Электромагнитный способ неразрушающего контроля параметров ферромагнитных материалов

 

Использование: в контроле электромагнитных параметров. Сущность: вводят во взаимодействие с контролируемым материалом электромагнитный преобразователь, состоящий из трех П-образных магнитопроводов, содержащих на полюсах по обмотке возбуждения, подключенных к генератору тока с изменяемой частотой, на средней части размещена основная измерительная обмотка, а с двух сторон среднего П-образного магнитопровода размещены плоские дополнительные измерительные обмотки, включенные между собой последовательно-встречно, каждая дополнительная обмотка состоит из последовательно-согласно включенных секций, измеряют частоту вихретокового баланса, при которой магнитное сопротивление участка материала под полюсами среднего П-образного магнитопровода равно магнитному сопротивлению воздушной среды под полюсами П-образного магнитопровода среднего и изменяют величину тока возбуждения дополнительных с частотой баланса в обмотках возбуждения, пока на выходе измерительных обмоток не будет нулевой сигнал, измеряют второе значение частоты вихретокового баланса, по которой определяют интересующий параметр, например величину механических напряжений. 2 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к неразрушающим электромагнитным методам контроля параметров ферромагнитных материалов, например, магнитной проницаемости или связанных с ней физико-механическими параметрами, такими как механические напряжения, твердость и другие.

Известен способ контроля параметров ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что контролируемый материал вводят в взаимодействие с электромагнитным полем электромагнитного преобразователя, выполненного из трех параллельно расположенных П-образных магнитопроводов, частей, разделенных между собой электропроводящими пластинами, содержащих обмотку возбуждения, охватывающую все полюса магнитопровода и измерительную обмотку, размещенную на среднем П-образном магнитопроводе, выполненную выше крайних П-образных магнитопроводов. Устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого материала, измеряют с выхода измерительной обмотки величину электрического сигнала, например напряжение, по величине которого, пользуясь предварительно построенным тарировочным графиком, определяют величину интересующего параметра, например механические напряжения.

Известный способ имеет достоинство, он использует однородный электромагнитный поток, формируемый в области контролируемого материала. Однако способ имеет и существенный недостаток, а именно невысокую точность контроля, так как на выходной сигнал неизбежно оказывают влияние и корректирующие электромагнитные потоки, формируемые крайники П-образными магнитопроводами, что связано с перераспределением величин магнитных потоков в этих частях из-за разной величины магнитных сопротивлений участков материала под полюсами П-образных магнитопроводов, как из-за разных их размеров, так и из-за неизбежного различия в электромагнитных свойствах этих участков.

Наиболее близок электромагнитный способ неразрушающего контроля параметров ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что используют электромагнитный преобразователь, содержащий П-образный магнитопровод, выполненный из трех параллельных частей, возбуждающие и измерительные обмотки, намотанные на каждой части магнитопровода, вводят в взаимодействие с электромагнитным полем преобразователя контролируемый материал, снимают с измерительной обмотки выходной сигнал, например частоту тока, по величине зафиксированного сигнала, пользуясь предварительно построенным тарировочным графиком определяют интересующий параметр, например величину механических напряжений.

Способ имеет достоинство: он позволяет повысить точность контроля за счет увеличения однородности магнитного потока в области участка материала, находящегося под полюсами среднего П-образного магнитопровода, за счет выбора размеров полюсов среднего П-образного магнитопровода, однако точность контроля таким преобразователем остается невысокой, так как на выходной сигнал влияют не только электромагнитные свойства участка материала, находящегося под полюсами среднего П-образного магнитопровода, но и под полюсами крайних П-образных магнитопроводов, в результате магнитные потоки всех трех магнитопроводов из-за разницы в своей величине перераспределяются в П-образных магнитопроводах, и по существу выходной сигнал определяется электромагнитными свойствами всего намагниченного материала, так как в способе не осуществляется контроль перераспределения магнитных потоков, проходящих в П-образных магнитопроводах, то и точность контроля остается невысокой. Использование в известном способе в качестве информационного параметра частоты баланса, когда при определенной частоте тока возбуждения магнитное сопротивление контролируемого материала под полюсами среднего П-образного магнитопровода равно магнитному сопротивлению воздушной среды под полюсами этой же части, не позволяет также избежать указанного недостатка.

Для исключения указанного недостатка вводят во взаимодействие с контролируемым материалом электромагнитный преобразователь, выполненный из трех параллельных П-образных магнитопроводов, содержащих на полюсах по обмотке возбуждения, подключенных к генератору тока с изменяемой частотой и измерительной обмотке, размещенной на средней части П-образного магнитопровода, в котором с двух сторон среднего П-образного магнитопровода размещено по дополнительной плоской измерительной обмотке с витками, лежащими в плоскости П-образного магнитопровода и включенными между собой последовательно-встречно, каждая дополнительная обмотка состоит из последовательно согласно включенных секций, подключают выход основной измерительной обмотки к измерительному прибору и определяют частоту вихретокового баланса, затем устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого материала, подключают к измерительному прибору выход дополнительных измерительных обмоток и изменяют в обмотках возбуждения величину тока, пока на их выходе не будет нулевой сигнал, снова подключают выход основной измерительной обмотки к измерительному прибору и определяют второе значение частоты баланса, по которой, пользуясь предварительно построенными тарировочными графиками или расчетными соотношениями, определяют интересующий параметр, например величину механических напряжений.

На фиг.1 показана конструкция электромагнитного преобразователя, используемого в способе; на фиг.2 схема электрического соединения обмоток преобразователя.

Разработанный способ реализуется следующим образом. Вводят во взаимодействие с контролируемым материалом 1 электромагнитный преобразователь, выполненный из трех П-образных магнитопроводов 2,3,4, содержащих соответственно по обмотке возбуждения 5,6,7, подключенных через переменные сопротивления Р, 6,7 к источнику переменного тока 8 с регулируемой частотой, на среднем П-образном магнитопроводе 3 размещена основная измерительная обмотка 9, через коммутатор 10 подключенная к измерительному прибору 11, между П-образными магнитопроводами размещены плоские дополнительные измерительные обмотки 12 и 13, соединенные последовательно-встречно, каждая из дополнительных обмоток состоит из последовательно-согласно включенных секций 12₁, 12₂^oC12, 13₁, 13₂^oC13, подключают основную измерительную обмотку 9 к измерительному прибору 11, изменяют частоту тока возбуждения, пока на выходе измерительной обмотки не будет сигнал, например напряжение, равное напряжению с этой же обмотки, когда преобразователь находится в воздухе, фиксируют на генераторе это значение частоты, подключают к измерительному прибору выход дополнительных измерительных обмоток 12 и 13 и изменяют величину тока, пока на выходе этих обмоток напряжение не станет равным нулю, отключают дополнительные обмотки от измерительного прибора 11 и снова подключают основную измерительную обмотку 11 к измерительному прибору 11, изменяют частоту тока возбуждения в цепи возбуждающих обмоток 5,6,7 и фиксируют значение частоты баланса, по найденной величине частоты баланса, пользуясь тарировочным графиком или расчетным соотношением, определяют величину контролируемого параметра, например величину механического напряжения.

В разработанном способе используется операция установки на выходе дополнительных плоских измерительных обмоток 12,13 нулевого сигнала, например напряжения, когда преобразователь находится на контролируемом материале, что соответствует случаю, когда между П-образными магнитопроводами 2,3,4 отсутствуют потоки рассеяния, следовательно, магнитные потоки, проходящие через П-образные магнитопроводы 2,3,4 равны, а значит, они равны и в участках контролируемого материала 1, находящихся под полюсами этих частей, поэтому влияние магнитных полей, формируемых П-образными магнитопроводами друг на друга, исключено, а следовательно, второе значение частоты баланса будет определяться только электромагнитными свойствами участка материала, находящегося под полюсами среднего П-образного магнитопровода 3. Это позволяет с большой точностью определять параметры материала, например магнитную проницаемость по расчетным соотношениям, связывающим частоту баланса с контролируемым параметром, например магнитной проницаемостью. Такие соотношения приведены в /2/.

Для практической апробации способа использовался преобразователь с параметрами: расстояние между полюсами П-образных магнитопроводов 2,3,4 было 20 мм, число витков основной измерительной обмотки 400, возбуждающих обмоток по 100, число витков дополнительных измерительных обмоток составило соответственно по 200, использовалось в каждой обмотке по четыре секции. В качестве индикатора баланса использовался цифровой мультиметр типа ВР-11А, а в качестве источника переменного тока генератор типа Г3-109. При нахождении баланса преобразователь с изменением частоты последовательно устанавливался на материал и снимался, частота вихретокового баланса фиксировалась в момент, когда напряжение с выхода основной измерительной обмотки не изменялось при установке преобразователя на контролируемый материал и при его снятии с материала.

В качестве контролируемого материала использовалась пластина стали из Ст45 размером 30·10 см и толщиной 2 мм. Измерения проводили в 5 точках. Частоты баланса по известному способу соответственно составили 35, 41, 33, 29, 33 кГц, по разработанному способу при введении операции установки нулевого сигнала на выходе дополнительных измерительных обмоток в тех же контрольных точках частоты баланса составили: 31, 33, 30, 30, 31. Из полученных данных следует, что изменения частоты баланса по известному способу относительно средней величины достигают 20% а по разработанному способу порядка 7% Так как контролируемый материал не подвергался никакой технологической обработке, то следует считать, что большой разброс в известном способе связан прежде всего с перераспределением магнитного потока в П-образных магнитопроводах, в известном способе не исключено влияние и изменения магнитного сопротивления контролируемого участка под полюсами среднего П-образного магнитопровода, так как вполне реально изменение формы "однородного" магнитного потока сжатие или раздувание по поверхности боковыми потоками, в разработанном способе все эти явления исключены, поэтому разброс в значениях частоты баланса незначителен и его можно объяснить разбросом электромагнитных параметров и прежде всего остаточных напряжений в различных точках.

Таким образом, разработанный способ позволяет повысить точность неразрушающего контроля параметров ферромагнитных материалов.

Формула изобретения

Электромагнитный способ неразрушающего контроля параметров ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что вводят во взаимодействие с контролируемым материалом электромагнитный преобразователь, выполненный из трех параллельно установленных П-образных магнитопроводов, содержащих на полюсах по обмотке возбуждения, подключенных к генератору тока с регулируемой частотой, и измерительную обмотку, размещенную на средней П-образной части магнитопровода, выходом подключенную к измерительному прибору, измеряют частоту вихретокового баланса, отличающийся тем, что используют электромагнитный преобразователь с дополнительными плоскими измерительными обмотками, размещенными с двух сторон среднего П-образного магнитопровода с витками, лежащими в плоскости П-образных магнитопроводов, и включенными между собой последовательно встречно, каждая дополнительная измерительная обмотка состоит из последовательно согласно включенных секций, подключают выход дополнительных измерительных обмоток к измерительному прибору, устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого материала и изменяют величину тока в каждой обмотке возбуждения, пока на выходе дополнительных измерительных обмоток не будет нулевой сигнал, затем обмотки отключают от измерительного прибора и подключают к нему основную измерительную обмотку, измеряют второе значение частоты баланса, по которой, пользуясь тарировочным графиком или расчетным соотношением, определяют величину контролируемого параметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2