Накладной вихретоковый преобразователь

 

Преобразователь относится к измерительной технике и может быть использован для контроля толщины неэлектропроводящих покрытий на электропроводящем основании либо толщины плоских изделий из диэлектрических материалов. Преобразователь содержит стержневой магнитопровод с полусферически закругленным рабочим концом. На магнитопроводе размещены обмотка возбуждения и измерительная обмотка. В торцевой части рабочего конца преобразователя помещен экран из ферромагнитного материала, который выполнен в виде шайбы с отверстием. Центр отверстия в экране совпадает с осью стержневого магнитопровода. На рабочем конце магнитопровода помещен также дополнительный магнитопровод, имеющий форму пустотелого цилиндра с концом в виде усеченного конуса. Меньшее основание конусной части дополнительного магнитопровода расположено внутри отверстия экрана. Конструкция преобразователя способствует локализации магнитного потока, что повышает точность измерения контролируемого параметра и позволяет контролировать изделия малых размеров и сложной конфигурации. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, для контроля толщины неэлектропроводящих покрытий на электропроводящих основаниях либо толщины плоских изделий (стекла) из диэлектрических материалов.

Известны накладные вихретоковые преобразователи, содержащие цилиндрический сердечник, подключенную к источнику переменного тока обмотку, которая размещена на сердечнике и защищена каркасом от механических повреждений /1/.

Недостатком данного преобразователя является низкая стабильность при изменении температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий тонкий стержневой магнитопровод с полусферическим закруглением на рабочем конце, соприкасающимся контролируемой поверхностью изделия, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, которые занимают две трети длины магнитопровода и размещены на противоположном от закругления его конце, при этом обмотка возбуждения подключается к источнику переменного тока, а измерительная обмотка к индикаторному устройству, цилиндрический каркас для защиты обмоток от механических повреждений и скользящий по его поверхности каркас для фиксации преобразователя в вертикальном положении /2/.

Недостатком известного преобразователя является то, что при проведении измерений магнитный поток мало локализован, так как значительная его часть распределяется за плоскость магнитопровода. Это ухудшает точность измерения контролируемого параметра ибо выходной сигнал преобразователя в сильной степени зависит от свойств материала изделия вдали от точки соприкасновения рабочего конца стержневого магнитопровода с поверхностью изделия. Кроме того, значительное влияние на работу преобразователя оказывает краевой эффект, что не позволяет контролировать детали сложной конфигурации и малых размеров.

Так при работе с накладным преобразователем прибора типа ВТ-20Н его показания начинают меняться уже при расстоянии 10...15 мм от края изделия.

Целью изобретения является повышение точности и диапозона измерений без снижения чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что известный накладной вихретоковый преобразователь, содержащий тонкий стержневой магнитопровод с полусферическим закруглением на рабочем конце, соприкасающимся с контролируемой поверхностью изделия, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, которые занимают две трети длины магнитопровода и размещены на противоположном от закругления его конце, при этом обмотка возбуждения подключается к источнику переменного тока, а измерительная обмотка - к индикаторному устройству, цилиндрический каркас для защиты обмоток от механических повреждений и скользящий по его поверхности каркас для фиксации преобразователя в вертикальном положении, преобразователь дополнительно снабжен экраном из ферромагнитного материала, выполненным в виде тонкой шайбы с отверстием, внешний диаметр которого совпадает с внутренним диаметром защитного каркаса, а диаметр отверстия в 2÷3 раза больше диаметра стержневого магнитопровода, трубчатым дополнительным магнитопроводом, один конец которого имеет форму усеченного конуса с внешним диаметром меньшего основания, равным диаметру отверстия экрана, а диаметр большего основания совпадает с внутренним диаметром защитного каркаса, при этом он размещен таким образом, что центр его отверстия лежит на осевой линии стержневого магнитопровода, а внешняя поверхность экрана лежит в одной плоскости с основанием полусферического закругления, дополнительный магнитопровод размещен таким образом, что меньшее основание его усеченной части размещается в отверстии экрана, а противоположное от конуса основание касается торцевой части защитного каркаса, а стенки дополнительного магнитопровода выполнены из тонких изолированных друг от друга стержней из ферромагнитного материала.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит стержневой магнитопровод 1 с полусферически закругленным рабочим концом 2, который касается контролируемой поверхности изделия 3. На магнитопроводе 1 размещена обмотка возбуждения 4 и измерительная обмотка 5. Обмотка возбуждения 4 подключена к источнику переменного тока 6, а измерительная обмотка 5 соединена с индикаторным устройством 7. Для защиты обмоток от механических повреждений преобразователь снабжен цилиндрическим каркасом 8, по поверхности которого скользит каркас 9. Этот каркас необходим для фиксации преобразователя в строго перпендикулярном положении относительно поверхности исследуемого изделия.

В торцевой части преобразователя размещен экран 10 из ферромагнитного материала, который выполнен в виде шайбы с отверстием. Внешний диаметр экрана 10 равен внутреннему диаметру защитного каркаса 9, а диаметр его отверстия в 2-3 раза больше диаметра стержневого магнитопровода 1. Экран 10 установлен таким образом, что центр его отверстия совпадает с осью стержневого магнитопровода 1, а плоскость стороны, обращенной к поверхности исследуемой детали, совпадает с плоскостью основания полусферического закругления 2.

Со стороны свободного от катушек рабочего конца магнитопровода 1 размещен, кроме того, дополнительный магнитопровод 11. Он имеет форму пустотелого цилиндра, один конец которого выполнен в виде усеченного конуса. Внешний диаметр меньшего основания этого конуса равен диаметру отверстия экрана 10, внешний диаметр большего основания конуса, т.е. диаметр пустотелого цилиндра равен внутреннему диаметру защитного каркаса 8. Дополнительный магнитопровод 11 размещен таким образом, что меньшее основание конусной части расположено внутри отверстия экрана 10, а его другой конец касается торцевой части защитного каркаса катушек, которая прилегает к рабочему концу стержневого магнитопровода 1. При этом стенки дополнительного магнитопровода 11 выполнены из тонких, изолированных друг от друга стержней, которые в нижней части изогнуты под углом 30...35^o.

Поверхность дополнительного магнитопровода защищена каркасом 12.

При работе преобразователь устанавливается на поверхности контролируемого изделия. Обмотка возбуждения 4 подключается к источнику переменного тока. Создаваемый при этом электромагнитный поток Ф проходит по стержневому магнитопроводу 1, далее его основная часть Ф_и пересекает витки измерительной катушки 5, а далее через дополнительный магнитопровод 11, через отверстие экрана 10, поверхностный слой контролируемого изделия 3 попадает на рабочий конец 2 стержневого магнитопровода 1. При этом поток Ф_и дополнительным магнитопроводом 11 локализуется вокруг имеющего полусферическое заострение рабочего конца магнитопровода 1. Кроме того, часть потока Ф_и, не проходящая через дополнительный магнитопровод 11, наводит на поверхности экрана 10 вихревые токи.

Под действием потока Ф_в вихревых токов измерительный поток Фи дополнительно локализуется вблизи рабочего конца стержневого магнитопровода 1.

Поток Ф_и, проходя через измерительную обмотку 5 наводит в ней эдс, величина которой регистрируется индикаторным устройством 7. По величине зафиксированного сигнала, пользуясь торировочным графиком, судят о контролируемом параметре.

Предложенная конструкция преобразователя способствует локализации электромагнитного потока Ф_и, что значительно повышает точность измерения контролируемого параметра, так как при этом влияние электромагнитных свойств материалов, лежащих вне пределов рабочего конца стержневого магнитопровода 1, сводится к минимуму.

Кроме того, за счет локализации потока Ф_и влияние краевого эффекта на точность измерений уменьшается в 7...10 раз. Это расширяет диапозон использования преобразователя, так как позволяет контролировать изделия малых размеров или сложной конфигурации.

Конструктивное исполнение дополнительного магнитопровода 11 из набора тонких, изолированных друг от друга стержней уменьшает потери в нем на вихревые токи, что одновременно с локализацией потока Ф_и повышает чувствительность преобразователя.

Конструкция предложенного преобразователя легко реализуется на основании серийно выпускаемого прибора ВТ-20Н.

Источники информации 1. Дорофеев А.Л. Электроиндуктивная (индукционная) дефектоскопия. - М.: Машиностроение. - 1967.

2. Справочник. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. - М. Машиностроение. - 1976, т.2, с. 134...161.

Формула изобретения

1. Накладной вихретоковый преобразователь для измерения толщины неэлектропроводящих покрытий на электропроводящих основаниях, содержащий тонкий стержневой магнитопровод с полусферическим закруглением на рабочем конце, соприкасающимся с контролируемой поверхностью изделия, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, которые занимают две трети длины магнитопровода и размещены на противоположном от закругления его конце, при этом обмотка возбуждения подключается к источнику переменного тока, а измерительная обмотка - к индикаторному устройству, цилиндрический каркас для защиты обмоток от механических повреждений и скользящий по его поверхности каркас для фиксации преобразователя в вертикальном положении, отличающийся тем, что для повышения точности и расширения диапазона измерений он дополнительно снабжен экраном из ферромагнитного материала, выполненным в виде тонкой шайбы с отверстием, внешний диаметр которого совпадает с внутренним диаметром защитного каркаса, а диаметр отверстия в 2÷3 раза больше диаметра стержневого магнитопровода, трубчатым дополнительным магнитопроводом, один конец которого имеет форму усеченного конуса с внешним диаметром меньшего основания, равным диаметру отверстия экрана, а диаметр большего основания совпадает с внутренним диаметром защитного каркаса, при этом он размещен таким образом, что центр его отверстия лежит на осевой линии стержневого магнитопровода, а внешняя поверхность экрана лежит в одной плоскости с основанием полусферического закругления, дополнительный магнитопровод размещен таким образом, что меньшее основание его усеченной части размещается в отверстии экрана, а противоположное от конуса основание касается торцевой части защитного каркаса.

2. Накладной вихретоковый преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для повышения чувствительности стенки дополнительного магнитопровода выполнены из тонких изолированных друг от друга стержней из ферромагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1