаются следующими зависимостями: AAi 0:11 Al + ат2 At -f-«i3 ACT (1)

Л А2 0 А I + 022 At + «23 , (2)

где «jj - чувствительность 1-го сигнала к приращению j-ro параметра.

Совместное решение двух уравнений (1) и (2) с тремя неизвестными для нахожде- нияД I возможно в том случае, если

«13 «23/оч

«12 «22

т е. если отношение чуаствительностей каждого мз сигналов к подавляемым (исключаемым) параметрам одинаково. При соответствующем выборе частоты тока возбуждения вихревого измерения соотношение (3) выполняется достаточно точно.

На фиг. 1 основной годограф ЭДС (линия 1)соответствует изменению частоты тока возбуждения О) .Точки основного годографа, в которых производится расчет влияния изменения параметров проволоки, отмечены значками о. Нумерация точек возрастает с увеличением частоты ш„Линиями 2 (сплошными тонкими) проведены годографы, обусловленные изменением толщины оболочки за счет изменения радиуса внутреннего слоя п, линиями 3 (штриховыми) - за счет изменения радиуса внешнего слоя Г2. Годографы, обусловленные изменением магнитной проницаемости внутреннего слоя, показаны линиями штрихпунктирны- ми. Годографы, обусловленные изменением удельной электрической проводимости слоев, совпадают с основным годографом. Вдоль него идут годографы, обуславливаемые изменением несоосности (разнотол- щинности) оболочки. Конечные точки этих

годографов, соответствующие максимальной относительной разнотолщинности

. «- (гг -п)

где I - смещение осей слоев, отмечены значками +, сохраняющими номер начальных точек 0 основного годографа.

Лишь для высокочастотной области (точки 9-11) и большой разнотолщинности

годографы отклоняются от основного внутрь ограниченной им области. Приведенные расчетные годографы были проведены на обширном экспериментальном материале с платинитом и допускают следующее

качественное объяснение. Если в преобразователь ввести ферромагнитный сердечник с магнитной проницаемостью р. то ЭДС преобразователя значительно возрастает. Возрастание может составить ц раз

(при / 1 и низкой частоте тока возбуждения). Медная оболочка уменьшает влияние ферромагнитного сердечника. Экранирующий эффект оболочки биметаллического цилиндра тем сильнее, чем больше возникающие в оболочке вихревые токи и чем значительнее уменьшение плотности вихревых токов к границе оболочки с сердечником, т.е. чем больше удельная электрическая проводимость и толщина

оболочки. Годографы, обусловленные изменением частоты тока возбуждения и удельной электрической проводимости оболочки, имеют одинаковый ход. Совпадение с этими годографами годографа, обусловленного

изменением разнотолщинности оболочки, объясняется с помощью фиг. 2,

На фиг, 2а приведено симметричное расположение оболочки относительно сердечника, на фиг. 26 - несимметричное. Самый внешний контур протекания вихревого тока совпадает с внешней границей цилиндра. Для симметричного цилиндра и другие контуры тока остаются окружностями, не пересекающими границы раздела сред, и

вся оболочка полностью выполняет свою экранирующую роль. Для несимметричного объекта толщина слоя, в котором контуры тока замкнуты в одной медной оболочке цилиндра, уменьшается. В области П ( фиг.2б)

контуры тока проходят по двум средам. Поскольку удельная электрическая проводимость сердечника а 40 раз меньше проводимости оболочки, то условия протекания вихревых токов ухудшаются по сравнению с симметричным расположением оболочки, и только часть оболочки, соответствующая области I, сохраняет свои хорошие экранирующие свойства. Таким

образом, несоосность оболочки эквивалентна ухудшению ее проводящих свойств.

Наибольшая чувствительность вихрето- кового измерения и несоосности слоев достигается при средних значениях частоты тока возбуждения (точка б на фиг. 1). Для биметаллической проволоки для герконов диаметров 0,6 мм это соответствует частоте 4,5 кГц,

На фиг. 3 приведены зависимости при- ращенияотносительнойЭДС

(ЛЕ ЛЕ/ЕО ) вихретокового преобразователя от приращении относительной

AAt ,

толщины At --- (где to - номинальное

to

значение толщины) и относительной удельной электрической проводимости оболочки

АЛег ,

цилиндра До ---- (где оъ - номинальОЬ

ное значение удельной электрической проводимости).

На фиг. 4 приведены зависимости приращения относительного электрического сопротивления постоянному току

(где RO - сопротивление отКо

резка проволоки с номинальными значениями параметров) от приращений тех же параметров, что и на фиг. 3. Одинаковое отношение углов наклона в зависимости от толщины и удельной электрической проводимости оболочки в обоих измерения создает возможность учета в вихретоковом измерении двух параметров: толщины и удельной электрической проводимости оболочки с помощью одного дополнительного измерения сопротивления.

На фиг. 5 - приведена зависимость относительного электрического сопротивле- Р

ния (Ro - 1,4 Ом для отрезка

Ко

проволоки длиной 200 мм) от эквивалентной относительной толщины оболочки

Т.э -г Термин эквивалентная толщи-

Т эо

на введен потому, что изменение сопротивления, обусловленное изменением двух параметров: толщины и удельной электрической проводимости, приписывается эквивалентному изменению одного из них (толщине).

На фиг. 6 приведена зависимость модуля относительной внешней ЭДС вихретокового преобразователя Ё -g-- гдеЕнto

вектор ЭДС, соответствующий образцу с но

5

0

С,

°

0

5

минальными значениями параметров - от относительной несоосности разнотолщин- ности оболочки биметаллического цилиндра для различных значений эквивалентной относительной толщины,

Определение несоосности (разнотол- щинности) слоев биметаллического цилиндра по предлагаемому способу производят следующим образом.

Измеряют сопротивление отрезка исследуемого образца - проволоки длиной 200 мм на постоянном токе (для этой цели используют стандартные омметры: М218, Е6- 9 и др.). По зависимости R f (Тэ) на фиг. 5 определяют величину эквивалентной толщины оболочки цилиндра. Например, измерение сопротивления отрезка дало результат 1,6 Ом. Тогда эквивалентная толщина оболочки составляет ь 0,84. Затем измеряют модуль вносимой ЭДС в вихретоковом измерении, производимом по схеме фиг.6 и по соотношению Е f/l (фиг.6) определяют величину несоосности. Для определения этой величины используется кривая, соответствующая определенной эквивалентной толщине оболочки. Пусть, например, вольтметр ВЗ-39 показывает7,5 м В (при ЭДС пустого преобразователя Е0 10 м В). Исходя

из значения Е -7,5 10,0

0,75 по оси ординат

5

5

0

0

5

находим по оси абсцисс I 0,65, т.е. относительная несоосносгь слоев биметаллического цилиндра составляет 0,65.

Формула изобретения Способ измерения геометрических параметров биметаллического цилиндра, основанный на измерении сигнала проходного вихретокового преобразователя и использовании результата измерения для определения контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении несоосности слоев биметаллического цилиндра и упрощения измерений, измеряют сопротивление R отрезка биметаллического цилиндра и определяют эквивалентную толщину ts оболочки цилиндра, характеризующую изменение толщины и электропроводности оболочки, по заранее построенной зависимости R f(t3), затем измеряют модуль Е вносимой в вихретоко- вый преобразователь ЭДС и определяют величину е несоосности слоев биметаллического цилиндра по заранее построенным для различных значений гэ зависимостям Е f(e).

ReE

s)

- Af -Дб#

ФизЗ

№ №

Фиг 6

0,8 iO Јf

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества материалов и может быть использовано для контроля несоосности слоев биметаллической проволоки. Цель изобретения - повышение точности при измерении несоосности слоев биметаллического цилиндра и упрощение измерений. Способ измерения параметров биметаллического цилиндра электромагнитным методом на основе измерения ЭДС проходного вихретокового преобразователя состоит в том, что измеряют сопротивление отрезка биметаллического цилиндра, с учетом которого определяют эквивалентную толщину оболочки цилиндра, измеряют модуль вносимой ЭДС в вихретоковый преобразователь и затем определяют величину несоосности слоев биметаллического цилиндра по заранее построенной зависимости. 6 ил. ч-Ё