Способ определения электрических и магнитных параметров цилиндрических изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 72 ТЕНИ 7,44имов ЭЛЕКТРИЧЕСРОВ ЦИЛИНДс 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕП:КИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ(71) Омский политехнический институт(56) Герас В,Г. Электромагнитныйконтроль однослойных и многослойных изделий. М Энергия, 1972,с. 28-31Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред, В,В.Клюева, т. 2, М,:(54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯКИХ И МАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРИЧЕ СКИХИЗ ДЕЛИЙ(57) Изобретение может быть использовано при неразрушающем контролемагнитной проницаемости и удельнойэлектрической проводимости цилиндрических ферромагнитных изделий проходными преобразователями. Способопределения электрических и магнитных параметров реализован в устройстве, В цилиндрическом ферромагнитном изделии (ЦФМИ), помещенном в проходнои" ферромагнитный преобразователь1, однороднам осесимметричным переменным магнитным полем (ПМП) возбуждают вихревые токи. Одновременноизмеряют напряжение, не зависящее отсвойств ЦФМИ. Затем определяют текущее значение относительного вносимого напряжения, являющееся комплексным сигналом, из него выделяют действительную составляющую. Далее изменяют частоту тока возбуждения ПМП,добиваясь получения максимальногозначения действительной составляющейотносительного вносимого напряжения,и регистрируют его, Определяют значение магнитной проницаемости, уменьшают частоты тока возбуждения ПМПдо тех пор, пока действительная составляющая относительного вносимогонапряжения не уменьшится в ос раз.Измеряют частоту тока возбужденияПМП и определяют значение удельнойэлектрической проводимости иэделияиз соотношения, приведенного в описании изобретения. Устройство содержит генератор 6 управляемого напряжения, амплитудный детектор 7, делители 8, 3, блоки Б 9, 10 выборкихранения, Б 11, 14 сравнения, коммутатор 12, вычислительный Б 15, преобразователь 16 частоты в напряжение, линию 17 задержки, дифференциальную цепь 18, компаратор 19, формирователь 20 импульсов записи, Способ имеет высокую точность измерения.2 ил.Изобретение относит"я к измери-. тельной технике и может быть использовано при неразрушающем контроле магнитнои проницаемости и удельнон элек 5трической проводимости цилиндрических Ферромагнитных изделий проходными преобразователями,Целью изобретения является повьппение точности определения магнитнойпроницаемости и удельной электрической проводимости цилиндрических ферромагнитнгпх изцелий эа счет исключенш.операции калибровки преобразователяпо эталонному изделию и связанной сэтим погрешности определения параметров изделия в широком диапазоне ихизменения,На Фиг. 1 приведена Функциотетальнал схема устройства дия Осупрествле- р 0ния способа; на йиг. 2 - годограВеличины,1 ба( 11) еУстройство содержит проходной элек.тромагнитный преобразователь 1, состоящий из двух последовательно включенных намагничива,ощих обмоток 2 и 3И ДВУХ ВСТРЕЧНО ВКнтПОЧЕННЫХ НЗМЕРИтельных обмоток 4 и 5, причем намагннчивающая обмотка 2 соецине:. с выходом генератора 6 управляемого на-.пряжения (ГУН); амплитудный детектор(АД) 7, вход которого подключен квторой измерительнои обмотке 5, аВыход.- к второму входу первого делителя (Д) 8; первый блок 9 выборкиб 35хранения БВХ)р вход записи которого подключен к выходу Д 8", второйблок 10 выборки-хранения (БВХ),входзаписи которого соединен с выходомБВХ 9, а вход управления - с выходомпервого блока 1 сравнения (БС); ком" .мутатор (К 01 р 1) 12, первый вход которого соединен с выходом БВХ 10, авторой - с выходом второго делигеля13, вход которого подключен к выходуБВХ 10; второй блок 14 сравнения,вычислительный блок (ВБ) 15, преобразователь 16 частоты В напряжение(ПЧН), линию 17 задержки, дийференцирующую цепь (ДЦ) 18, Вход котороисоединен с обмоткой 5, а выход - спервым входом компаратора (К) 19,второй вход которого заземлен; Формирователь (Ф) 20 импульсов записивход которого подключен к выходу К5519, а выход - к входу управленияБВХ 9В основу способа положена связьдействительной составляющей относительного вносимого напряжения и частоты тока возбуждения с магнитной проницаемостью и удельной электрической проводимостью Ферромагнитных материалов.Выражение для относительного вносимого напряжения . используемого при бесконтактном измерении электромагнитных параметров цилиндрических из,целий, записывается В Видегде 0 - напряжение "холостого хода",найденное при отсутствиицилчндра внутри проходногопреобразователя н равноеИ ( б О1(М) - напряжение па измерительнойобмотке проходного преобразователя с цилиндрическимизделием, расположеннымВнутри обмотки возбужденияи равное11,И)=Д 1 Р 1 1, Н Н, -1 Рт+Н"=( ) - коэййициент заполнения рав . а - эный отношению площади поперечного сечения цилиндра кплощади охватываемой контуром измерительной обмотки;21,(И)6 (тт)щт1 в - - эффективная магнитРтИт,(1 д- ная проницаемость цилиндра; й=ДрЫй - обобщенный параметр, характеризующий процессы, прохоцящие внутри изделия;п, - магнитная постоянная:Ы - круговая частота тока возбуждения;А. - число витков измерительнойОобмо ткиИ - амплитуда напряженности магнитного поля на поверхностицилиндра;Б - радиус измерительной обмотИкирН - радиус цилиндра;- удельная электрическая проводимостьМ - начальная магнитная проницаемость;1 и 1 - модифицированные АункцииБесселя первого рода соответственно нулевого и первого порядков, 1 ц 48260БеЦ (И). Изменяют частоту и тока возбуждения переменного магнитного поля, добиваясь получения максимального значения действктельной составляющей относительного вносимого напряжения Ве(К). При достижении максимального значения действительной составляющей относительного вносимого напряжения 3 (г 1) зто значение ре - гистрируют.Используя полученное значение действительной составляющей относительного вносимого напряжения максВе 0 (11)рр 9 определяют значение магнитной проницаемости по соотнощению 10 где М - значение обобщенного параметра, соответствующее значению действительной составляющей относительного вноси Омого напряжения, равногомаксВебц(И)ЫСпособ может быть реализован устройством, изображенным на фиг, 1 Работу устройства рассмотрим для случая ос .=2,Амплитудный детектор 7 предназначен для выделения модуля напряжения 11холостого хода , наводкмого во вто" рой измерительной обмотке 5 преобразователя 1.Вычислительный олок 15 реализует операции вычисления выражений (4)и (8). Второй делитель 13 предназначендля получения половинного значениядействительной составляющей относимак сКеи,( И)где , максВе(,)р,(Л) ) - константы. 20Затем уменьщают частоту тока. возбуждения переменного магнитного поля до тех пор, пока действительная составляющая относительного вносимогс -/напряжения ВеПИ) не уменьщится в 25 р 1. раз, В этот момент измеряют частоту тока возбуждения переменного магнитно го поля О.По измеренному значению ча "готы к найденному ранее значению магнитной ЗО проницаемости р опрецеляют значение удельной электрической проводимости 6 изделия по соотношениь2г 1(8)Мои Б3. тельного вносимого напряжения, хранимого в БВХ 1 О,Дкфференцкрующая цепь 18 компаратор 19, формирователь 20 служатдля формирования импульсов записи действительной составляющей относительного вносимого напряжения П (Б) вьцтребуемый момент времени,Устройство работает следующим образом,В начальный момент, после включения устройства, запускается ГУН 6,причем его выходная частота устанавливается минимальной. С помощью ГУН6 и первой намагничива:ощей обмотки 2в изцелки., помещенном в обмотки 2 и4 преобразователя 1, возбуждаютсявихревые токи, которые наводят в измерительной обмо гке ч преобразователя 1 напряжение Й(К,. величина которого определяется электромагнитнымисвойствами изделия, В измерительнойобмотке 5 с помощью ГУН 6 к намагнкчквающей обмотки 3 наводится папряжеГУнке холостого хода Н величина которого не зависит от электрамагнкт.-"ых свокств изделия, С первой измерительной обмотки ч переменное напряжение поступает на первый вх-д Д 8, Нацругой вход Д 8 поступает сигнал сАДкоторый выделяет модуль напряженки холостого хода, наводимого во второй кзмерктельной обмоткеГ нвыхода Д Я напряженке подзетсяна вход записи БВХ 9,Занесение значений напряжения вБВХ 9 осуществляется в определенныемоменты, формируемые ДЦ 18, К 19 иФ 20, Эти блоки вме.те с БВХ 9 образуют схему выделения действительной составляющей кз напряжения, снимаемого с первого Д 8,Построение схемы выделения к ее работы отвечает процессу получения действительной части кз сигнала, описываемого выражением вида А з п(и 1+ +ц), где А - модуль, с - разность фаз, В случае выполнения условий 1=0 и сдвкга В 90 сигнал преобразуется к виду А сов, что является значением определяемого параметра, Таким образом, в БВХ 9 храчится значение действительной составляющей вносимого напряжения П н, соответствующееН 3определенной частоте тока возбуждения, Схема, включающая БС 11 и БВХ 10, обеспечивает определение макси260 где р и б 11 вн( 1) 7 1448 мального значения действительной составляющей ив. Для этого значение величины из БВХ 9 сравнивается в БС 11 со значением, содержащимся в БВХ 10. БС 11 Формирует сигнал записи действительной составляющей 11 вв БВХ 1 О только в том случае, если значение, хранящееся в БВХ 9 больше, чем в БВХ 1 О, Цикл поиска происходит в ча стотном диапазоне, обеспечивающем четкий "захват" максимума. Дпя этого служит цепь, образованная блоками 9 и 10, коммутатором 12 и вторым блоком 14 сравнения. Частота генератора 15 6 возрастает до тех пор, пока на первом выходе БС 14 присутствует сигнал, свидетельству.:вщий о том, что сигнал на выходе БВХ 9 не стал меньшим или равным 0,8 максимального зна чения, записанного в БВХ 1 О, которое поступает на БС 14 через КОМ 12, При выполнении данного условия, вопервых, напряжение на БВХ 1 О, пропорциональное максимуму Веб посту пает на блок 15, во-вторых, коммутатор 12 подключает к входу БС 14 выход Д 13, а следовательно, половинЧное значение максВеЬвпоступает на вход БС 14, в-третьих, БС 14 перево дит ГУН 6 в режим уменьшения частоты возбуждения и, в-четверть 1 х, блок 15 производит вычисление значения магнитной проницаемости р по соотношению (4)После этого в БС 14 осуществляется сравнение действительной составляющей (1 вс выхода БВХ 9 с половиной ее максимального значения. В момент равенства этих величин БС 14 вырабатывает сигнал запрета на изменение частоты ГУН 6, По этому сигналу с выхода преобразователя 16 на блок 15 приходит напряжение, эквивалентное частоте тока возбуждения.Этот сигнал через промежуток, определяемый временем преобразования частоты в напряжение в ПЧН 16, через линию 17 задержки поступает на вход управления блока 15, разрешая вычисление значения удельной электричес кой проводимости 5 по соотношению (8), При этом блок 15 может быть выполнен в виде аналогового или цифрового процессора (в последнем случае на его аналоговых входах устанавливаются соответствующие ЛЦП), работающего по описанному алгоритму,В предложенном способе устранен ряд методических погрешностей, обусловленных использованием эталона иномограмм. Точность способа при этомвозрастает приблизительно в 1,5 раза, расширяется диапазон контролируемых изделий,формула и з о б р е т е н и я Способ определения электрических и магнитных параметров цилиндрических изделий, включающий последовательное воздействие на образец однородным переменным осесимметричным магнитньщ полем двух различных частот, регистрацию относительного вносимого напряжения на обеих частотах, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа, в процессе регистрации относительного вносимого напряжения выделяют его действительную составляющую, при этом частоту однородного переменного осесимметричного магнитного поля сначала изменяют до момента достижения максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения, значение которого регистрируют, а затем уменьшают частоту до момента, когда действительная составляющая относительного вносимого напряжения уменьшится по сравнению с зарегистрированным значением в о раз, и .регистрируют соответствующую частоту однородного переменного осесимметричного поля, а начальную магнитную проницаемость и удельную электрическую проводимость контролируемого изделия определяют из соотношениймаксВеЦд,(М)Иб --- ил,а, В соответственно начальная магнитная проницаемость и удельная электрическая проводимость контролируемого иэделия;относительное вносимое напряжение;обобщенный параметр; значение обобщенного параметра, соответствующее частоте Я однородного переменного осесимметричного магнитного поля, при которой действительнаяКорректор В .Гирня Заказ 6841/49 БНИИПИ Госуда 47 одписно ственнаго комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Н, Раушская наб., д. 4/5 ское предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4 роизводственно-полигр 9 1448260 составляющая относительного вносимого напряжения уменьшилась по сравнению с зарегистрированным значением в ос раэ (Ы - константа); Составитель С.Шумилишскаяедактор М.Келемеш Техред Л.Сердюкова