Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля Советский патент 1991 года по МПК G01N27/90 G01B7/06 

о со ю о о

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области неразрушающих методов контроля материалов, и может быть использовано для измерения толщин изоляционных покрытий, например эмалевых, лакокрасочных и других, наносимых, на проводящие изделия. Цель изобретения - повышение точности достигается за счет того, что вихретоковое устройство для нераэрушающего контроля содержит рабочий и компенсационный вихретоковые накладныепреобразователис концентрическими обмотками возбуждения, генератор тока. Рабочий и компенсационный преобразователи содержат по дое идентичных петлеобразных измерительных обмотки, каждая пара обмоток размещена в одной плоскости, а обмотки в парах смещены относительно друг друга, обмотки с оди- наковыми радиусами на рабочем и компенсационном преобразователях соединены попарно встречно, а обе пары между собой соединены встречно и выходом подключены к блоку измерения, значения радиусов измерительных обмоток гг соответствуют отношениям rn/R b/2R - 0,6 при rn R; R/rn 2R/2R + Ь - 0,6 при R гп, а радиус R возбуждающих обмоток рабочего и компенсационного преобразователей выбран из условия /3 23-25. 8 ил. СО

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области неразрушающих методов контроля материалов, и может быть использовано для дефектоскопии и измерения толщин изоляционных покрытий: эмалевых, лакокрасочных и других, наносимых на проводящие изделия.

Целью изобретения является повышение точности устройства путем уменьшения влияния изменений электропроводности.

На фиг. 1 показано вихретоковое устройство для неразрушающего контроля; на

фиг. 2 - электрическая схема устройства; на фиг. 3 - вихретоковой преобразователь; на фиг. 4 - то же, вариант выполнения; на фиг. 5 и 6 - приведены графики, соответственно, относительной чувствительности 4а(Ah) вихретоковых преобразователей к толщине изоляции Ah и к электропроводности изделия 4(7от отношения радиусов обрмоток преобразователя д - -; на фиг, 7 и 8

л

- графики зависимости 4а и 4а от обобщенного параметра / соответственно.

Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля состоит из рабочего накладного вихретокового преобразователя (ВТП) 1 и компенсационного ВТП 2, идентичного рабочему. Каждый из преобразователей 1 (2) содержит цилиндрическую возбуждающую обмотку 3 (4), подключенную к источнику 5 переменного тока, и по две петлеобразные и измерительные обмотки (ПИО) 6 и 7 (8 и 9), включенные попарно встречно, образуя пары обмоток 6, 8 и 7, 9, дифференциальные пары обмоток 6, 8 и 7,9 также между собой включены встречно и общим выходом подключены к блоку 10 измерения. Возбуждающие обмотки 3, 4 и измерительные обмотки 6-9 размещены на неферромагнитных и непроводящих цилиндрических каркасах 11 и 12.

Радиусы R возбуждающих обмоток рабочего ВТП 1 и компенсационного ВТП 2 определяется из условия / 23 - 25 по формуле

R wfer-™

где /9-обобщенный параметр;

f - частота тока возбуждения;

(J0 - электропроводность материала эталонного изделия;

fio - магнитная проницаемость вакуума,

а радиусы rni,2 соответствующих измерительных обмоток выбраны из условий

- - 0,6, если rni.

2R

2R +Ь

- 0,6 если R гП1,2.

В работе рабочий ВТП 1 устанавливается на контролируемое изделие 13, покрытое изоляционным слоем 14 толщиной Ah, компенсационный ВТП 2 размещается на эталонном изделии 15 с эталонной электропроводностью сг0. Последовательно соединенные возбуждающие обмотки 3 и 4 подключают к источнику 5 переменного тока с частотой f.

С выхода дифференциально включенных ПИО 6 и 8 снимается абсолютное изме- нение напряжения, определяемое выражением

A U.8 Us - U6 (4а Да - 40) Ue .

(2)

где 4(7, 4а - относительная чувствительность ВТП 1 к электропроводности а изделия и толщине покрытияAh соответственно,

Так как петлеобразные обмотки 6,7 и 8, 9 размещены в одной плоскости с возбуждающими обмотками 3 и 4 соответственно, то параметр

„ 2Ah-hp 2Ah,..

a- R - R -W

где h0 - расстояние между возбуждающей обмоткой и ПИО (h0 0);

Ah- зазор (или толщина изоляции). С учетом (3) для A Ке.в получают

А 1)6,8 U8 ( 408,6 - 40В.6 ) - (4)

С дифференциально включенных обмоток 7 и 9 снимается напряжение Д 119,7-1)9 -U7

U9( 4.,7). (5)

При равенстве эталонных сигналов Ue - Ug, для результирующего напряжения записывают.б-Ли9,7

U (408,6 - 409.7) Ц + -S5 4от 7 4оТ в(Я ,

Анализ полученной формулы (6) показывает, что контроль толщины изоляционного покрытия A h с отстройкой от влияния а может быть выполнен при условии, когда

4оэ,7 4ов,б .(7)

а выходной сигнал с вихретокового устройства AU зависит от Ah при

409,,6(8)

При 4оэ.7 4ав,б и 4оэ,7 4ов.б выражение (6) принимает вид

(4ов.б-409.7). (9)

т.е. Доопределяется только величиной Ah при Do const. Оптимальный режим контроля толщины изоляции Ah при 4ов,б - 4оэ,7 const(10)

при изменении ft, в этом случае становится возможным осуществить количественный контроль без использования тарировочных графиков.

На фиг. 5 и 6 приведены графики изменео

ния ((5)и 4о ($}. где д - при

(11)

Гп

R rn и

где R, rn - радиус возбуждающих обмоток 3 и 4 возбуждения и измерительных обмоток 6, 7 и 8, 9 соответственно. Зависимости 4а р (5) и 4а р (5) для ПИО (фиг. 5 и 6) получены для различных значений обобщенного параметра

/3 R T2jrf1«o(f/o ±Да).(13)

Анализ зависимости 4а р (fl) показывает, что в области ft 15 для значений 5 0 - 0,6 А( const, а для этих же значений 54а изменяется.

Из фиг. 5 и 6 следует, что, например, для ПИО с 5i 0,2 и & 0,6 при р 15 - 50 4o6i 4об2 а 4ea5i Qafa, т.е. выполняются условия (5 и 6), когда отношения радиусов ПИО к радиусу R не равны одно другому и составляют значения, лежащие в диапазоне 5 0,0 - 0,6.

Другим условием равенства 4св,в 4оэ,7 является их независимость от 0, что равноценно обеспечению одинакового характера изменения 4ов,б f (f$) и (fi), так как в этом случае 4ов,б - 4от.7 0 .

Анализ графиков(фиг. 5 и 6) показывает, что в области (3 15-30 при 6 0 - 0,6 «ависимости 4ов,(Д) и4о9л рф) практически совпадают, поэтому в указанном интервале значений / разница Лов.е - 4св,7 0 . Например, если выбрать ПИО 6 и 8 с 5i 0,2, а ПИО 7 и 9 с 62 0,6, то получают при ft 30 и 50 для 5i-0,2 4оБ -0.42; 4ов - -0,30:

для д 0,6 4об -0,41 4ов; -0,2 9. Тогда Д4ов-0,01; Д4св-0.01.

В диапазоне ft от 15 и выше разница 4ов,б - 4o9j 0. С другой стороны (фиг. 6) следует, что для тех же значений / и д : 4ов 12,6 ; 4ов 16,6 для 5i 0,2 ; 4об 11,9 ; 4с® 15,9 для (,6.

Тогда Д4об 0,7, Д4сга 0,7 и условия (10) выполняются. На фиг. 8 и 7 приведеныграфикизависимостиАа(Ah) / (р) и 4ст у(Д) , построенные из зависимостей, показанных на фиг. 5 и 6. Из зависимостей следует, что для значений (5 0 - 0,6 рациональное значение Д состаь- ляет 23 - 25, так как в этом случае 4o6i 4об2 и 4odi - 4«5г 0.

В этом же диапазоне значений /(фиг. 8) в диапазоне значений д 0 - 0,6 разница 4o5i - 4со52 const, например для 5i 0,2 и 52-0,6 4o6i -4оЙ2 1Полученный рациональный диапазон

значений Д, определяет и рациональные

значения радиуса обмотки возбуждения R:

R -23-25 ., .

к

Вихретоковое устройство позволяет проводить неразрушающий контроль изоляционных покрытий практически с полным

подавлением мешающего фактора - изменения электропроводности Ли материала изделия в широком диапазоне Например эталонное значение а0 30 10 см/м, /3 24. частота тока возбуждения f - 600 10 Гц, диапазон изменения/JOT 24 до 30 и по 18. т.е. , с учетом принятых параметров длч радиуса обмотки возбуждения coi лаемо ьы ражению (14) получают Р - 2 мм

Радиусы ПИО 6 и 8 при R i п для д 0 2

Гп6,8 Ю ММ , ДЛЯ &2 0.6

ГЙ9.7 - § 0,33 ММ .

5 Диапазон изменения значений электропроводности материала, при которых выполнена отстройка от их влияния, определяется формулами

20

а+ д д lЈ±.M)L - 4б,84 см/м ; ,«o

о- М @-AjL 1б,8б см/м ;

2 Я f R2 //о Относительное изменение о составляет

30

(,13%; .8%.

Как следует из фиг. 7 и 8, это обеспечивает условие практического контроля, с максимальной погрешностью измерения толщины покрытия 2,5% при изменении электропроводности от 30 до 46,84 -10

см/м и с погрешностью порядка 3% при изменении аот 30 до 16,86 --106 см/м. Погрешность измерения толщины изоляции путем изменения коэффициентов 4а(Дм)в.би 4а(Дм)д. при изменении Р за

счет Дсгпрактически исключена так как 4Ah8,6-4h9.7 const. Это позволяет програ- дуировать измерительный прибор непосредственно в единицах измеряемых толщин покрытий и использовать его в широком диапазоне изменений Ah, в то время как известное устройство обеспечивает использование преобразователя с R 2 мм для контроля толщины покрытий не более 100 мкм.

Формула изобретения

Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля, содержащее идентичные рабочий и компенсационный вихретоковие накладные преобразователи,

каждый из которых выполнен с цилиндрической возбуждающей обмоткой и двумя измерительными обмотками, одна из которых имеет петлеобразную форму, отличающееся тем. что, с целью повышения точности, вторая измерительная обмотка каждого из преобразователей выполнена петлеобразной и имеет радиус, отличный от радиуса первой измерительной обмотки, обмотки одинаковых радиусов обоих преобразователей включены попарно последовательно- встречно, пары измерительных обмоток

/

Фиг. 2

0

включены последовательно-встречно, их свободные выводы предназначены для подключения к блоку измерения, радиус R возбуждающей обмотки выбран из условия - 25, где /J- обобщенный параметр, а радиусы гП1,2 соответствующих измерительных обмоток выбраны из условия

Гп1,2/ R b/2R-0,6, еслигпгг R и

R/rni,2 2R/2R+D - 0,6, если R rni,2 где b - ширина петлеобразной обмотки.

4а

12

It

10

X

X

X

X

L

X

X

/&

&-.

3,6

X

0.7

X

7

X