Способ контроля ферромагнитныхОбРАзцОВ пОСРЕдСТВОМ элЕКТРОМАгНиТ-НОгО пРЕОбРАзОВАТЕля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/12 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФЕРРО1МАГНКТНЫХ ОБРАЗЦОВ ПОСРЕДСТВОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

гию взаимодействия преобразователя с образцом определяют по формуле:

)zj zj-чг гфсойсчо-чф),.

где 3 - намагничивающий ток

электромагнитного преобразователя;

2д и Z ф - комплексное Полное сопротивление первичного ,преобразователя соответственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии;

Чд и Уф фазовый угол между намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке преобразователя соответственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии.

На фиг, 1 показан схематически пример конструкции электромагнитного преобразователя, предназначенного для реализации предложенного способа контроля; на фиг. 2 приведена эквивалентная схема замещения преобразователя.

Преобразователь представляет собой два ферромагнитных стержня из магнитомягкого.материала 1 и 2 квадратного сечения. Мысленно разделим всю длину стержня пополам и на середину каходой половины намотаем намагничивающую обмотку (всего четыре секции, допустим, по одному витку) 3-6..Соединим намагничивающие сек,ции так, чтобы вектора намагниченности 7-10 были направлены так, как показано на фиг.1. Вместе с секциями 5 и -6 намотаем измерительную обмотку (на фиг.1 не показана), а в середине каждого стержня разместим дополнительную измерительную обмотку в виде двух секций 11 и 12.

Анализ работы первичного преобразователя проведем с помощью эквивалентной схемы замещения. Выполнение секций намагничивающей обмотки в виде сосредоточенных катушек, а также относительная автономность каждого участка ферромагнитного стержня делает наиболее удобным применение для анализа и расчета первичного- преобразователя эквивалентно схемы магнитной цепи, в которой отдельные участки ферромагнитного стержня со своей намагниченностью и магнитной проводимостью рассматриваются в качестве простейшего однородного элемента.

На фиг. 2 представлена эквивалентная схема магнитной цепи со следующими обозначениями:

13(R) - магнитное сопротивление воздушных зазоров между ферромагнитными стержнями первичного преобразо вателя;

14 (R) и 15(R,jj) - магнитное сопротивление соответственно верхней и нижней половин ферромагнитного стержня;

16(R.j) - магнитное сопротивление воздушного промежутка между стержнем и исследуемым образцом 17 (фиг.1);

18(R) - магнитное сопротивление исследуемого образца;

19(Ф) ,20(cf.i) и 21(Фз) -контурные магнитные потоки;

3 - магнитодвижущаясила,создаваемая отдельной намагничивающейсекцией.

Для расчета цепи использован метод контурных токов (потоков). Составим контурные уравнения для трех контуров:

2Ф(R + R) + ф

2 J

2Ф2() +ф R - Ф2,К 2;/ (1) (R + 2R + R) -Ct.j R О

Найдем энергию взаимодействия первичного преобразователя с исследуемым образцом. Это легко сделать,если помнить, что энергия взаимодействия определяется по изменению магнитного состояния первичного преобразователя до взаимодействия с исследуемым образцом и при взаимодействии.

Пропустим по намагничивающей обгмотке ток Э. в первом и во втором контуре при отсутствии исследуемого образца возникнут магнитные потоки Ф и Ф2 Контурное магнитное сопротивление второго контура R в этом случае

-..R,. (а)

Ж

После поднесения исследуемого образца к первичному преобразователю это сопротивление изменится и станет 45 равно

aJ-4:,R

(3)

R-. Ф-,

CQ Разница этих сопротивлений, умноженная на квадрат магнитного потока, равна энергии взаимодействия первИчного преобразователя с исследуемым образцом:

М-йОФ е дэ.. (4) . Эта величина определяет состояние намагниченного исследуемого материала и равна полной энергии, израсходованной на намагничивание исследуе0 материала. Для доказательства этого найдем Я из системы уравнений, когда исследуемый материал отсутствует:

R 2(R,j + R) 5 из (21 и второго уравнения системы (1): V(V«) Подставим.Ra R в (4), получим для энергий взаимодействия Ьа. Подставим в (5) выражение для контурного потока ф.;, полученное и третьего уравнения системы (1): шолучим:

бЗ.,ф(,),

откуда видно, что это энергия,израсходованная на создание магнитногр потока в воздухе (в сопротивлениях из и R) и на покрытие потерь на намагничивание (Ф|Кд) исследуемого образца.

Преобразуем выражение энергии взаимодействия в вид, удобный для практического использования. Подста вим в (4) формулы (2) и (.3) .получим

Ч«(-)-(||-|)К )

0

В отсутствие исследуемого образца контурные потоки Ф и Ф одинаковы (обозначим их через Ф°-Ф° Ф9 }. Подставим Ф в предыдущую формулу, получим:

,.,и(Ф1),( (7)

Получено, выражение для определения энергии взаимодействия при выбранной расчетной схеме замещения. Потоки и токи первичного преобразователя определяются экспериментально а величина R является константой, зависящей от конкретной конструкции первичного преобразователя.

Вследствие того, что первое слагаемое в (7) мало по сравнению с § , можно обойтись измерением только величин ф и Фх или разности

(Фд. -i) I г-Д® измеряет измерительная обмотка, намотанная совместно с секциями 5 и 6 намагничивающей обмотки, а разность ( Фд ,) - дополнительная измерительная обмотка.

Для оценки первого слагаемого найдем поток Фз из двух первых уравнений системы (1):i

.-,.., afe.,.

20

с учетом (5) найдем:

(

0-|)

23

фо

Так как величина 2Ят|: « R,

то 2 эi-ЗС 3 О , т.е. этой величиной

СЬС

в (7) можно пренебречь, и для .энергии взаимодействия получим

-ъъ..

Ф,,(ф.,-Ф,)тг (9)

Можно показать, что величина ф(с})-ф) приблизительно равна Ф Перемножим для этого значения найденные из ,(8) и третьего уравнения системы (1).

Получим

; ФК(М))

R « R,

2R « R

и 2R +

,где

ИЛИ

/ф -ф . . 3 МТаким образом, энергия взаимодействия в предложенном способе будет вычисляться по формуле

Л .

При намагничивании в каждом измерении будет фиксироваться определенная наперед заданная величина энергии взаимодействия или величина пропорциональная энергии взаимодействия.

,).

Величина, пропорциональная потерям 65 на перемагничивание, и равная отноВерхняя и нижняя части первичного преобразователя одинаковы, поэтому Магнитные сопротивления их равны (« -RI-R) Получаем VM) м). Отсюда разность контурных потоков:2 N гтгж Подставим (8) в выражение энергии взаимодействия (7) .й,....,(%-Р°)Ф. , ФдФьТ -2 фо атгж , о +1 сительной величине коэрцитивной материала, определяется при размагничивании исследуемого матери ла до момента, когда дополнитель измерительная обмотка покажет ну вое значение, т.е., , (,}-о, При этом Фз О. Из третьего нения системы (1), куда вместо н нужно подставить значение МДС от цитивной силы материала (С7с)/на дим. JG-V OR ИЛИ Н Фа7 г Удельное м нитное сопротивление воздушного межутка на единицу длины. измерение Н в данном случае водится при нулевой намагниченно исследуемого материала. Определим погрешность измерен возникающую в результате принято допущения. Абсолютная погрешност вычисления Ф| равна: - J-LKT Xwv)(,). относительная погрешность: + 1 чуть больш где величина R единицы, величина чуть м + R ше единицы, а произведение их дае почти -единицу. Относительная погрешность изме рения н определится приближенно формуле 2 а И для первичного преобразователя магнитомягкого материала не превы шает 1%. Формула изобретения Способ контроля ферромагнитных разцов посредством электромагнитн преобразователя,включающий опреде ние потерь на перемагничивание, о личающийся тем, что, с целью повышения точности, устанавли вают намагничивающий ток электромагнитного преобразователя, при котором определяют комплексное полное сопротивление электромагнитного преобразователя и фазовый угол между установленным намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке электромагнитного преобразователя, затем накладывают преобразователь на образец и повторно определяют комплексное полное сопротивление и фазовый угол, -определяют удвоенную энергию взаимодействия преобразователя с образцом, изменяют намагничивающий ток преобразователя до достижения нулевого значения разности полученного и заданного значений удвоенной энергии взаимодействия преобразователя с образцом, при этом удвоенную энергию взаимодействия преобразователя с образцом определяют по формуле: A3 -3 fSI-2Z ;-2Z.2фCOS(, где - намагничивающий ток электромагнитного преобразователя;ZP и 2ф- комплексное полное сопротивление преобразователя соответственно до взаимодействия с образцом и при взаимодействии;М , ф-фазовый угол между намагничивающим током и напряжением на намагничивающей обмотке пре. образователя соответственно до взаимодействия преобразователя с образцом и при взаимодействии . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В. Клюева.М., Машиностроение, 1976, кн.2, с.91-92. 2.Михеев М.Н. Магнитный контролькачества термической и термохимической обработки стальных изделий при помощи коэрцитиметра с приставными электромагнитами. Труды Института физики металлов УФ АН СССР, 1949, в.12, с. 157, 170 (прототип) .

фаг. I