Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем (его варианты)

СОЮЗ СООЕТСНИХООЦалкГпеесЕКРЕСПУБЛИК 01 Ы 7 О ЗЕВ а О 1 Ы 27 9 ОПИ САН И ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСНОВй( ГОСЗЩАРСТОЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) В,К.Жуков и П.А.Овсянников (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопин при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного.Энамени. политехническом институте им.С.М.Кирова .,(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 580496, кл, С 01 0 27/20, 1976. (54) ПРОХОДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ВРАЩИОЩИМСЯ ПОЛЕМ (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) 1, Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на.нем обмотку возбуждения, выполненную из четырех повернутых на 90 ддна относительно другой секций ЯО 1027592 А витки каждой из которых охватывают каркас и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в ниде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коак.сиально каркасу и симметрично относительно соответствующих секций обмотки возбуждения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыщения достоверности контроля, он снабжен двумя дополнительньмй изме рительными обмотками проходного типа, включенньии между собОй последовательно встречно, разнесенни 4 и по оси преобразователя на расстояние, равное малой стороне вытянутых пря- моугольных петель секций основной Е измерительной обмотки, и размещенныаи сювеетрично относительно каркаса и соосно с ним, а внутренний диаметр дополнительных обмоток равен наружному диаметру основной измерительной обмотки.1027592 2, Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку воэбуждениь, выполненную из четырех повернутых на 90 одна относительно другойосекций, витки каждой из которых охватывают каркас, и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симметрично относительно соответствующих секций обмотки возбуждения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, кольцевой каркас выполнен иэ изоляционного немагнитного материала, а преобразователь снабжен двумя, симметрично расположенными относительно кольцевого кар" каса и соосно с ним, Ферромагнитными кольцами, внутренний диаметр Изобретение относится к неразрушающему контролю, в частности к проходным вихретоковым преобразователям, используемым для обнаружения дефектов в протяженных иэделиях, таких как 5 проволока, прутки, трубы и т.п.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является проходной вихретоковый преобразователь с вращающим- о ся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку возбуждения, выполненную иэ четырех повернутйх на 90 О одна относительно другой секций, витки каждойиз которых охватывают каркас и измерительную обмотку, выполненную иэ четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симмет- . рично относительно соответствующих 20 секций обмотки возбуждения 1.1 .Недостатком преобразователя является низкая чувствительность его к коротким дефектам, т.е, к дефектам, протяженность которых меньше малой 25 стороны вытянутой прямоугольной петли измерительной обмотки.Цель изобретения - повышение достоверности контроля.Поставленная цель достигается тем, 3 О что проходной вихретоковый преобразователь,с вращающимся полем, содержащий кольцевой каркас и раэмеценные на нем обмотку возбуждения, выполненную иэ четырех повернутых на 90 ф одна относительно другой секкоторых равен внутреннему диаметруобмотки возбуждения, и двумя цилиндрическими электропроводящими немагнитными концентраторами электромагнитного поля, расположенными симметрично относительно кольцевого каркаса и соосно с ним с наружной стороны ферромагнитных колец и имеющимипроходные отверстия, диаметр которыхравен наружному диаметру измерительной обмотки. 3. Преобразователь по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что длина намотки каждой секции обмотки возбужцения выбрана из соотношения р УД 3 где- длина намотки каждой секции обмотки возбуждения; 0 - внутренний диаметр кольцевого каркаса.ций, витки каждой иэ которых охватывают каркас и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симметрично относительно соответствующих секций обмотки возбуждения, по первому варианту снабжен двумя дополнительными измерительными обмотками проходного типа, включенными между собой последовательно встречно, разнесенными по оси преобразователя на расстояние, равное малой стороне вытянутых прямоугольных петель секций основной измерительной обмотки, и размещенными симметрично относительно каркаса и соосно с ним, а внутренний диаметр дополнительных обмоток равен наружному диаметру основной измерительной обмотки.По второму варианту кольцевой каркас выполнен из изоляционного не- магнитного материала, а преобразователь снабжен двумя симметрично расположенными относительно кольцевого каркаса и соосно с ним ферромагнитными кольцами, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру обмотки возбуждения, и двумя цйлиндрическими электропроводящими немагнитными концентраторами электромагнитного поля, расположенными симметрично относительно кольцевого каркаса и соосно с ним с наружной стороны ферромагнитных колец, и имеющими проходные отверстия, диаметр которыхравен наружному диаметру измерительной обмотки.При этом длина намотки каждой секции обмотки возбуждения выбрана иэ соотношенияЗ 5е: -3где 0 - длина намотки каждой секцииобмотки возбуждения;Р - внутренний диаметр кольцевогокаркаса. 10На Фиг.1 представлена конструктивная схема преобразователя (отдельные элементы разнесены вдоль оси для большей наглядности), первый вариант; на фиг.2 - схема соединения 15 обмоток преобразователя; на Фиг,3 - конструктивная схема преобразователя (отдельные элементы разнесены вдоль оси для большей наглядности), второй вариант, 20На кольцевом каркасе 1 размещены пары секций 2, 3 и 4, 5 обмотки возбуждения, включенные между собой последовательно встречно.Каркас охватывает сменную обойму б, на которой в пазах уложены секции 7-10 основной измерительной обмотки, включенные попарно согласно между собой.Преобразователь по первому варианту содержит две дополнительные З 0 измерительные обмотки 11 и 12 проходного типа, включенные между собой последовательно встречно. Контролируемое изделие 13 проходит внутри кольцевого каркаса, который в пре образователе по первому варианту выполнен Ферромагнитньм, а по второму варианту - из изоляционного немаг" нитного материала.В преобразователе по второму варианту симметрично относительно кольцевоГо каркаса 1 вплотную к обмотке возбуждения расположены Ферромагнит ные кольца 14 и 15, внутреннийдиа-. метр которых равен внутреннему диа метру обмотки возбуждения, а по обеим сторонам возбуждающей системы 1-5, 14 и 15 вплотную к кольцам. размещены цилиндрические злектропроводящие немагнитные концентраторы 1 б 50 и 17 электромагнитного поля.Преобразователь по первому варианту работает следующим образом.Пары секций 2,3 и 4,5 обмотки возбуждения сдвинуты на 90 О одна относительно другой (фиг.1) и запитываются напряжением одинаковой частоты и амплитуды со сдвигом по фазе -на 90 В от генератора (не показан), в результате чего в пространстве, 60 ограниченном ферромагнитным каркасом 1, образуется вращающееся магнитное поле с вектором магнитной индукции, перпендикулярным оси преобразователя, 65 Результирующий магнитный поток, получаемый в зоне контроля при наличии изделия 13 может рассматриваться как сумма возбуждающего потока, образованного токами секций обмотки возбуждения, и потока вихревых токов, наведенных в изделии возбуждающим потоком, Вихревые токи изделия зависят не толькоот эозбужцающего потока, но также и от электрофизических свойств контролируемого изделия. Изменение магнитного потока преобразователя, вызванное изменением электрофизических свойств изделия, при неизменном возбуждающем потоке равносильно изменению ЭДС измерительной обмотки, по величине которой, таким образом, можно судить о изменении параметров контролируемого изделия.Диаметрально противоположные секции 7,8 и 9,10 измерительной обмотки, помещенной в вращающееся магнитное поле, включаются попарно согласно, при этом наводимая .в паре обмоток секций 7, 8 ЭДС,определяется проекцией вектора магнитной индукции на горизонтальную ось (ось х), а в паре 9, 10 - на вертикальную ось (ось у) . ЭДС двух пар секций 7, 8 и 9, 10 основной измерительной обмотки и ЭДС дополнительных обмоток 11 и 12, включенных между собой последовательно встречно, соответственно равны, если в зоне контроля преобразователя находится бездефектный участок иэделия 13, и не равны, если в преобразователе находится дефектный участок контролируемого изделия. Разница между напряжениями, подаваемымив блок обработ" ки сигнала (не показан), определяемая размерами дефекта, выцеляется электронной схемой дефектоскопа.,При появлении в зоне контроля деФектного участка, протяженность которого больше малой стороны вытянутых прямоугольных петель секций ос= новной измерительной обмотки, максимальное изменение ЭДС будету основной измерительной обмотки, секции которой включены попарно согласно, а разница между напряжениями дополнительных измерительных обмоток минимальна, так как дефектный участок одновременно находится под обеими обмотками, которые включены между собой встречно, и имеет место сравнение двух соседних участков по оси преобразователя, которые в данном случае одинаковы. Если теперь в преобразователе появится короткий деФектный участок, т.е. дефект, протяженность которого меньше длины малой стороны вытянутых прямоугольных петель основной измерительной обмотки, то максимальное изменение ЭДС будет у дополнительных обмоток 11 и 12, такнт ли емого личии изделия 13, может рассматрикак при продвижении контролируобъекта дефектный участок сначала ваться как сумма возбуждающего по- окажется под одной иэмерительнрй об- тока, обраб азованного токами секций моткой 12, а затем под другой иэмери- обмотки возбуждения, и потока вихб й 11 а разница между ревых токов, наведенных в изделии нап яжениями основной измерительной 5 возбуждающим потоком. ихревы напряженит не только от возкат киуш тем меньше чем меньше про- изделия зависят нФока но также и от тяженность дефекта в направлении оси буждающего потока, ноизических свойств контроли- преобразователя при. нейзменных дру- электрофизическихемого изделия, Изменение магнитногих параметрах данного дефекта руемого дго потока преобразователя, вызванное.Преобразователь по второму ва го потока пр р рианту ра об тает следующим образом, изменением электрофизических свойствОбмотка возбуждения, намотаннанамотанная изделия при неизменном воэ ужд ющию ЭДС на кольцевой каркас , выпол потоке, равносильно изменению7-10 четырех сдвинутых нан 90 одна отно- измерительной обмотки секцийкото й можно сительно другог й секций (2-5), вит по изменению величины котороа амет в контки которых охватывают кольцевой кар- судить об изменении параметро кас, при этом противолежащие секции ролируемого изделия. включены встречно, а образованныепары секций запитываются напряжением Диаметрально противоположные се кодинаковой частоты и амплитуды со 2 О ции 7-10 измерительной обмотки, по- сдвигом по фазе на 90 ф. В результате мещенной в вращающееся магнитное поз пространстве, охватываемом кольце" ле, включается попарно согласно, 1 вым каркасом. 1, образуется однороц- при этом наводимая в паре обмоток 1 ное вращающееся электромагнитное . секций 7 И 8 ЭДС,определяется проп)ле с вектором магнитной индукции 25 екцией вектора магнитной индукции на перпендикулярным оси преобразователя горизонтальную ось (ось х), а. в па-н со скоростью вращения, равной час- ре 9 и 10 - на вертикальную ось тоте питаемого напряжения. 1 ось у). Четыре секции у измерительОднородность вращающегося элект- ной обмотки применены с тем, чтобы ромагнитногополя в зоне контроля ЗО обеспечить одинаковую чувствительдостигается за счет того, что коль- ность к дефекту независимо от его цевой магнитопровод выполнен в виде расположения по окружности, а попаркольцевого каркаса 1 Из изоляционио" но согласное включение секций данго немагнитного материала, котоРый . ной обмотки применено с целью умень- повышает интенсивность потоков Рас- шения чувствительности к радиальным сеяния в зоне контроля и тем самым З 5 смещениям контролируемого изделия. увеличивает равномерность распреде- Так как секции измерительной обмотки ления напряженности магнитного поля находятся в однородном возбуждающем по радиусу и по оси преобразовате- магнитном поле, то при радиальном ля; применены два ферромагнитных смещении иэделия в любом направлекольца 14 и 15, способствующие пере нии ЭДС в парах обмоток секций 7, 8 распределению полей рассеяния к кРаям и 9, 10 остается неизменной. Напри- зоны контроля по оси преобразовате- мер, если изделие смещается по верля, уменьшая тем самьм неравномер- тикальной осн вверх, то ЭдС в секность магнитного поля в этом направ" ции 8 увеличивается на некоторую лении, и цилиндрические электропро" 45 величину, но в то же время в секции водящие немагнитные концентратоРы 10 ЭдС уменьшается на ту же самую 16 и 17 электромагнитного поля пре- величину, а суммарная ЭДС в данной пятствующие проникновению полей рас- паре секций остается неизменной. сеяния в область вне зоны контроля Выполнение преобразователя по и, тем самьач, уменьшающие общую нерав 5 О первому варианту позволяет повысить номерность магнитного поля в зоне достоверность контроля за счет по- контроля.Применение возбуждающей вышения чувствительности преобраобмотки, длина каждой секции которой эователя.к коротким дефектам, а выЯО полнение преобразователя по второмувыбрана иэ соотношения 0= З , такж варианту позволяет повысить достоуменьшает неравномерность распреде- верность контроля эа счет получе 55ления напряженности магнитного поля ния в зоне контроля однородного поля, Ло окружности преобразователя. т,е, эа счет снижения чувствительносРеэультирующий магнитный поток, ти преобразователя к радиальньщ смеполучаемый в зоне контроля при на- щениям контролируемого изделия60. 1027592 4 югщю Составитель И,КесоянТехред Л,Пекарь Корректор.А.Тяско Л Ред ков Заказ 4729 лиал ППП Патентфф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 7 Тираж 8 НИИПИ Государственпо делам изобрет 13035, Москва, Ж3 Подписноеого комитета СССРний и открытийРаушская наб., д, 4/5