Способ неразрушающего контроля электромагнитных и физико- химических параметров ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля электромагнитных свойств материалов и изделий: магнитной проницаемости , электропроводности, а также физико-механических параметров, например механических напряжений Цель изобретения - повышение точности и информативности - достигается благодаря тому, что рабочий вихретоковый преобразователь размещают на контролируемом материале, а эталонный преобразователь размещакгГв диэлектрической среде, изменяют частоту тока возбуждения и в момент равенства напряжений, снимаемых с измерительных обмоток преобразователей, фиксируют частоту тока возбуждения, по значению которой определяют отношение магнитной проницаемости к электропроводности , устанавливают частоту тока возбуждения 20-50 Гц, размещают рабочий преобразователь на контролируемом материале и по отношению напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, пользуясь расчетной формулой, находят проницаемость материала, по найденному отношению магнитной про -(ицаемости к электропроводности и величине магнитной проницаемости рассчитывают значение электропроводности материала 2 с п. ф-лы, Зил. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ы„„1702286 A l (я)5 G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к нераэрушающим методам контроля электромагнитных свойств материалов и изделий: магнитной проницаемости, электропроводности, а также физико-механических параметров, влияющих на проницаемость и электропроводность, например, механических напряжений.

Цель изобретения — повышение точности и информативности за счет локализации зоны контроля и одновременного определения магнитной проницаемости и электрической проводимости контролируемого материал а.

На фиг. 1 представлено устройство для контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов; на фиг. 2 — блок-схема устройства; на фиг, 3 — график зависимости напряжений измерительных обмоток от частоты тока возбуждения.

Рабочий и эталонный преобразователи устройства выполнены каждый из двух П-образных магнитопроводов 1.2 и 3,4, размещенных 4pYr над @pl roM так, что их полюса (21) 4637744/28 (22) 16.01.89 (46) 30.12.91. Бюл. N 48 (71) Запорожский центр научно-технического творчества молодежи и Запорожский индустриальный институт (72) В.И.Чаплыгин, Н.Ф.Колесник, В.В.Толстихин, В,П.Кулешов, С,А.Мальцев и В.А.Калика (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 223433, кл. G 01 L 1/12, 1967, Авторское свидетельство СССР

М 223432, кл, G 011 1/12, 1967.

Авторское свидетельство СССР

К 665259, кл. G 01 N 27/90, 1990. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЗЛЕКТРОМАГНИТНЫХ. И ФИЗИК0-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для. контроля электромагнитных св йств материалов и изделий; магнитной проницаемости, электропроводности, а также физико-механических, параметров, например механических напряжений, Цель изобретения — повышение точности и информативности — достигается благодаря тому, что рабочий вихретоковый преобразователь размещают на контролируемом материале, а эталонный преобразователь размещаю1"в диэлектрической среде, изменяют частоту тока возбуждения и в момент равенства напряжений, снимаемых с измерительных обмоток преобразователей, фиксируют частоту тока возбуждения, по значению которой определяют отношение магнитной проницаемости к электропроводности, устанавливают частоту тока возбуждения 20 — 50 Гц, размещают рабочий преобразователь на контролируемом материале и по отношению напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, пользуясь расчетной формулой, находят проницаемость материала, по найденному отношению магнитной про чицаемости к электропроводности и величине магнитной проницаемости рассчитывают значение электропроводности материала. 2 с.п. ф-лы, Зил,iI702286 гармонических сигналов. В качестве примера показано размещение обмоток

21,22,23,24 возбуждения на верхней части магнитопроводов 1,2,3,4, для уменьшения

Полей рассеяния они могут быть размещены по всей длине магнитопроводов, Способ нерэзрушэющего контроля электромагнитных физико-химических параметров ферроЙэгнитнь}х матер1иалов осуществляется следующим образом.

R работе рабочий преобразователь усГэнэвливается на контролируемый материал 26, Коммутатором l9 измерительные

{}бмотки 17, 18 включаются встречнс, а обмотки 21,22,23,24 возбуждения подключаются к генератору 25. Изменяют частоту тока возбу>кдения. В момент, когда напря кения с выхода измерительных обмоток

18,17 сравняются, блок 20 обработки сигналов зафиксирует частоту f} баланса тока возбу>кдения, используя которую определяют значения контролируемых электромагнитных параметров: обобщенного параметра ,и/y, магнитной проницаемости,и и электропроводности у. Для сплошных ферромагнитных материалов, для которых глубина проникновения поля Л меньше их толщины

h, параметр,и/у рассчитывается в блоке 20 по формуле ,и/у=7г 1 Ь ио (1) ил}{} по тэрировочному графику,и/y =: p(f{2), в значения }и и у находятся пс тарировочным графикам,и = 2/ .} (f{>) и у = а (тб).

При контpone электромагнитных параметров порошковых материалов и сплошных, для которых h < Л, после измерения параметрэ,и/у с помощью коммутатора

19 на вход блока 20 подаются раздельно напряжения Бр и 1.} 2 с измерительных обмоток 17 и 18, по формулам

35 лежат в одной плоскости в направлении активной базы магнитопроводов, при этом оба магнитопровода преобразователей содержат по три параллельно располо>кенных

П-образных части 5,6, 7,8. 9,10 и

11,12,13,14,15,16. Измерительная обмотка

I 7 рабочего преобразователя размещена на одной из крайних частей 8,10 внутренне о магнитопровода 2, а измерительная обмотка 18 эталонного преобразователя разме- "0 цена в средней части 15 внутреннего

Магнитопровода 4, выходы измерительных, }бмоток 17,18 через коммутатор 19 подключены к блоку 20 обработки сигналов.

Обмотки 21,22 возбуждения рабочего

}"}реобразователя и обмотки 23,24 возбужден{ия эталонного преобразователя через переменнные сопротивления R1 и R2 параллельно подключены к генератору 25 и о. . bU

h Yo (2) у Р

b J (3) йУ ж/, f6Ь2

Из фиг. 1 следует, что эталонный преобразователь позволяет сформировать в диэлектрической среде под полюсом части 15 магнитопровода поток Ct, силовые линии которого имеют вид эллипсов, имеющих общие фокусы, расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, а рабочий преобразователь позволяет сформировать в контролируемом материале 26 частью 10 магнитопровода поток Фь, магнитные силовые линии которого имеют вид эллипсов с фокусом, лежащим в плоскости чертежа. В этом случае для магнитного сопротивления диэлектрической среды под частью 15 магнитопровода для магнитного сопротивления диэлектрика можно записать

R —

Л вЂ” (4)

bl„m+ V 2m — 1 д+2 а где m= д — межполюсное расстояние; а — ширина полюсов сердечников в направлении активной базы;

Ь вЂ” ширина полюсов в направлении, перпендикулярном активной базе преобразователя; ,и, — магнитная проницаемость вакуума.

Магнитное сопротивление участка контролируемого материала, намагниченного частью 10 магнитопроводэ рабочего преобразователя, определяется формулой

Вф—

Л

/,и Л 1п — „(5)

m+ьГ2 m — 1

Л

/г уг ггтт1п A где Л- глубина проникновения электромагнитного поля в контролируемый материал, определяемая формулой

2 г1уиоP у () о учетом формул {ул} и 5} получечот

=. - М Ф-У-. б . п А „.„ п А

Откуда обобщенный параметри/у будет равен

p/y =г fb p0. (1)

Так как значение обобщенного параметра,и/у - определяется по формула (1) точно, становится возможным провести и раздельный контроль,и и у для ферромагнитных материалов в виде порошков или с

1702286 известной толщиной, например, электромагнитных экранов, Для этого при частоте возбуждения fb « fa, например, при fb ==20 — 50 Гц (когда потери на вихревые токи практически отсутствуют), находится значение отношения (7) где Uo — напряжение с измерительной обмотки 18 эталонного преобразователя;

0я — напряжение с измерительной обмотки 17 рабочего преобразователя.

Известно, что U = р (Ф), где Ф вЂ” магнитный поток, проходящий через измерительную обмотку. Значение потока Фопределяется формулой

Ф I Wb

RM где! — ток возбуждения;

Йм — магнитное сопротивление цепи, по которой проходит поток Ф.

Так как части 10 и 15 магнитопроводов идентичны и обмотки возбуждения, размещенные на них, имеют одинаковое число витков и распределены по всей длине сердечников, то можно записать

Р о Ф я„ (8)

Uo o Ri

В формуле (8) отношение Up/Uo будет справедливо при условии, что магнитный поток Ф, проходящий по части 10 магнитопровода рабочего преобразователя (когда он не установлен на контролируемый материал), равен потоку Ф, эталонного преобразователя. Поэтому, чтобы определить изменение потока Фр, необходимо переменными резисторами R1 и R2 установить равенство выходных напряжений с измерительных обмоток 17,18 при нахождении рабочего преобразователя в диэлектрической. среде, В этом случае будет выполнено равенство Ф,= Фо, и изменения потока Фр, а следовательно, и напряжения Оя при изменении магнитной проницаемости контролируемого материала соответствуют формуле

Цэ йг (9}

Uo n p

С достаточной точностью для магнитного сопротивления контролируемого материала с известной толщиной h на низкой частоте fb = 20-50 Гц можно записать

Я (10) где и < h..

Приняв во внимание формулу (4) из (8), получают

С учетом выражения (5) значение электропроводности контролируемого материала определяется из выражения (10)

У

Ь (Г) и Uo R/ о 1б о

Формула изобретения

1. Способ неразрушающего контроля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов. заключающийся в том, что рабочий вихретоковый преобразователь размещают на поверхности контролируемого материала, эталонный вихретоковый преобразователь размещают в диэлектрической среде, изменяют частоту тока возбуждения преобразователя, фиксируют частоту баланса в момент равенства напряжений измерительных обмоток преобразователей и используют зафиксированную частоту баланса для определения контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности, после фиксирования частоты баланса рабочий преобразователь размещают в диэлектрической среде, устанавливают частоту тока возбуждения в диапазоне 20-50 Гц, изменяют величину тока возбуждения рабочего преобразователя да момента равенства напряжения измерительных обмоток преобразователей, устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого материала, определяют отношение напояжений измерительных обмоток рабочего и эталонного преобразователей и по зафиксированной частоте баланса и полученному отношению выходных напряжений определяют магнитную проницаел1ость и электрическую проводимость контролируемого материала.

2. Устройство для черазрушающего кон- . троля электромагнитных и физико-химических параметров ферромагнитных материалов, содержащее рабочий и эталонный вихретоковый преобразователи с возбуждающими и измерительными обмотками, генератор гарл1онических сигналов с регулируемой частотой, подключенный к возбуждающим обмоткам, и блок обработки сигналоь, подключенный к измерительным обмоткам, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что рабочий и эталонный преобразователи выполнены каждый в видедвух П-образных магнитопроводов, один из которых размещен в межполюсном промежутке другого, магнитопроводы составлены каждый из трех параллельных П-образных частей, соответствующие из которых расположены в одной плоскости, а торцы боковых стержней

1702286 лежат в одной плоскости, возбуждающие обмотки выполнены из двух последовательно согласно соединенных секций, каждая из которых охватывает все части соответствующего магнитопровода, измерительная обмотка рабочего преобразователя размещена на одной из боковых частей внутреннего магнитопровода, а измерительная обмотка эталонного преобразователя размещена на средней

5 части внутреннего магнитопроводО, 1702286

6,В

zg

Редактор M. Товтин

Заказ 4539 Тираж 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

1В

Я

У

08

0,6

0,4

Л и И и 1дд 121 мю Й0 66 200 и

Фиг. Ю

Составитель И. Кесоян

Техред М.Моргентал Корректор M. Демчик