Вихретоковый преобразователь Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения угловых и поперечных смещений электропроводящих объектов относительно оси вихретокового преобразователя.

Известен вихретоковый преобразователь (ВТП), содержащий возбуждающую и две измерительные обмотки. Возбуждающая обмотка намотана на С-образный магнитопровод с прорезью, первая измерительная обмотка прямоугольной формы расположена в двух пазах, выполненных параллельно и симметрично прорези в магнитопроводе, вторая измерительная обмотка состоит из двух полуобмоток, расположенных в пазах на внешней окружности магнитопровода так, что их витки проходят через прорезь в отверстие, выполненное в магнитопроводе диаметрально противоположным прорези.

Такой ВТП позволяет определять направление и угол отклонения его оси относительно нормали к поверхности электропроводящего объекта. Однако вследствие разной конструкции измерительных обмоток затруднена отстройка от влияния направления углового смещения оси ВТП или ориентации края электропроводящего объекта соответственно при определении углового или поперечного Смещения этого края относительно оси ВТП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вихретоковый преобразователь, содержащий возбуждающую обмотку в виде круглой катушки и измерительную обмотку в виде двух встречно включенных катушек, образующих восьмерку, расположенных параллельно катушке возбуждающей обмотки симметрично ее оси и диаметрально противоположно друг другу. Недостатком известного EiTn является низкая достоверность контроля угловых и поперечных см8щен; й э.чактропроводящих объектов из-за невозможности отстроиться от влияния на результаты коггтроля ориен Т8ЦИИ их краев в рабоч.ей гшоскост /. ВТП, При. ориентации края элоктропроаодпщаго объекта ортогонально общей стороне гатушз;; измерительной обмотки иельая 1эмерить его поперечное смел.ение. Кроме того, к недостаткам.;-|Звесгного БТП относится низкгг; чувствительность его к поперечному смащаиию края объекта. Это обьясняется тем, что общий стороны катушек измерительной обмотки, образующие область наибольшем чувстаительнопт к изменениям напряженности электромагнитного поля и русла з-4хрень х токов, еозбужденных в электропроводящем объектз, разнесены в гшоскости -.з рэсстояние, превышающее диаметр .;.ек 1лзмерительной обмотки, Цепью изобрегения явлп тся повыше№Ati достовермости контроля за счет отстройкм от влияни5 ориентации края объекта и за счет повышгнин чувсгБчтзпьиости преоорасователя к поперечному омзшег;ио крйй объекта. nocT3R;;e;i:jST цель достигается тем, что а аидретокойом преобрззозателе для нерзэруша:эще о контроля. :;одержа1де ч аозбуждающую Goi- oT .v и раьпо,1ож8нньге со стороны одного из ее торцов иве ;змзр-гтельные обмотки, одна из которых выполнена 8ось5.1еркс.образной, и витки есзх обь«оток располо:кены в параллельных плоскостях, вторая иамерительнай обмотка выйолиб} идентично первой -; повернутг относите.пьно нее в пл.ос;ости иьчтков j-sa 90, зозбуждзющая обмотка Было/1нен8 га виде четырех одинаковых квадратных секиий, рас юложенных з одной пппскооти так. что ОКИ образуют шадрат :: ; ентром Нс oct np«o5pa30B8TS i;, и соеликекных между собой последоЕзгеяьно гак, VTO и: празлзния TOKQG Е сспря;хеннык участках секций совпадают. Выпо/жение гзторой мзмермтс гьной симотки и/4ент чна первой, но повернутой этносительнс э ллоскост г 0:/1- -ков п,:; 80° позволяет получить нй выходе ВТП смгмал., не чувствительный к ориентации Kpass сбьекта, что попьшзег достоверность контротя. Кроме того, выполне1; -а возбуждающей e MOTRV в виде четырех одинйкоаых квадр«;;; ых секций, рзспо/южениьгх в oдtlOй плоскости так, что oii;,, образуют кпадрзт с центром на оси преобрагооателг и соединенных между собой последоззтельно так, что непрэкленкй токов s сопрйженных участкзх секций совпадают, позволяет сблизить руслэ вихревых токов, наводимых в проводящем объекте, и наиболее чувствительные к изменению величин вихревых токов общие стороны восьмеркообразных катушек, что чувствительность к поперечному смещению крак объекта, т.е. пооышэе достоверность контроля. На фиг.1 13ображен ВТП с условно раз(-есенными по оси ВТП обмотками, намотанными по указанным стрелками иапрззлениям; на фиг,2 - вариант схемы подхлиэчения ETi1; на фиг.З - распределение эквипотанциальных линий возбуждающей ВТП; на фиг.4 и 5 - взаимное расположение электропроводлщего объэктз и оси ООВТП: на фиг.б - график ззвис; моси изыенен й огмбающей выходного сигнала измерительных обмоток ВТП от пспиречного и углового смещений ВТП относительно объекта. BuxpcTOKOBtui гюеобразователь содер: :.ит(фиг.) возбуж.. обмотку 1 w располо.женные со стороны одного из ее торцов Дьо мзмерительные обмотки 2 и 3, выполи8:-:иыо восьмеркообразиыми. Битки всех обмоток рясполокан : в п раллвльных плоскостях. Возбуждающая обмотка 1 состоит из четырех оцина овых КЕЗдракых секций 1а, 16. э, .1г., расположенных -в одной плоСГОСП1 так, что CHVs образуют квадрат с центрс 4 на oci; преобразователя ti саединенных между собой последозательно так, что НЕправлеиия токов в сопряжекных учзст а:.х секций совпэдйют. Первая мзмери-гзльная о6:лоткз 2 состоит из двух встречHCi включенных катушек 2а и 2о, рзспопоженных CHMMeTp - MHO относительно оси ООВТП так, что периметр каждой из них совпадает с пер метром одной из пар соседних между собой секций возбуждающей t, включенных астречно, т.е. периметр Кс- у-ичи 2а совпадает с г ериметром пары секций 1а - 1Г: периметр катушки 26 с пзри.1: тро;ч пары секций 16 - 1в, Вторая з еритэльнзя обмотка 3 идентична первой измерителы;ой обмотке 2, ко поаернута относитель -гс нее в плоскости ЕИТКО.З из 90°, т.е. рторз.я измерительная обмотка 3 состоит и; Asyx катушек Зй и 36, расположенных так, что периметр катушки За совпздает с периметром пары секций 1г - 1з. а периметр катушки 36 - с периметром пары секций Is - 16 Еюзбуждающей обмотки 1. Катушки За ii 35 if,.лючeны встречно. Один й2 варизктоБ схемы подключения ВТП содержит генерзтор 4 высокочастотного тока, к которому подключена.вообуждзющзй обмогкз 1, Перва.я измерительная обмотка 2 4 spe:i амплитудный детектор 5 и аторзя измерительная обмотка 3 через амплитудный детектор 6 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 7. Выход сумматора 7 соединен с входом индикатора 8, в качестве которого может быть использован, например, стрелочный вольтметр. При измерениях ВТП расположен вблизи плоского электропроводящего объекта 9 с краем 9а.

ВТП работает следующим образом.

По возбуждающей обмотке 1 гфотекает высокочастотный ток, поступающий е генератора 4 высокочастотного тока. ЭДС, нзводимые электромагнитным полем возбуждающей обмотки 1 а катушках измерительных обмоток 2 и 3, взаиу.окомпексируются. Е случае, когда в качестве объекта S используется электропрОЕОдящее полупространство и ось GO ВТП расположена ортогаязльно поверхностл объекта 9, нааодимые в катушках измерительных обмоток 2 и 3 ЭДС также взаимокомпенсиру«:тся, поскольку поле вихревых токов симметрично относктельно оси ООВТП.

Рассмотрим случай определения величины поперечного смещения края 9а плоского злектропроводящего объекта 9 относительно оси 00ВТП, ориентированной ортогонально поверхности этого объекта 9.

Край Эа плоского электропроводящего объекта 9 находится тогда вблизи центра О рабочей плоскости XY ВТП. Симметрия электромагнитного поля в зтом случае нарушается и на выходе измерительных обмоток 2 и 3 появляются напряжения, .приближенно аппроксимируемые выражениями

J2 Ka-cos j5l -cos ал ; ;U3 K3-sin sinpl-cos yt, где t - время; ш- угловая частота питающего тока; /3 - угол между осью Y в рабочей плоскости XY вихретокового преобразователя и проекцией края 9а электропроводящего объекта 9 на эту плоскость; К2, Кз - коэффициенты, функционально связанные с поперечным смещением ti. края 9а объекта 9 относительно оси 00ВТП. При идентичности измерительных обмоток 2 и 3 коэффициенты К2 и Кз равны между собой (К2 Кз К). Тогда на выходе сумматора 7 присутствует напряжение Ua K(sin + cos /) К, которое не зависит от угла ориентации края 9а объекта 9 в рабочей плоскости XY ВТП. Напряжение на выходе сумматора 7 индицируется индикатором 8 и.по нему судкт о поперечном смещении края 9а объекта 9 относительно оси ООВТП. Таким образом, в предлагаемом ВТП выходной сигнал пропорционален поперечному смещению края объекта 9з и не зависит от угла / ориентации этого края в рабочей плоскости XY ВТП, что повышает достоверность контроля этого смещения.

Зависимость р;зменения коэффициента

К от смещения Л края 9а объекта 9 имеет максимум при пересечении края 9а осью 00 ВТП. Эквипотенциальные линии злектроfvtarHHTHoro поля возбуждающей обмотки 1 (фиг.З) и как следствие поля вихревых токов

расположены с максимальной плотностью такхе вблизи оси 00 ВТП и вдоль сторон кзтушек 2а,.2б и За, 36 измерительных обмоток 2 м 3. По этой причине при максимальном напряжении U на выходе

сумматора 7 расстояние между сторонами катушек измерительных обмоток 2 и 3 и руслами возбуждаемых в объекте 9 вихреаых токов наибольшей величины получается наикратчайшим, что повышает уровень

ЭДС, наводимых электромагнитным полем вихревых токов в этих катушках и, следовательно, повышает чувствительность ВТП к поперечным смещениям края 9а объекта 9, т.е. повышает достоверность контроля смещений объекта 9.

Формула У 3обретения

Бихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля, содержащий возбуждающую обмотку и расположенные со стороны одного из ее торцов две измерительные обмотки, одна из которых выполнеia восьмеркообразной, а витки всех

обмоток расположены в параллельных плоcкoctяx, отличающийся тем, что, с целью повышения достоаерности контроля за счет отстройки от влияни. ориентации края объекта и за счет повышения чувствительности прербразователя к поперечному смещению края объекта, вторая измерительная обмотка выполнена идентично первой и повернута oтнocиteлbнo нее в плоскости витков на 90°, а возбуждающая

обмотка выполнена в виде четырех одинаковых квадратных секций, расположенных в , одной плоскости так, что они образуют квадрат с центром на оси преобразователя, и соединенных между собой последовательно так, что направления токов в сопряженных участках секций совпадают. ..,-.t -bJ«M«lr ...та.

78 //I /V

-г; 3 ji«Wz5i 7;;.3.-V«

„.. .jig;;)

(У7

:iM) л

,

, Ч., -..«.«.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения поперечных смещений электропроводящаго объекта относительно оси вихретокового преобразователя. Цель изобретения - повышениедостоверности контроля за счет отстройки от влияния ориентации края объекта и за счет повышения чувствительности преобразователя к поперечному смещению края объекта. В вихретоковом преобразователе, содержащем возбуждающую обмотку и две измерительные обмотки, вторая измерительная обмотка выполнена идентично первой и повернута относ^'гтельно нее в плоскости витков на 90°, а возбуждающая обмотка выполнена в виде четырех одинаковых квадратных секций, расположенных е одной плоскости так, что они образуют квадрат с центром на оси преобразователя, м соединенных между собой таким образом, что направления токов в сопряженных участках секций совпадают. 6 ил.

©т

8 о///I

. - , ,™ .„

S g; U . , к11«л э «г31Я; |

: ifI - -С

Ч

0ife.2 Фаг.,

Фиг.Ь ФигЛ