Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля

-техническо ка, Н.Ф.Потапо, А.Д.Бабиков и расчет накладвателей. - М.: змерителье разрушвриалов, и измерения например их, наносиль изобретигается эа г.2 -фиг. 3 фиг. 4 - т 5 и 6 - и венно, 4 а (Л Ь)толщине сти издел моток пр.7 и- графики завищенного парам ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Запорожский центр науго творчества молодежи(54) ВИХРЕТОКОВОЕ УСТРОЙС НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛ (57) Изобретение относится к и ной технике, а именно к области н ющих методов контроля мате может быть использовано для толщин изоляционных покрытий эмалевых, лакокрасочных и друг мых, на проводящие изделия. Це тения - повышение точности дос 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 6 01 М 27/90, 6 01 В 710 счет того, что вихретоковое устроиство для неразрушающего контроля содержит рабочийи компенсационный вихретоковые накладные преобразователи с концентрическими 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 г, соответствуют отношениям гпlй = Ь/2 й - ,0,6 при гпй; йlгп = 2 й 2 й + Ь - 0,6 при йг, а радиус й возбуждающих обмоток рабочего и компенсационного преобразователей выбран из условия Р= 23 - 25. 8 ил. лектрическая схема устройства; на ихретоковой преобразователь; на о же, вариант выполнения; на фиг, риведены графики, соответстотносительной чувствительности ихретоковых преобразователей к изоляции ЛЬ и к злектропроводноия 4(тот отношения радиусов обйобразователя д = - ; наГ мости 4 о и 4 а от обора Р соответственно.1682901 Вихретоковое 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 подве петлеобразные и измерительные обмотки (ПИО) 6 и 7 (8 и 9), включенные попарновстречно, образуя пары обмоток 6, 8 и 7, 9,дифференциальные пары обмоток б, 8 и 7, 9также между собой включены встречно иобщим выходом подключены к блоку 10 измерения. Возбуждающие обмотки 3, 4 и измерительные обмотки б - 9 размещены нанеферромагнитных и непроводящих цилиндрических каркасах 11 и 12.Радиусы й возбуждающих обмоток рабочего ВТП 1 и компенсационного ВТП 2определяется из условия 3 = 23 - 25 поформулей= (1),ио - магнитная проницаемость вакуума,а РаДИУСЫ Гп 1,2 СООтВЕтотВУЮЩИХ ИЗМЕРИтельных обмоток выбраны иэ условийГп 1,2 О- ЕСЛИ Гп 12й й 2 й гп 12 2 й + о- 0,6 если йгп 12.В работе рабочий ВТП 1 устанавливается на контролируемое изделие 13, покрытое изоляционным слоем 14 толщиной Й 1, компенсационный ВТП 2 размещается на эталонном изделии 15 с эталонной электропроводностью уо, Последовательно соединенные возбуждающие обмотки 3 и 4 подключают к источнику 5 переменного тока с частотой 1.С выхода дифференциально включенных ПИО б и 8 снимается абсолютное изменение напряжения, определяемое выражениемо Л О 1,8 = Ов - 06 = (4 аЬа - 40 д - ) 08 (2)где 40, 4 а - относительная чувствительность ВТП 1 к злектропроводности стизделия и толщине покрытия Ь 1 соответственно,Так как петлеобраэные обмотки 6, 7 и 8,9 размещены в одной плоскости с возбуждающими обмотками 3 и 4 соответственно, топараметр5 2 ЛЬ Ьо 2 ЬЬйгде по -расстояние между возбуждающейобмоткой и ПИО (Ьо = О);Ь Ь - зазор (или толщина изоляции).10 С учетом (3) для ЬО 6,8 получаютДО 6,8= 08(4 ав,6 -- 408,6 Л - ) (4)2 Ь 1 оой 2 БС дифференциально включенных обмоток 7 и 9 снимается напряжение 15 Ь 09,7 = 09 07 =09 1, 4 са.7 й - 409,7-,- ) . (5)При равенстве эталонных сигналов Ов 09, для результирующего напряжения записывают20 ДЦ =Ь 1.в,6 - Ь 09,7 =(6)Анализ полученной формулы (б) показывает, что контроль толщины изоляционногопокрытия Ь 11 с отстройкой от влияния оможет быть выполнен при условии, когда409,7 = 4 ов,6, (7)а выходной сигнал с вихретокового устройства ЬО зависит от Ьп при4 а 9,7 - 4 ав,6 (8)При 4 а 9,7 Ф 4 ав,6 и 4 о 9,7 =4 ов,6 выражение (6) принимает вид 35 Ь 0" = О (4 ав,6 - 4 св,7), (9)2 ЬЬт,е. ЬО определяется только величиной Ь 11при Оо = сопэг. Оптимальный режим контроля толщины изоляции ЬЬ при 40 463,6 - 4 а 9,7 = сопэ 1 (1 О)при изменении Р, в этом случае становитсявозможным осуществить количественныйконтроль без использования тарировочныхграфиков,На фиг. 5 и 6 приведены графики изменения 4 а = 1 р (д) и 4 а = р (д), где д = - приВйгп (11) 50 д= - ппригрГп(12)где й, гп - радиус возбуждающих обмоток 3и 4 возбуждения и измерительных обмоток6, 7 и 8, 9 соответственно.Зависимости 4 о= р(д) и 4 а = р(д) дляПИО (фиг. 5 и 6) получены для различныхзначений обобщенного параметраф: Й 12 ксГр, (г, йЛп). (13) Анализ зависимости 4 у = р ф) показывает, что в области р) 15 для значений д= 0 - 0,6 4 о= сопэт, а для этих же значений д 4 а изменяется.Из фиг. 5 и 6 следует, что, например, для ПИО с д 1= 0,2 и д 2= 0,6 при Р = 15 - 50 4 од 1 =4 од 2, а 4 ад Ф 4 ад 2, т.е. выполняются условия (5 и 6), когда отношения радиусов ПИО к радиусу В не равны одно другому и составляют значения, лежащие в диапазоне 6= 0,0- 0,6.Другим - условием равенства 4 ов,в =4 щ,т является их независимость от ф, что равноценно обеспечению одинакового характера изменения 4 ов,в =рф) и 4 о 97 = рф), так как в этом случае 4 ов,в - 4 ге,т = 0.Анализ графиков(фиг,5 и 6) показывает, что в области Р = 15 - 30 при д = 0 - 0,6 зависимости 4 ов,б = рф) и 4 оя,7 =Уф) практически совпадают, поэтому в указанном интервале значений Рразница 4 ов,в - 4 о 9,7 =0 . Например, если. выбрать ПИО 6 и 8 с д 1=02,а ПИ 07 и 9 с д 2=06, то получают при Р = 30 и 50для д 1=0,2 4 ов= - 0,42;4 ов,- -0,30;для д=0,6 4 ов=-0,41 4 ов; =-0,29. Тогда Лбов = 0,01; Л 4 ов= 0,01,В диапазоне р от 15 и выше разница 4 ов,в - 4 о 9,7 = О. С другой стороны (фиг, 6) следует, что для тех же значений ри д:4 ав =12,6; 4 ав =16,6 для д 1 =0,2;4 ав =11,9; 4 ав =15,9 для д 2 =0,6.Тогда Л 4 ав = 0,7, Л 4 ав = 0,7 и условия (10) выполняются, На фиг. 8 и 7 приведены графики зависимости 4 а(ЛЬ) =О ф) и 4 п= р ф), построенные из зависимостей, показанных на фиг. 5 и 6. Из зависимостей следует, что для значений Ь= 0-0,6 рациональное значение рр составляет 23 - 25, так как в этом случае4 од =4 од и 4 од - 4 од 2 =О,В этом же диапазоне значений ф(фиг.8) в диапазоне значений д= 0 - 0,6 разница 4 ад 1 - 4 ао 2- сопэт, например для д 1- 0,2 и д= 0,6 4 ад 1 - 4 = 1.Полученный рациональный диапазон значений Рр определяет и рациональные значения радиуса обмотки возбуждения В:Вихретоковое устройство позволяет проводить нераэрушающий контроль изоляционных покрытий практически с полным подавлением мешающего фактора - изменения электропроводности Лг материалаиэделия в широком диапазоне. Например,эталонное значение о," 30 10 см/сл,в/3= 24, частота тока возбуждения Г = 600 105 Гц, диапазон изменения Р от 24 до 30 и по 18.т,е, Лр, с учетом принятых параметров длярадиуса обмотки возбуждения согласно выражению (14) получают Р "2 мм.Радиусы П ИО 6 и 8 при Вгп для д 1= 0,2Вгпбв= 10 мм,для д 2-0,6б 9,7 д. = 0,33 м 4,В15 Диапазон изменения значений электропроводности материала, при которых выполнена отстройка от их влияния,определяется формуламиа+Лр2 - 46,84 смlм;2 к В роДР 1 д 2 о - Д 3 =. -- 2-" - = 16,86 смlм; 2 1 В 2 ро Относительное изменение о составляет дЛР ---- ю 58,13 %;30Л-Л 18 -- ф -- 43,8 %Как следует иэ фиг. 7 и 8, это обеспечивает условие практического контроля, с максимальной погрешностью измерения толщины покрытия 2,5 опри изменении электропроводности от 30 до 46,84 - 106 4 смlм и с погрешностью порядка Зприизменении скот 30 до 16,86 - 10 см/м. Погрешность измерения толщины изоляции путем изменения коэффициентов4 а(Лфби 4 а(Ль)97 при изменении /3 за 45 счет Ло практически исключена, так как4 Льв,б - 4 ы,7=сопэт, Это позволяет проградуировать измерительный прибор непосредственно в единицах измеряемых толщин покрытий и использовать его в широком ди апазоне изменений Лп, в то время как известное устройство обеспечивает использование преобразователя с В - 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, 1682901каждый из которых выполнен с цилиндрической возбуждающей обмоткой и двумя измерительными обмотками, одна из которых имеет петлеобразнуа форму, отл ич а ю ще е с я тем, что, с целью повышения точности, вторая измерительная обмотка каждого из преобразователей выполнена петлеобразной и имеет радиус, отличный от радиуса первой измерительной обмотки, обмотки одинаковых радиусов обоих преобразователей включены попарно последовательно- встречно, пары измерительных обмоток включены последовательно-встречно, их свободные выводы предназначены для подключения к блоку измерения, радиус В возбуждающей обмотки выбран из условия Б ф=23 - 25, где 3- обобщенный параметр, арадиусы гл 1,2 соответствующих измерительных обмоток выбраны из условиягл 1,2 / В = Ь 2 В - 0,6, если г,1,2ВИ10 Вйм,2= 2 В/2 В+Ь -0,6, если Вга,ггде Ь - ширина петлеобразной обмотки,1682901 бб6 С 7 Ю Л Ж Я оставитель И,Косеянехред М.Моргентал Корректор О.Кравц еда ктор Н,Бобкова каз 3408 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводствекно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1