Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля

 

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 одинаковыми 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

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4652494/28 (22) 16.12.88 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (71) Запорожский центр научно-технического творчества молодежи (72) В.И.Чаплыгин, В.А.Калика, Н.Ф.Потапова, В.M.Áóòûðåâ, А.С. Коляда, А.Д.Бабиков и

С.В.Мельник (53) 620.179.14 (088,8) (56) Дякин В.В. и др. Теория и расчет накладных вихретоковых преобразователей. — М.:

Наука, 1981, с. 87 и 88. (54) ВИХРЕТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области нераэрушающих 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 эа

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области нераэрушающих методов контроля материалов, и может быть использовано для дефектоскопии и измерения толщин изоляционных по-. крытий: эмалевых, лакокрасочных и других, наносимых на проводящие иэделия.

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

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

„„. ; ) „„1682901 А1 (sl)s G 01 N 27/90, G 01 В 7/10 счет того, что вихретоковое устройство для неразрушающего контроля содержит рабочий и компенсационный вихретоковые накладные преобразователи с кон центрическими обмотками возбуждения, генератор тока, Рабочий и компенсационный преобразователи содержат по две идентичных петлеобразных измерительных обмотки, каждая пара обмоток размещена в одной плоскости, а обмотки в парах смещены относительно друг друга, обмотки с одинаковыми 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 r> соответствуют отношениям гп/R = Ь/2R— .0,6 при r< < R; й/r> = 2R/2R+ Ь вЂ” 0,6 при

R < rn, а радиус R возбуждающих обмоток рабочего и компенсационного преобразователей выбран из условия P = 23 — 25. 8 ил. фиг. 2 — электрическая схема устройства; на фиг. 3 — вихретоковой преобразователь; на фиг. 4 — то же, вариант выполнения; на фиг, 5 и 6 — приведены графики, соответстве н н о, относительной чувствительности

4a(hh) вихретоковых преобразователей к толщине изоляции Ah и к злектропроводности изделия 4гтот отношения радиусов обR моток преобразователя д = —; на фиг..7 и 8

à — графики зависимости 4о. и 4а от обобщенного параметра /3 соответственно.

il 682901

Вихретаковое устройство для неразрушающего контроля состоит из рабочего накладного вихретокового преобразователя (ВТП) 1 и компенсационного ВТП 2, идентичного рабочему. Каждый из преобразователей 1 (2) содержит цилиндрическук> 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 P = 23 — 25,по формуле

R—= (1)

Ро t7o. где P — обобщенный параметр;

f —. частота тока возбуждения;

rJo — электропроводность материала эталонного изделия; ,ио — магнитная проницаемость вакуума, а РаДИУСЫ Гп1,2 СООтВЕтотВУЮЩИХ ИЗМЕРИrenI íûx обмоток выбраны иэ условий

rï1,2 Ь вЂ” 0,6, если гп1.2 < R

R 2R гп12 2R + Ь вЂ” 0,6 если R < гп12.

В работе рабочий ВТП 1 устанавливаетI:ÿ на контролируемое изделие13, покрытое изоляционным слоем 14 толщиной hh, комI åHc8öè0HHûé ВТП? размещается на эталонном изделии 15 с эталонной электропроводностью 17,. 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 изменение напряжения, определяемое выражением

Л Q 8 = 08 — U6 = (4а Лс -- 40 Д вЂ” ) U8, (2) где 4о, 4а — относительная чувствительность ВТП 1 к злектропроводности оизделия и толщине покрытия Ah соответственно.

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

5 2ЛЬ ho 2 ЛЬ

R где h< — расстояние между возбуждающей обмоткой и ПИО (ho = О);

Л h — зазор (или толщина изоляции).

10 С учетом (3) для Л06,8 получают

Л 06,8 = 08 (4а8,6 — — 408,6 д — ) . (4)

2hh по

R 7Б

С дифференциально включенных обмоток 7 и 9 снимается напряжение

15 Л09,7 =. 09 U7=

Ug (4а9,7 „— 4О9,7 ) . (5)

При равенстве эталонных сигналов U8Ug, для результирующего напряжения записывают

20 ЛЦ =Л(.,6 — ЛU9,7 =

= Q, ((4as,6 — 469,7) + у- (409.7 406,6))

2Лh с (6)

Анализ полученной формулы (6) показывает, что контроль толщины изоляционного покрытия Л h с отстройкой от влияния с7 может быть выполнен при условии, когда

40g,7 = 4ов,6, (7) а выходной сигнал с вихретокового устройства Л0 зависит от Л и при

4а9,7 - 4a8,6 (8)

При 4ag.7.Ф 408,6 и 4og,7 =4ов,6 выражение (6) принимает вид

35 Л U = L4 (4ав,6 — 4ag,7), (9)

2Лй т.е. Л0 определяется только величиной Лп при Uo = const. Оптимальный режим контроля толщины изоляции Ah npu

40 468,6 — 409,7 = сопэт (10) при изменении Р, в этом случае становится возможным осуществить количественный контроль без использования тарировочных графиков.

На фиг. 5 и 6 приведены графики изменения 4a = р (д) и 4д = р (д), где д = — при

r, R < ro (11) 50 д= — ппРигп< Р, 1п (12) где R, r> — радиус возбуждающих обмоток 3 и 4 возбуждения и измерительных обмоток

6, 7 и 8, 9 соответственно.

Зависимости 40 р(д) и4а = р(д) для

ПИО (фиг. 5 и 6) получены для различных значений обобщенного параметра

1682901 ф=й12кс1)м(rr, .Лп). (13)

Анализ зависимости 4o = 67 (p) показывает, что в области j3) 15 для значений д= 0 — 0,6 40= const, а для этих же значений д 4д изменяется.

Из фиг. 5 и 6 следует, что, например, для

ПИО С д1= 0,2 и д2= 0,6 при p = 15 — 50

4ОД1 = 4, а 4ад1 Ф 4ад2, т.е. выполняются условия (5 и 6), когда отношения радиусов ПИО к радиусу R не равны одно другому и составляют значения, лежащие в диапазоне 6= 0,0 — 0,6.

Другим — условием равенства

4,6 =4щ,7 является их независимость от

Р, что равноценно обеспечению одинакового характера изменения 4гщ.6 =p{p) и

4og7 =cp(p), так как в этом случае

40в.,6 — 4og,7 = 0.

Анализ графиков(фиг. 5 и 6) показывает, что в области P = 15 — 30 при д = 0 — 0,6 зависимости 406,6 — — рф) и 4og 7 =y(p) практически совпадают, поэтому в указанном интервале значений )3 разница

4,6 — 4Og,7 =0 . НапримЕр, ЕСли. выбрать

ПИО6и8с д1=02,а ПИО7и9с д2=06, то получают при P = 30 и 50 для д1=0,2 406= — 0,42;

4г)в,- -0,30; для д=0,6 406=-0,41 408, =-0,2 9. тогда

Д4 6= 0,01; a --0,01, В диапазоне Р от 15 и выше разница ив,6 — 4og,7 = О. С другой стороны (фиг. 6) следует, что для тех же значений Ри д:

4а6 =12,6; 4аа =16,6 для д1 =0,2;

4 26 =11,9; 4OS =15,9 для д2 =0,6.

Тогда Д4ав = 0,7, Дав = 0,7 и условия (10) выполняются, На фиг. 8 и 7 приведены графики зависимости

4ц(ДЬ) = р(р) и 4гг= р(р), построенные из зависимостей, показанных на фиг. 5 и 6.

Из зависимостей следует, что для значений д-0-0,6 рациональное значение Д составляет 23 — 25, так как в этом случае

4од1 =4 и 4од1 — 4 =О.

В этом же диапазоне значений ф(фиг.

8) в диапазоне значений д= 0 — 0,6 разница

4а)д1 — 4 - const, например для д1- 0,2 и д2=0,6 4ад — 4 =1.

Полученный рациональный диапазон значений Р> определяет и рациональные значения радиуса обмотки возбуждения R:

Вихретоковое устройство позволяет проводить нераэрушающий контроль изоляционных покрытий практически с полным

О + Д/3 2 — 46,84 смlм;

2xf R ðo

ДШ д 2

0 — Д/3 =-(— 2 - = 16,86 смlм;

2ztf R2р„

Относительное изменение о составляет дЛ)3 — — — = 88,13 %:

30 д-Л18 — —— — - — 43,8 %

Как следует иэ 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

6 смlм и с погрешностью порядка 3 при изменении o от 30 до 16,86 .— 10 см/м. Погрешность измерения толщины изоляции путем изменения коэффициентов

4а(Д)))66 и 4а(Д)))97 при изменении р за

45 счет Дсгпрактически исключена, так как

4Д h6 6 — 4) 9,7 = const. Это позволяет и роградуировать измерительный прибор непосредственно в единицах измеряемых толщин покрытий и использовать его в широком ди50 апазоне изменений Дh, 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 вихретоковые накладные преобразователи, подавлением мешающего фактора — изменения электропроводности Д<г материала иэделия в широком диапазоне. Например, эталонное значение о, - 30 10 смlм, 6 6

/Ь 24, частота тока возбуждения f = 600 10

5Гц,,диапазон изменения Р от 24 до 30 и по 18. т.е, ДР- 6, с учетом принятых параметров для радиуса обмотки возбуждения согласно выражению (14) получают P - 2 мм.

Радиусы ПИО 6 и 8 при R (r, для д1= 02

rn6в y = 10мм, для д2-0,6

Й9,7 д. = 0,33 М4.

15 Диапазон изменения значений электропроводности материала, при которых выполнена отстройка от их влияния, onределяется формулами

1682901 каждый из которых выполнен с цилиндрической возбуждающей обмоткой и двумя измерительными обмотками, одна из которых имеет петлеобразную форму, отл ич а ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности, вторая измерительная обмотка каждого из преобразователей выполнена петлеоб.разной и имеет радиус, отличный от радиуса первой измерительной обмотки, обмотки одинаковых радиусов обоих преобразователей включены попарно последовательновстречно, пары измерительных обмоток включены последовательно-встречно, их свободные выводы предназначены для подключения к блоку измерения, радиус В возбуждающей обмотки выбран из условия

5 /=23 — 25, где )3- обобщенный параметр, а радиусы гл1,z соответствующих измерительных обмоток выбраны из условия

r„i,2 / R = Ь/2R - 0,6, если r„>,г < R

И

10 R/r»,р=2R/2R+b -0,6, если R < г»2 где b — ширина петлеобразной обмотки.

i682901

Риг, 3

-02

Фиг.4 -

0 0 а2 0, е 06 08 10

Фиг.5 п,2 ОФ 4ЮОЮ 1

Раг b

1682901

0,5S ое аи

os а26 /6 l2 6 2

Фиг. 7

1

/5 /7 /9 Я/ Л 25 21 УУ

Фиг. 8

Составитель И. Косея н

Техред M.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3408 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5