Вихретоковый преобразователь и способ его настройки

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины диэлектрических и электропроводящих покрытий на электропроводящем основании. Цель изобретения - повышение чувствительности вихретокового преобразователя. Это достигается за счет повышения его температурной стабильности в результате настройки с помощью введенных элементов регулирования. Настройка вихретокового преобразователя заключается в том, что путем перемещения диэлектрической прокладки 6 регулируют емкость C, образованную электродами 4 и 5, добиваясь условия F<SB POS="POST">р</SB>*98F<SB POS="POST">о</SB>, F<SB POS="POST">в</SB>*98F<SB POS="POST">р</SB>*98F<SB POS="POST">н</SB>, где F<SB POS="POST">р</SB> - рабочая частота вихретокового преобразователя

F<SB POS="POST">о</SB> - резонансная частота контура, образованного измерительной катушкой 2 индуктивности и емкостью C

F<SB POS="POST">н</SB> и F<SB POS="POST">в</SB> - частоты, ограничивающие линейный участок амплитудно-частотной характеристики контура с максимальной крутизной. Температурную стабильность вихретокового преобразователя обеспечивают, изменяя длину разреза 7 и перемещая электрод 5 вдоль его оси. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4457522/25-28 (22) 07.07.88 .(46) 07.12.90. Бюл. М 45 (72) Н.П. Бирюкова, А.В. Галкин и П,Н. Шкато Ва (53) 620,179.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1075142, кл. G 01 N 27/90, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 10307.18, кл. G 01 N 27/90, 1983.

o(54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано .для измерения толщины диэлектрических и электропроводящих покрытий на электропроводящем основании, Цель изобретения— повышение чувствительности вихретокового преобразователя. Это достигается за счет

„„ Ы „„1612254 À1 повышения его температурной стабильности в результате настройки с помощью введенных элементов регулирования.

Настройка вихретокового преобразователя заключается в том, что путем перемещения диэлектрической прокладки 6 регулируют .емкость с, образованную электродами 4 и 5, добиваясь условия fp > fo, 4> fp> 1н, где fp— рабочая частота вихретокового преобразователя; 4- резонансная частота контура. образованного измерительной катушкой 2 идуктивности и емкостью с; fH u fe — частоты ограничивающие линейный участок амплитудно-частотной характеристики контура с максимальной крутизной. Температурную стабильность вихретокового преобразовате- ф ля обеспечивают, изменяя длину разреза 7 и перемещая электрод 5 вдоль его оси. 2 с. и

3 з.п.ф-л ы, 3 ил.

1612254

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества электропроводящих иэделий, преимущественно толщины тонких диэлектрических слабопроводящих покрытий на электропроводящем основании.

Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя за счет одновременного изменения резонансной частоты контура, включающего преобразо. ватель, повышенной температурной стабильности за счет самокомпенсации изменения магнитной проницаемости сер дечника и электромагнитного воздействия электромагнитного экрана, плавной подстройки емкости, и электромагнитной связи, обеспечивающей максимальную температурную стабильность.

На фиг,1 представлен вихретоковый, преобразователь; на фиг. 2 — электрическая схема вихретокового преобразователя; на фиг. 3 — амплитудно-частотная характери, стика колебательного контура, образован. ного измерительной катушкой индуктивности и емкостью.

Вихретоковый преобразователь состоит из возбуждающей катушки 1 индуктивно,сти, измерительной катушки 2 индуктивности, размещенных на ферромагнитном сердечнике

3, соосно установленных внутреннего и внешнего цилиндрических полых электродов 4 и 5, разделенных диэлектрической прокладкой

6. Электроды 4 и 5 образуют емкость, подключенную параллельно измерительной катушке 2 индуктивности. В электроде 4 выполнен сквозной продольный разрез 7 на части.его длины, Полученный колебательный контур является резонансным контуром усилительного каскада 8. размещенного в корпусе (не показан) вихрвтокового преобразомееля. Катушки 1 и 2 индуктивности установлены с возможностью изменения расстояния между ними.

СПОСОб НаСтрОйКИ И рабста ВИХрЕтОКОвого преобразователя осуществля ются следующим образом.

8 процессе настройки вихретокового преобразователя добиваются. его максимальной .чувствительности путем изменения емкости за счет перемещения диэлектрической прокладки 6 и наибольшей температурной стабильности за счет изменения электромагнитной связи между.ка, тушками 1 и 2 индуктивности и электродами . 4 и 5. Электромагнитная связь уменьшается за счет увеличения длины сквозного продбльного разреза 7, а также плавно регулируется путем перемещения электрода 5 вдоль его оси. Максимальная чувствительность вихретокового преобразователя достигается в

15 том случае, когда рабочая частота вихретокового преобразователя соответствует линейному участку амплитудно-частотной характеристики контура, образованного измерительной катушкой 2 и емкостью. Поскольку рабочая частота fp вихретокового преобразователя задана из условий взаимодействия с контролируемым объектом, обеспечить требуемое соответствие целесообразно, устанавливая необходимую величину емкости.

Для этого параметры электродов выбираютсЯ исхОДЯ из условий fp>fp, fg>fp>fp пУтем расчета колебательного контура, включающего емкость электродов, вычисляемую по формуле с

1 ! Г2 г1 где с — емкость между электродами;

20 г2 — внутренний радиус электрода 5; г1 — внешний радиус электрода 4; оо — диэлектрическая постоянная;

8- относительная диэлектрическая проницаемость;

I — общая часть длины электродов; р — общая часть длины электродов, занятая диэлектриком с диэлектрической проницаемостью.

Точность настройки весьма критична к величине с, поэтому необходима плавная настройка емкости с. Это достигается путем перемещения диэлектрической прокладки

6, что приводит к изменению величины I и р, а следовательно, и емкости с. При этом не

35 происходит изменения электромагнитной связи между электродами 4 и 5 и катушками

1 и 2 индуктивности, Наибольшая чувствительность вихретокового преобразователя при настройке его по условию f>>fp>4 обь40 ясняется следующим образом, При изменении реакции вихревых токов, связанной с изменением контролируемого параметра, например толщины диэлектрического покрытия в измерительную катушку индуктив45 ности вносится дополнительная индуктивность. Это приводит к перестройке резонансного контура и изменению его амплитудно-частотной характеристики. Следовательно, напряжение, вносимое

50 вихревыми токами в измерительную катушку 2 индуктивности, передается с коэффициентом передачи контура. в свою очередь, зависящим от воздействия вихревых токов.

Это приводит к перемножению эффектов и

55 увеличению чувствительности преобразователя, Такой способ настройки вихретокового преобразователя предъявляет повышенные требования к его температурной стабильно1612254

40

50

55 сти, поскольку изменение амплитудно-частотной характеристики контура может бытьследствием изменения индуктивности катушек 1 и 2 ввиду вариации магнитной проницаемости сердечника 3. Для повышения температурной стабильности используется различная температурная зависимость индуктивности катушек 1 и 2 при изменении температуры ферромагнитного сердечника

3 и электромагнитного экрана, образованного электродами 4 и 5. При увеличении температуры магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника 3 уменьшается. Одновременно увеличивается диаметр и удельное электрическое сопротивление электродов 4 и 5. Первый фактор связан с уменьшением индуктивности катушек 1 и 2, а второй — с увеличением влияния вихревых токов, возникающих в электромагнитном экране, на магнитный поток преобразователя, поскольку интенсивность этих токов уменьшается. Важно, что при увеличении диаметров электродов 4 и 5 практически не изменяется емкость экрана, поскольку отношение /г1 не изменяется, а зазор между цилиндрами возрастает на пренебрежимо малую величину, являясь малой величиной второго порядка, Обеспечение температурной стабильности сводится к регулировке электромагнитной связи между катушками индуктивности и электромагнитйым экраном. Толщина электродов 4 и 5 и их удельная электрическая проводимость выбирается так, что изменение эффектив- 3 ной магнитной проницаемости рэфф соответствует изменениям магнитной проницаемости,и ферромагнитного сердечника. При вариации указанных параметров должно сохраняться отношение rz/n, определяющее емкость конденсатора. Затем выполняется более точная регулировка. Для этого приращение,иэффберется с некоторым превышением, а его подстройка в сторону уменьшения достигается за счет увеличения длины разреза 7. Последнее приводит к уменьшению плотности вихревых токов, возбуждаемых в электропроводящем цилиндре 5 и, следовательно, к уменьшению приращения,иэфф. Более плавная подстройка достигается перемещением электропроводящего цилиндра 5 вдоль его оси.

Практически процесс проектирования и настройки преобразователя включает сле- . дующие этапы.

Рассчитываются параметры ВТП, обеспечивающие требуемую емкость с и температурную зависимость р,фф. Изготавливаются электропроводящие экраны, устанавливается за счет перемещений диэлектрической прокладки 6 емкость, обеспечивающая наибольшую чувствительность к контролируемому параметру. Регулируется электромагнитная связь за счет изменения длины разреза 7. При этом вихретоковый преобразователь испытывают в рабочем диапазоне температур и фиксируют изменения его выходного сигнала.

При невозможности "пройти" через минимум чувствительности к вариации температуры изменяют толщину или,материал электропроводящего цилиндра 5. Поскольку уменьшение электромагнитной связи достигается на достаточную глубину за счет разреза 7, обычно требуется увеличить эту электромагнитную связь, для чего приходится увеличивать толщину электропроводящего цилиндра 5 за счет увеличения его внешнего радиуса.

После получения максимальной температурной стабильности подстраивают емкость, перемещая диэлектрическую прокладку 6 и добиваясь восстановления максимальной чувствительности преобразователя. При этом температурная стабильность преобразователя не нарушается.

После настройки преобразователя его используют обычным образом, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым изделием, фиксируя изменение его выходного сигнала.

Формула изобретения

1. Вихретоковый преобразователь, содержащий корпус, размещенные в нем катушку индуктивности, усилительный каскад и емкость, включенную параллельно катушке индуктивности и образованную установленными соосно с катушкой внешним и внутренним цилиндрическими электродами и цилиндрической диэлектрической прокладкой, размещенной между ними, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен второй катушкой индуктивности, установленной соосно с первой и предназначенной для подключения к источнику питания, колебательный контур, образованный первой катушкой индуктивности и емкостью, является резонансным контуром усилительного каскада, внутренний электрод выполнен полым, диэлектрическая прокладка установлена с возможностью осевого перемещения относительно электродов, а катушки индуктивности размещены во внутреннем электроде.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что катушки индуктивности установлены с возможностью изменения расстояния между ними.

1612254

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен ферромагнитным сердечником, внутренний электрод выполнен со сквозным продольным разрезом на части его длины, а внешний электрод установлен с возможностью осевого перемещения. и р ФЬЮ

Составитель И,Кесоян

Техред М.Моргентал Корректор А.Сбручар

Редактор М,Бланар

Заказ 3829 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

4. Способ настройки вихретокового преобразователя, заключающийся в том, что, регулируя емкость колебательного контура, устанавливают рабочую частоту тр и реобразователя,отличающийся тем,что, с целью повышения чувствительности, ра бочую частоту устанавливают в соответствии с зависимостями р о 4 р > н, где Ь вЂ” резонансная частота колебательного контура;

4 — максимальная частота на линейном участке амплитудно-частотной характеристики колебательного контура;

fH — минимальная частота на линейном

5 участке амплитудно-частотной характеристики колебательного контура.

5. Способ поп 4, отл и ч а ю щийс я тем, что предварительно регулируют электромагнитную связь между катушками ин10 дуктивности и внутренним электродом, изменяя длину его сквозного разреза и добиваясь при этом минимального изменения сигнала вихретокового преобразователя при вариации температур в рабочем диапа15 зоне, а затем дополнительно регулируют электромагнитную связь, перемещая внешний электрод вдоль оси преобразователя и минимизируя величину вариации сигнала на выходе преобразователя при изменении

20 температур в рабочем диапазоне.