Параметрический накладной датчик

 

Использование: изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий, а именно контроля изменения толщины стенок труб из немагнитных материалов, для бесконтактной регистрации раковин и других повреждений на внутренней поверхности стальных труб и может применяться, в частности, при профилактических работах на ТЭЦ. Сущность изобретения: в кольцевом броневом ферритовом цилиндре посередине кольца до обмотки катушки выполнен кольцевой разрез постоянной высоты по всему периметру цилиндра и этот разрез накладывается на исследуемую поверхность таким образом, чтобы ось катушки располагалась параллельно исследуемой поверхности, причем перемещение датчика по последней ведется перпендикулярно оси катушки. Датчик включается в колебательный контур генератора, наличие дефекта в трубе изменяет вносимые в датчик индуктивность и сопротивление, что в свою очередь вызывает изменение частоты и напряжения генератора, которые регистрируются. 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделия, а именно для контроля изменения толщины стенок труб из немагнитных материалов, для бесконтактной регистрации раковин и других повреждений на внутренней поверхности стальных труб с использованием вихревых и может применяться, например, для профилактических работ на ТЭЦ.

Известен прибор для контроля прутков и труб, использующий проходной трансформаторный датчик (Н. М. Родигин, И.Е. Коробейникова. Контроль качества изделий методом вихревых токов. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, М. 1958, стр. 52 53). Этот датчик используется для контроля диаметра медных труб.

Наиболее близким к предлагаемому датчику для индикации раковин на внутренней поверхности стальных труб является параметрический накладной датчик с магнитопроводом (В. С. Соболев, Ю.М. Шкарлет. Накладные и экранные датчики, Изд-во "Наука", Сибирское отделение, Новосибирск, 1967, стр. 65). В этом датчике (как и в любом из существующих накладных датчиков) ось катушки расположена перпендикулярно к исследуемой поверхности. Вносимое в такой датчик активное сопротивление R и индуктивность L от исследуемой стальной поверхности зависят от дефектов поверхности, которые, как правило, регистрируются с помощью мостовой схемы.

Недостатками такого датчика являются следующие.

1. Сравнительно большая площадь перекрытия исследуемой поверхности, что не позволяет однозначно отличить глубинный дефект от менее глубокого, но с большей площадью, в то время как данные дефекты не одинаково влияют на прочность трубы.

2. Вследствие наличия различной концентрации напряженности магнитного поля (поле очень неоднородно) по площади соприкосновения, одни и те же дефекты дадут различные отклики. Поэтому для индикации нужен поиск максимального сигнала, однако поиск по максимальному сигналу не дает информации о конкретно данном дефекте, т.е. в этот сигнал дают вклад все дефекты, расположенные под обширным "зонтиком" размытого магнитного поля.

Задачей изобретения является создание накладного датчика такой конфигурации и располагаемого таким образом, чтобы в результате он давал соответствующие эквивалентные отклики на существующие дефекты за счет малой площади перекрытия исследуемой поверхности, четких границ создаваемого магнитного поля и уменьшения его неоднородности на исследуемой поверхности, что позволяет исключить поиск максимального сигнала, по которому можно получить некие усредненные результаты без однозначной идентификации дефектов.

Указанный технический результат достигается тем, что в кольцевом броневом ферритовом цилиндре посередине кольца делается до обмотки катушки кольцевой разрез постоянной высоты по всему периметру цилиндра, и этот разрез накладывается на исследуемую поверхность, причем ось катушки располагается параллельно исследуемой поверхности, а его перемещение по исследуемой поверхности идет перпендикулярно данной оси. Таким образом, в середине кольцевого броневого ферритового цилиндра делается кольцевой разрез с одинаковой высотой h по всему периметру цилиндра, и ось катушки располагается параллельно исследуемой поверхности, а сам датчик перемещается по исследуемой поверхности перпендикулярно оси катушки. Все это обеспечивает одинаковую концентрацию напряженности магнитного поля по всей величине исследуемой поверхности с четкими границами магнитного поля по всей исследуемой поверхности, при этом и сама площадь перекрытия становится достаточно небольшой. Данная совокупность достигаемых результатов позволяет однозначно идентифицировать как глубокие дефекты с малой площадью, так и менее глубокие, но с большой площадью.

Итак, в отличие от известного датчика предлагаемый параметрический накладной датчик за счет определенной конструкции, а именно за счет создания кольцевого разреза постоянной высоты посередине кольцевого броневого ферритового цилиндра до обмотки катушки, и определенного расположения, а именно ось катушки, соосная с осью броневого ферритового цилиндра, располагается параллельно исследуемой поверхности, и сам датчик перемещается по исследуемой поверхности перпендикулярно оси катушки, позволяет обеспечить одинаковую концентрацию напряженности магнитного поля по всей величине исследуемой поверхности, причем площадь перекрытия достаточно невелика, и магнитное поле имеет четкие границы вдоль всей исследуемой поверхности, за счет чего повышается точность регистрации раковин и других дефектов на внутренней поверхности стальных труб, т.е. происходит однозначная идентификация как глубоких дефектов с малой площадью, так и менее глубоких, но с большей площадью. На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого накладного параметрического токовихревого датчика для регистрации раковин и других дефектов на внутренней поверхности труб, которые возникают в процессе эксплуатации. На фиг. 2 приведена структурная электрическая схема установки для регистрации раковин и других дефектов стальных труб.

Датчик для регистрации раковин и других дефектов состоит из ферритового цилиндрического каркаса 1, катушки индуктивности 2, ось которой располагается параллельно исследуемой поверхности 4, кольцевого разреза в ферритовом каркасе 3.

Устройство для регистрации дефектов внутренней поверхности стальных труб содержит автодинный генератор и усилитель 5, датчик 6, частотомер 8, вольтметр 9, осциллограф 10.

Устройство для регистрации дефектов внутренних поверхности стальных труб работает следующим образом: наличие дефекта в трубе 7 изменяет вносимые в датчик индуктивность и сопротивление. В свою очередь датчик включен в колебательный контур генератора наряду с индуктивностью связи, поэтому дефект на поверхности трубы 7 вызовет также и изменение частоты и напряжения генератора. Изменение частоты генератора регистрируется частотомером 8, а изменение напряжения фиксируется вольтметром 9. Максимальное изменение напряжения ΔU зависит только от вносимого сопротивления R_вн где U_упр амплитуда напряжения на управляющей сетке триода; R₁ сопротивление катушки датчика; R сопротивление катушки связи.

Изменение частоты зависит только от вносимой индуктивности L_вн где ω_o циклическая частота генерации в отсутствие L_вн; L индуктивность катушки связи; L₁ индуктивность датчика.

Пример применения параметрического накладного датчика.

Использовался датчик с шириной кольцевого разреза h 0,4 мм и диаметром ферритового цилиндра 18,3 мм. Измерения проводились на стали СТ-20 с модельными дефектами в виде отверстий разных диаметров и глубин и с различным расположением. Система позволила уверенно регистрировать минимальные отверстия диаметров 0,75 мм и глубиной 0,5 мм по изменению частоты, а по изменению напряжения отверстия диаметром 1,5 мм и глубиной 1 мм.

Формула изобретения

Параметрический накладной датчик с магнитопроводом, выполненным в виде цилиндрического броневого ферритового кольца, на оси которого установлена катушка, отличающийся тем, что посередине цилиндрического броневого ферритового кольца выполнен кольцевой разрез одинаковой высоты по всей боковой поверхности кольца, при этом ось катушки расположена параллельно исследуемой поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2