Устройство определения степени неоднородности электропроводимости немагнитных металлов вихретоковым методом

Авторы патента:

Кошельников Владимир Сергеевич (RU)

Чернов Леонид Андреевич (RU)

Лунин Валерий Павлович (RU)

Барат Вера Александровна (RU)

G01N27/72 - путем исследования магнитных параметров

Владельцы патента RU 2713031:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Использование: для оценки степени неоднородности поверхностных слоев немагнитных металлов, возникающей при закалке, отпуске и воздействии жидких или газообразных агрессивных сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство определения степени неоднородности электропроводимости немагнитных металлов вихретоковым методом, содержащее генератор гармонических колебаний, выход которого соединен с двумя последовательно согласно соединенными возбуждающими катушками идентичных рабочего и компенсационного преобразователей, их измерительные катушки соединены последовательно встречно и присоединены к усилителю, выход которого присоединен к фазовому детектору и радиус возбуждающей катушки выбирается из условия где Z_B - ориентировочная глубина слоя, в пределах которого имеет место изменение структурного состояния, введен блок памяти и управления, вход которого присоединен к усилителю, один из выходов к первому блоку вычитания, второй вход блока вычитания соединен с усилителем, а выход с одним из входов блока нормировки, второй выход блока памяти и управления присоединен к фазовому детектору, к которому подключен фазорегулятор, соединенный с генератором, выход присоединен к блоку сравнения и регулировки частоты, соединенному также с задатчиком, выход соединен с генератором, частота которого поддерживается равной частоте максимальной чувствительности к электропроводимости объекта контроля, второй вход блока нормировки подключен к измерительной катушке компенсационного преобразователя, а выход к блоку индикации, где происходит количественное определение степени неоднородности. Технический результат: обеспечение возможности количественного определения степени неоднородности электрической проводимости. 5 ил.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для оценки степени неоднородности поверхностных слоев немагнитных металлов, возникающей при закалке, отпуске и воздействии жидких или газообразных агрессивных сред.

Техническая целесообразность данного изобретения заключается в том, что оно позволяет произвести количественную оценку как глубины слоя, подвергшегося воздействию так и ориентировочного закона изменения свойств объекта (влияющих на его электрическую проводимость σ) по глубине. Данная информация может быть полезна эксплуатационникам и технологам.

В [1, с. 509-510, 2, с. 305-309] приведено описание способов и приборов контроля структурного состояния (по значениям электрической проводимости σ или магнитным характеристикам). Отмечено, что такой контроль возможен при наличии однозначных корреляционных зависимостей между параметрами структурного состояния объекта и его электромагнитными характеристиками

Наиболее близкими к предполагаемому устройству являются приборы для измерения электропроводимости со структурной схемой, приведенной в [2, с. 226] и изображенной на Фиг. 1. К генератору гармонических колебаний 1 подключен блок накладных вихретоковых преобразователей 2, вызывающих вихревые токи в объекте контроля, суммарное магнитное поле блока преобразователей и вихревых токов формирует сигнал, усиливаемый усилителем 3 и поступающий на фазовый детектор 4. Опорное напряжение поступает от генератора 1 через фазорегулятор 5. К выходу фазового детектора присоединен индикатор 6 значения электропроводимости σ₀. Недостатком стандартных измерителей электропроводимости (по схеме Фиг. 1) является то, что их индикаторы фиксируют усредненное в пределах глубины проникновения значение σ, коррелирующее неявным образом со степенью неоднородности.

Предлагаемое устройство позволяет количественно определить степень неоднородности изменения свойств по глубине, т.е. более точно оценить структурное состояние поверхностных слоев объекта контроля. Судя по оценкам металловедов [3], состояние неоднородности (т.е. изменение по глубине z) можно аппроксимировать функцией вида

где σ₀ - электропроводимость верхнего слоя объекта, Z_в - глубина слоя интересующего технологов, в пределах которого имеет место изменение структурного состояния (Фиг. 2), α_z - параметр, характеризующий интенсивность (скорость) изменения структурного состояния определяющего значение σ по глубине.

На Фиг. 2 для общности отмечены пунктиром кривые для α_z<0 (вариант не имеющий место на практике, если не рассматривать случай специального создания технологами таких объектов)

Основой предлагаемого устройства является устройство, предложенное в [2, с. 226], структурная схема которого представлена на Фиг. 1

Технический эффект получаемый при решении данной задачи и заключающийся в количественной оценке степени неоднородности структурного состояния α_z достигается тем, что в известном устройстве, содержащем генератор гармонических колебаний, блок вихретоковых преобразователей, сигнал которых через усилитель поступает на фазовый детектор, опорное напряжение на который поступает от генератора через фазорегулятор, к которому подключен индикатор, частота которого выбирается соответствующей максимальной чувствительности к электропроводимости и схема обработки формирует сигнал, зависящий от степени неоднородности распределения электропроводимости поверхностных слоев объекта контроля.

На Фиг. 1 приведена блок-схема стандартного измерителя электропроводимости.

На Фиг. 2 показаны функции распределения электропроводимости, аппроксимирующие различные степени неоднородности.

На Фиг. 3 изображены годографы вносимого напряжения при различных значениях электропроводимости для разных значений степени неоднородности.

На Фиг. 4 изображен график зависимости величины приращения вносимого напряжения в зависимости от степени неоднородности.

На Фиг. 5 показана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора гармонических колебаний 1, блока 2 вихретоковых преобразователей, состоящего из идентичных рабочего с объектом контроля (L₁, L₃ - возбуждающая и измерительная катушки) и компенсационного (L₂, L₄ - возбуждающая и измерительная катушки) преобразователей (L₁ и L₂ включены последовательно согласно, L₃ и L₄ - последовательно встречно) усилителя 3, фазового детектора 4, блоков: пямяти и управления 5, сравнения и регулировки частоты 6, вычитания 7, нормировки 8, индикации 9 и фазорегулятора 10.

Предлагаемое устройство отличается тем, что частота ω_p колебаний генератора 1 выбирается (как отмечалось выше) из условия максимальной чувствительности к электропроводимости для чего используется канал регулировки частоты, состоящий из фазового детектора 4, фазорегулятора 10, блока сравнения и регулировки частоты 6, вносимое напряжение (сигнал) на который поступает от усилителя 3 через блок 5 памяти и управления, где оно запоминается на весь цикл измерения (с выхода блока 5 сигнал поступает также на блок вычитания 7), выходное напряжение фазового детектора сравнивается с напряжением задатчика, соответствующим фазовому углу вносимого напряжения при частоте ω_р [2, с. 226, рис. 4.64 (а)]. Рабочая частота соответствует значению параметра где R_B - радиус возбуждающей катушки L₁, выбираемый из условия 1, 5Z_B≤R_B≤2Z_B, где Z_B - максимальное значение толщины поверхностного слоя, в пределах которого происходит изменение свойств этого слоя (это условие обеспечивает достаточную величину сигнала), σ₀ - удельная электрическая проводимость участка объекта контроля 2, не подвергнутого воздействию факторов, вызывающих изменение структуры поверхностного слоя объекта. Для этого перед началом измерений блок преобразователей помещают на такой участок (либо на специально изготовленный образец с такими же свойствами). Зафиксированное блоком памяти 5 напряжение поступает в блок вычитания 7, где оно вычитается из текущего значения и формируется величина характеризующая влияние неоднородности (Фиг. 3)

Операция, соответствующая формуле (2) реализуется согласно Фиг. 5 в блоке вычитания 7.

Удобнее использовать относительное значение (по отношению к напряжению измерительной катушки без объекта U₀)

Эта операция реализуется в блоке нормировки 8, куда поступают сигналы из блока вычитания 7 (числитель формулы (3) и сигнал с измерительной катушки L₄ (знаменатель формулы).

На Фиг. 3 показаны годографы относительного вносимого напряжения для объекта при σ=σ₀ (формула (1) при α_z=0 при различных значениях параметра =1.5÷5.5). Показан вектор при β=3.5, α_z=0 и вектор при β = 3.5, α_z=- 3. Стрелкой показано направление изменения α_z в пределах -3÷3. Для значений β=3.5, α_z=3 изображен вектор На Фиг. 4 показаны кривые при α_z=-3÷3 для β=3.5. Пунктирная кривая соответствует отрицательным значениям α_z.

Таким образом кривую на Фиг. 4 можно рассматривать как градуировочную. Она заложена в блоке индикации 9 и служит для определения численных значений степени неоднородности α_z изменения электропроводимости, коррелирующей с изменением структурного состояния.

Все количественные результаты работы (годографы, кривые и т.п.) получены в системе численного моделирования реализующей метод конечных элементов. Параметры модели при построении годографов относительного вносимого напряжения - радиус возбуждающей катушки R_B=7.75 мм, измерительной - R_и=4.75 мм, катушки расположены в одной плоскости на растоянии h=1.75 мм от поверхности объекта, электропроводимость поверхностного слоя σ₀=10 МСм/м, частота тока генератора ω_р такая что обобщенный параметр =1.5; 2.25; 3; 3.5; 4; 4.75; 5.5.

Источники информации

1. Неразрушающий контроль: Справочник в 7 т: В 2 т. / Под. ред. В.В. Клюева МОСКВА. В 2 кн. - М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ 2003. - 688 с.

2. Неразрушающий контроль в 5 кн. Кн. 3 Электромагнитный контроль: Практ. пособие / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992. - 312 с.

3. Решение обратной задачи вихретокового контроля: [Электронный ресурс] StudyPort.Ru - помощник в учебе // http://studyport.ru/referaty/tochnyje-nauki/3959-zadacha-vihretokovogo-kontrolja (дата обращения: 14.03.2019).

Устройство определения степени неоднородности электропроводимости немагнитных металлов вихретоковым методом, содержащее генератор гармонических колебаний, выход которого соединен с двумя последовательно согласно соединенными возбуждающими катушками идентичных рабочего и компенсационного преобразователей, их измерительные катушки соединены последовательно встречно и присоединены к усилителю, выход которого присоединен к фазовому детектору и отличающееся тем, что радиус возбуждающей катушки выбирается из условия где Z_B - ориентировочная глубина слоя, в пределах которого имеет место изменение структурного состояния, введен блок памяти и управления, вход которого присоединен к усилителю, один из выходов к первому блоку вычитания, второй вход блока вычитания соединен с усилителем, а выход с одним из входов блока нормировки, второй выход блока памяти и управления присоединен к фазовому детектору, к которому подключен фазорегулятор, соединенный с генератором, выход присоединен к блоку сравнения и регулировки частоты, соединенному также с задатчиком, выход соединен с генератором, частота которого поддерживается равной частоте максимальной чувствительности к электропроводимости объекта контроля, второй вход блока нормировки подключен к измерительной катушке компенсационного преобразователя, а выход к блоку индикации, где происходит количественное определение степени неоднородности.

Использование: для магнитоиндукционной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что система для визуализации методом магнитоиндукционной томографии, содержит портативное устройство для магнитоиндукционной томографии, причем портативное устройство для магнитоиндукционной томографии содержит корпус и по меньшей мере один измерительный блок, причем каждый измерительный блок содержит одну катушку, причем портативное устройство для магнитоиндукционной томографии выполнено с возможностью получения результата измерения катушки, связанного с одной катушкой, когда одна катушка возбуждена РЧ-энергией и помещена рядом с образцом; систему определения положения, выполненную с возможностью определения положения портативного устройства для магнитоиндукционной томографии, связанного с каждым результатом измерения катушки, и систему создания графика, выполненную с возможностью создания графика электромагнитных характеристик по меньшей мере части образца по меньшей мере частично на основании результата измерения катушки, связанного с одной катушкой.

Устройство определения электропроводимости магнитных отложений на поверхности труб вихретоковым методом // 2697936

Использование: для неразрушающего контроля. Техническая целесообразность изобретения заключается в том, что устройство вихретокового контроля удельной электрической проводимости магнитных отложения на поверхности труб содержит генератор прямоугольных периодических импульсов тока с периодом Тв, выбираемым из условия Тв≥3Rвμ0(δнмσнм+δомσомμrм), где δнм и σнм - номинальные значения толщины и электропроводимости металла, δом, σом и μrм - максимальные значения толщины, удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости отложений, μ0 - магнитная постоянная, вихретоковый датчик с возбуждающей катушкой, радиус Rв которой выбирают из условия 3(δмн+δом)>Rв>1,0(δмн+δoм), где δмн и δом - номинальная и максимальная толщина стенки трубы и отложений соответственно, измеритель магнитного потока и измерительную катушку, выход генератора прямоугольных импульсов присоединен к возбуждающей катушке вихретокового датчика, измерительная катушка и измеритель магнитного потока через блоки усиления и АЦП подключены к микроконтроллеру, к выходам которого присоединены индикатор толщины отложений и индикатор относительной магнитной проницаемости отложений, также снабжено моделирующим устройством, двумя блоками нормировки сигналов измерительной катушки и моделирующего устройства, блоком сравнения значений этих сигналов и индикатором электропроводимости, при этом вход моделирующего устройства подключен к одному из выходов микроконтроллера, выход моделирующего устройства подсоединен к первому блоку нормировки, ко второму блоку нормировки подключен выход усилителя исследуемого сигнала, выходы первого и второго блоков нормировки подключены к блоку сравнения, выход которого соединен с индикатором электропроводимости.

Способ и система для выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии // 2697061

Группа изобретений относится к области выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии. Способ выявления нарушения непрерывности материала в намагничиваемом изделии содержит этапы, на которых осуществляют перемещение магнита вдоль изделия таким образом, чтобы линии магнитного потока, выходящие из активного магнитного поля магнита, образовывали петлю, проходили через изделие и создавали магнитное взаимодействие магнита с изделием; помещение датчика взаимодействия магнитного поля в фиксированной позиции относительно магнита и в активном магнитном поле магнита, причем датчик взаимодействия проходит вдоль изделия с магнитом для осуществления замера магнитного взаимодействия между магнитом и изделием; анализ измеренного магнитного взаимодействия в активном магнитном поле на предмет изменения магнитного взаимодействия в ходе перемещения магнита и использование изменения магнитного взаимодействия для выявления нарушения непрерывности в изделии.

Способ проверки электропроводного композиционного материала и устройство для проверки электропроводного композиционного материала // 2696339

Группа изобретений относится к способу проверки электропроводного композиционного материала и устройству для проверки электропроводного композиционного материала.

Прибор неразрушающего контроля пароперегревательных труб из аустенитной стали с определением их полного и остаточного ресурса // 2690047

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Прибор содержит процессорный блок (ПБ) 10 с узлом определения полного и остаточного ресурса (УОР) 17 и с клеммными разъемами (КР) 11, 12 для подключения выносного ферритометрического наконечника (ВФН) 20 и выносного ультразвукового толщиномера (ВУЗТ) 30, клавиатуру 40 для ввода необходимых дополнительных величин, а также данных необходимых измерений штатными измерительными средствами электростанции и дисплей 50 для визуализации выходных данных.

Способ выявления агрегативной неустойчивости коллоидных систем природного происхождения и устройство для его реализации // 2683945

Изобретение относится преимущественно к области физической химии и биофизикии, может быть использовано в медицине, а также биологии и физиологии человека и животных.

Способ магнитного контроля протяженных изделий с симметричным поперечным сечением // 2680669

Изобретение относится к области неразрушающего контроля в промышленности и на транспорте. Способ магнитного контроля протяженных изделий с симметричным поперечным сечением, изготовленных из однородного ферромагнитного материала, содержит этапы, на которых на контролируемом участке намагничивание изделия осуществляется путем пропускания вдоль длины изделия несинусоидального тока, при этом для каждого поперечного сечения в характерных точках, попарно симметричных относительно оси (осей) симметрии геометрической фигуры поперечного сечения на границах поперечного сечения изделия, измеряются и раскладываются в ряд Фурье индукция внешнего магнитного поля и электрическое напряжение, по результатам анализа которых определяются и оцениваются поперечные сечения с дефектами, структурными изменениями и изгибными напряжениями.

Определение доли ферритной фазы после нагрева или охлаждения стальной полосы // 2679154

Изобретение относится к области металлургии. Для быстрого определения доли ферритной фазы в стальной полосе (2) в режиме онлайн способ содержит следующие этапы: измерение ширины w1 и температуры T1 стальной полосы (2), причем стальная полоса (2) во время измерений имеет долю ферритной фазы, нагрев или охлаждение стальной полосы (2), причем в стальной полосе (2) при нагреве по меньшей мере частично происходит фазовое превращение из ферритного состояния в аустенитное состояние и при охлаждении по меньшей мере частично происходит фазовое превращение из аустенитного состояния в ферритное состояние , измерение ширины w и температуры T по меньшей мере частично превращенной стальной полосы (2) и определение доли ферритной фазы по формуле (I), причем Т0 является эталонной температурой типично 20°С и и являются линейными коэффициентами теплового расширения феррита и аустенита.

Устройство и способ проверки свойства поверхности // 2666176

Предлагается способ для проверки свойства поверхности, обеспечивающий проверку состояния обработки поверхности обработанного материала, подвергнутого обработке поверхности.

Способ оценки ресурса стальных корпусов артиллерийских снарядов // 2662479

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам и может быть использовано при оценке ресурса стальных корпусов снарядов после длительных сроков хранения. Сущность: на всех корпусах снарядов, без их разборки, в непосредственной близости к ведущему пояску на корпусе, производят измерение коэрцитивной силы.