Накладной вихретоковой преобразователь

 

НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток - возбуждающей и измерительной, из которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно. а измерительные - последовательно встречно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток одной пары отличаются от средних радиусов соответствуюпрх обмоток другой пары в п раз, где .,Л71, количество витков возбуждающей и измерительной обмоток меньшего диаметра в Vn раз больше количества витков соответствуюв1их обмоток большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток в каждой паре выбирают равным 3-4, каркас выполнен состав ным из двух частей, установленных на ел стержне с двух его сторон с возможностью перемещения вдоль оСи стержня, измерительные обмоткИ размещены на стержне, а расстояние от центров обмоток до торцов каркаса равно половиле среднего геометрического средних радиусов каждой пары обмоток.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоБРЕтен Ф v ОткРыт!Ф

ОПИСАНИЕ . ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЕЗИДЕТЕЛЬСТВУ ( Л

t !

1 (21) 3658583/25-28 (22) 04. 11. 83 (46) 23.04.85. Бкл. Ф 15 (72) В.О.Арбузов, А.С.Бакунов и В.А.Коровяков (7!) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 620. 179. 14(088.8) (563 1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В.Клюева, .кн. 2, М., "Машиностроение", 1976, с.93-95.

° 2. Авторское свидетельство СССР

У 559104, кл. G 01 В 7/06, 1975 (прототип). (54) (57) НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток — возбуждающей и измерительной, иэ которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно, „.80„„1151879

0(5!! С О1 N 27/90; G О! В 7/06 а измерительные — последовательно встречно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток одной пары отличаются от средних радиусов соответствующих обмоток другой пары в и раз, где ..в 1, количество витков возбуждающей и измерительной обмоток меньшего диаметра в l/n раз больше количества б витков соответствующих обмоток большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток в каждой паре выбирают равным 3-4, каркас выполнен составным из двух частей, установленных на стержне с двух его сторон с возможностью перемещения. вдоль оси стержня, измерительные обмотки размещены на стержне, а расстояние от центров обмоток до торцов каркаса равно полови— .не среднего геометрического средних

leaeL радиусов каждой пары обмоток.

1 11518

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения неметаллических

5 покрытий на металлической основе.

В существующих приборах для контроля толщины неметаллических покрытий на металлической основе используются как параметрические, так и трансформаторные накладные вихретоковые преобразователи. При этом вторичные обмотки трансформаторных преобразователей обычно наматывают непосредственно поверх первичных 1).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является накладной вихретоковой преобразователь, содержащий стержень с размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных обмоток возбуждения и измерительной, из которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно, а измерительные — последовательно встречно (2 3.

Близкое расположение возбуждающей и измерительной обмоток преобразователя хотя и обеспечивает высокую чувствительность к измеряемой величине, однако создает большую нелинейность

30 выходной зависимости вихретоковых толщиномеров, работающих на амплитудном способе выделения информации (h=KlntU ц„), где h — толщина покрытия; К вЂ” коэффициент пропорциональ- З5 ности; I U «! — амплитуда вносимого напряжения) и обладает относительно узким диапазоном измерений. Кроме того, такой преобразователь имеет большую величину начального напряже- 40 ния на измерительной обмотке, что отрицательно сказывается на стабильности его работы. Это существенно снижает точность измерений и создает известные трудности при использовании таких преобразователей в цифровых измерительных приборах. Использование известного вихретокового преобразователя дает существенную погрешность измерений при вариациях удельной электрической проводимости материала основы.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений. 55

Поставленная цель достигается тем, что в накладном вихретоковом преобразователе, содержащем стержень с

79 2 размещенным на нем каркасом, две пары коаксиальных . обмоток — возбуждающей и измерительной, из которых возбуждающие размещены на торцах каркаса и включены последовательно согласно, а измерительные — последова— тельно встречно, средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток одной пары отличаются от средних радиусов соответствующих обмоток другой в п раз, где пr1, количество витков возбуждающей и измерительной обмоток меньшего диаметра в ï раз больше количества витков соответствующих обмоток большего диаметра, отношение средних радиусов обмоток в каждой паре выбирают равным 3-4, каркас выполнен составным из двух частей, установленных на стержне с двух его сторон с возможностью перемещения вдоль оси стержня, измерительные обмотки размещены на стерж— не, а расстояние от центров обмоток до торцов каркаса равно половине среднего геометрического средних радиусов каждой пары обмоток.

На фиг. 1 представлен накладной вихретоковой преобразователь.

На фиг. 2 приведены градуировочные характеристики преобразователей— зависимости логарифма амплитуды вноI

111 гг2 симого напряжения 1nlU@«l от Ь =

* я,в относительного расстояния от центров обмоток до электропроводящей поверхности при различных значениях

=к„!к„ где h u h 2 — расстояния от центров каждой пары обмоток до соответствующего торца;

К и К вЂ” средние радиусы возбуж1 2 дающей и измерительной обмоток в каждой паре.

На фиг. 3 приведены зависимости амплитуды вносимого напряжения lUs«I от обобденного паРаметРа ба= Ийнама,б где w — круговая частота тока возбуждения; м. — магнитная постоянная; — удельная электрическая проводимость основы.

Накладной вихретоковой преобразователь содержит стержень 1 с размещенным на нем каркасом, состоящим из двух подвижных частей 2 и 3, две пары коаксиальных обмоток, из которых возбуждающие 4 и 5 расположены на частях 2 и 3 каркаса соответственно н

1151879 включены последовательно согласно, а измерительные обмотки 6 и 7 расположены на стержне 1 н включены последовательно встречно. Средние радиусы возбуждающей и измерительной обмоток

4 и 6 одной пары отличаются от средних радиусов соответствующих обмоток

5 и 7 другой пары в и раз, где п)1, количество. витков возбуждающей и измерительной обмоток 5 и 7 меньшего диаметра в 1 п раз больше количества витков соответствующих обмоток 4 и 6 большего диаметра, .отношение средних радиусов обмоток 4 и 6, 5 и 7 в каждой паре выбирают равнин 3-4, расстояние от центров обмоток 4, 6 и

5, 7 до соответствующих торцов равно половине среднего геометрического средних радиусов каждой пары обмоток

4, 6 и 5, 7. Преобразователь содержит также стопорный винт 8 и механизм 9 перемещения.

Преобразователь работает следующим образом.

f5

4б чениями параметра у (фиг. 2) показа4S

SS

При настройке преобразователя с помощью стопорного винта 8 фиксируют часть каркаса 3 относительно стержня

1 так, чтобы плоскости обмоток 5 и 7 совпадали. С помощью механизма 9 перемещения, в качестве которого, например, может использоваться специальный винт, перемещаемый по резьбе стержня 1, перемещают в некоторых пределах вдоль продольной оси преобразователя часть каркаса 2 с обмоткой 4. Это дает возможность дополнительно скомпенсировать начальное напряжение преобразователя, причем такое устройство позволяет сделать это намного быстрее и проще, чем, напримерр подбор количества витков в обмотках и обеспечивает более высокую стабильность величины остаточного напряжения раскомпеисации, чем, например, использование электронных компенсаторов.

При измерении толщины покрытия преобразователь устанавливается одним из рабочих торцов на контролируемое изделие (не показано). Выбор нужного рабочего торца определяется ожидаемой толщиной покрытия: для больших толщин на изделие устанавливают торец с обмотками 4 и 6 большего диаметра. По возбуждакнцнм обмоткам 4 и 5 преобразователя пропускают переменный ток, с помощью которого в металлической основе иэделия воэбуждают вихревые токи. Интенсивность вихревых токов зависит от расстояния от торца преобразователя до основы, т.е. от толщины неметаллического покрытия. В свою очередь вихревые токи наводят ЭДС в измерительной обмотке 6 или 7 преобразователя, расположенного вблизи изделия. 3а счет этого на выходе преобразователя появляется разбаланс напряжения, и величина его тем больше, чем меньше толщина неметаллического покрытия.

Градуировочные характеристики на фиг. 2 показывают, что максимальной чувствительностью по амплитуде к измеряемой величине, которая характеризуется параметром Ь, обладают преобразователи с величиной = 1.

Однако, характеристика при этом получается существенно нелинейной, что не может не сказаться на точности измерений. Увеличение параметра у приводит к появлению линейного участка на градуировочной характеристике, что крайне желательно при создании цифровых толщиномеров.

На фиг. 2 видно, что длина линейного участка увеличивается с ростом

Э. Это позволяет повысить точность измерений, но с другой стороны, происходит снижение чувствительности преобразователя к толщине покрытия и, следовательно, уменьшается отношение напряжений сигнала и помехи на выходе преобразователя, что уже может привести к росту погрешности измерений при больших величинах параметра g. Экспериментальные исследования преобразователей с разными знали, что минимальную погрешность измерений можно получить при величинах у=З-4. Из кривых на фиг. 2 видно, что наилучшие условия измерения толщины неметаллических покрытий обеспечиваются при изменении параметра Ь от 1 до 3, т.е. при изменении толщины покрытия до величины эквивалентного радиуса преобразователя R Ê,R при расстоянии от центра его обмоток до торца, раааом 0,5 й,Rz..

Одним из основных источников погрешности измерений толщины неметаллических покрытий на металлической основе является изменение удельной электрической проводимости материала основы. Из приведенных на фиг. 3 за115 висимостей видно, что увеличение йа- раметра г также приводит к улучшению отстройки от изменений указанного фактора, что также существенно повышает точность измерений.

По сравнению с известными преобразователями, использование предлагаемого преобразователя при п=З позволя1879 б ет расширить диапазон измерений толщины покрытий в 4 раза. При этом погрешность, вносимая удельной электрической проводимостью основы, снижает5 ся в 3 раза.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений.

1 I 51879

ЯНИИПИ Заказ 2313/ЗЗ

Тираж 897 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4