Способ неразрушающего контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к неразрушающим методам контроля электромагнитных свойств материалов и изделий: магнитной проницаемости, электропроводности, а также физико-механических параметров, влияющих на проницаемость и электропроводность, например, механических напряжений.

Цель изобретения - повышение точности и информативности за счет локализации зоны контроля и одновременного определения магнитной проницаемости и электрической проводимости контролируемого материала.

На фиг. 1 представлено устройство для контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - график зависимости напряжений измерительных обмоток от частоты тока возбуждения.

Рабочий и эталонный преобразователи устройства выполнены каждый из двух П-об- разных магнитопроводов 1 2 и 3,4, размещенных друг над другом так что их полюса

лежат в одной плоскости в направлении активной базы магнитопроводов, при этом оба магнитопровода преобразователей содержат потри параллельно расположенных П-образных части 5,6, 7,8, 9,10 и 11,12,10,14,15,16. Измерительная обмотка 17 рабочего преобразователя размещена на Одной из крайних частей 8,10 внутреннего магнитопровода 2, а измерительная обмот- ijca 18 эталонного преобразователя размерена в средней части 15 внутреннего магнитопровода 4, выходы измерительных (рбмоток 17,18 через коммутатор 19 подключены к блоку 20 обработки сигналов.

Обмотки 21,22 возбуждения рабочего преобразователя и обмотки 23,24 возбуждения эталонного преобразователя через пе- ременнные сопротивления R1 и R2 параллельно подключены к генератору 25 гармонических сигналов. 8 качестве примера показано размещение обмоток 21,22,23,24 возбуждения на верхней части Магнитопроводов 1,2,3,4, для уменьшения полей рассеяния они могут быть размещены по всей длине магнитопроводов. Способ нз- разрушающего контроля электромагнитных И физико-химических параметров ферромагнитных материалов осуществляется следующим образом.

В работе рабочий преобразователь устанавливается на контролируемый материал 26, Коммутатором 19 измерительные. Обмотки 17, 18 включаются встречно, а обмотки 21,22,23,24 возбуждения подключаются к генератору 25. Изменяют частоту foKa возбуждения. В момент, когда напря- кения с выхода измерителы-шх обмоток 18,17 сравняются, блок 20 обработки сигналов зафиксирует час г оту fe баланса тока возбуждения, используя которую определяют Значения контролируемых электромагнитных параметров: обобщенного параметра /л/у , магнитной проницаемости /и и электропроводности у. Для сплошных ферромагнитных материалов, для которых глубина проникновения поля А меньше их толщины h, параметр ,и/у рассчитывается в блоке 20 по формуле

f bVo(1)

или по тарировочному графику/г/у р(ъ), . а значения и и у находятся по тарьфовоч- ным графикам (fe) и у « (fb).

При контроле электромагнитных параметров порошковых материалов и сплошных, для которых h Д после измерения параметра 1л1у с помощью коммутатора 19 на вход блока 20 подаются раздельно напряжения Up и U0 с измерительных обмоток 17 и 18, по формулам

„ -bUp

// ™ - П

г hlfo

5

bUD

(2) (3)

h U0 TT/MO f6 b Ј Из фиг. 1 следует, что эталонный преобразователь позволяет сформировать в диэлектрической среде под полюсом части 15 магнитопровода поток Фь, силовые линии

п которого имеют вид эллипсов, имеющих общие фокусы, расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, а рабочий преобразователь позволяет сформировать в контролируемом материале 26

с частью 10 магнитопровода поток Фо, магнитные силовые линии которого имеют вид эллипсов с фокусом, лежащим в плоскости чертежа. В этом случае для магнитного сопротивления диэлектрической среды под

д частью 15 магнитопровода для магнитного сопротивления диэлектрика можно записать

(4)

R,

40Ъ

, V2m-l т - 1

где т

а+2а

д- межполюсное расстояние; а - ширина полюсов сердечников в направлении активной базы;

b - ширина полюсов в направлении, перпендикулярном активной базе преобразователя;

jU0 - магнитная проницаемость вакуума. Магнитное сопротивление участка контролируемого материала, намагниченного частью 10 магнитопровода рабочего преобразователя, определяется формулой

/.lo{i&

Ж

i m + 2 m - 1

In (с.)

m - 1w

/Но/и A In A

где А- глубина проникновения электромагнитного поля в контролируемый материал, определяемая формулой

0

5

(6)

2 f/M0/wy с учетом формул (4) и (5) получают

rcvjrfRftn/fy

B/ olnA,

Откуда обобщенный параметр/ /у будет равен

ft/у л fsb2/ o.(1)

Так как значение обобщенного параметра /г/у определяется по формула (1) точно, становится возможным провести и раздельный контроль ц и у для ферромагнитных материалов а виде порошков или с

известной толщиной, например, электромагнитных экранов. Для этого при частоте возбуждения fb « fe, например, при 1ь 20-50 Гц (когда потери на вихревые токи практически отсутствуют), находится значение отношения

:UE

к

Uc

(7)

где Uo - напряжение с измерительной обмотки 18 эталонного преобразователя;

Up - напряжение с измерительной обмотки 17 рабочего преобразователя. Известно, что К р(Ф), где Ф - магнитный поток, проходящий через измерительную обмотку. Значение потока Ф определяется формулой

IWb

Ф

RM

где I - ток возбуждения;

RM - магнитное сопротивление цепи, по которой проходит поток Ф.

Так как части 10 и 15 магнитопроводов идентичны и обмотки возбуждения, размещенные на них, имеют одинаковое число витков и распределены по всей длине сердечников, то можно записать

Rr,8ч

U0 «Ј

В формуле (8) отношение UP/U0 будет справедливо при условии, что магнитный поток Фр , проходящий по части 10 магни- топровода рабочего преобразователя (когда он не установлен на контролируемый материал), равен потоку Ф0 эталонного преобразователя. Поэтому, чтобы определить изменение потока Фр, необходимо переменными резисторами R1 и R2 установить равенство выходных напряжений с измерительных обмоток 17,18 при нахождении рабочего преобразователя в диэлектрической среде. В этом случае будет выполнено равенство Фр0 Фо , и изменения потока Фр , а следовательно, и напряжения Up при изменении магнитной проницаемости контро- лируемого материала соответствуют формуле

R Rr

(9)

Uo Rip

С достаточной точностью для магнитного сопротивления контролируемого материала с известной толщиной h на низкой частоте fb 20-50 Гц можно записать ж

Ro

(Ю)

f h/io/ lnA где h А .

Приняв во внимание формулу (4) из (8), получают

-1-й-(11)

С учетом выражения (5) значение электропроводности контролируемого материала определяется из выражения (10)

(.г)

h U0 зг//о fe b 2ч

Формула изобретения 1. Способ неразрушающего контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что рабочий вихретоковый преобразователь размещают на поверхности контролируемого материала, эталонный вихретоковый преобразователь размещают в диэлектрической среде, изменяют частоту тока возбуждения преобразователя, фиксируют частоту баланса в момент равенства напряжений измерительных обмоток преобразователей и используют зафиксированную частоту баланса для определения контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности, после фиксирования частоты баланса рабочий преобразователь размещают в диэлектрической среде, устанавливают частоту тока возбуждения в диапазоне 20-50 Гц, изменяют величину тока возбуждения рабочего преобразователя до момента равенство напряжения измерительных обмоток преобразователей, устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого материала, определяют отношение напряжений измерительных обмоток рабочего и эталонного преобразователей и по зафиксированной частоте баланса и полученному отношению выходных напряжений определяют магнитную проницаемость и электрическую проводимость контролируемого материала.

2. Устройство для неразрушающего контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов, содержащее рабочий и эталонный вихретоковый преобразователи с возбуждающими и измерительными обмотками, генератор гармонических сигналов с регулируемой частотой, подключенный к возбуждающим обмоткам, и блок обработки сигналов, подключенный к измерительным обмоткам, отличающееся тем, что рабочий и эталонный преобразователи выполнены каждый в виде двух П-образных магнитопроводов, один из которых размещен в межполюсном промежутке другого, магнитопроводы составлены каждый из трех параллельных П-образных частей, соответствующие из которых расположены в одной плоскости, а торцы боковых стержней

лежат в одной плоскости, возбуждающие обмотки выполнены из двух последовательно согласно соединенных секций, каждая из которых охватывает все части соответствующего магнитопровода, измерительная обмотка рабочего преобразователя

размещена на одной из боковых частей внутреннего магнитопровода, а измерительная обмотка эталонного преобразователя размещена на средней части внутреннего магнитопровода,

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля электромагнитных свойств материалов и изделий: магнитной проницаемости, электропроводности, а также физико-механических параметров, например механических напряжений Цель изобретения - повышение точности и информативности - достигается благодаря тому, что рабочий вихретоковый преобразователь размещают на контролируемом материале, а эталонный преобразователь размещакгГв диэлектрической среде, изменяют частоту тока возбуждения и в момент равенства напряжений, снимаемых с измерительных обмоток преобразователей, фиксируют частоту тока возбуждения, по значению которой определяют отношение магнитной проницаемости к электропроводности, устанавливают частоту тока возбуждения 20-50 Гц, размещают рабочий преобразователь на контролируемом материале и по отношению напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, пользуясь расчетной формулой, находят проницаемость материала, по найденному отношению магнитной про -(ицаемости к электропроводности и величине магнитной проницаемости рассчитывают значение электропроводности материала 2 с п. ф-лы, Зил. С

О

. в

2,2 2,0 1,6 1,6 #

и1,0 0,8 0,6

М- W

фиг. 2

fy-vM

Л