Вихретоковый проходной преобразователь для контроля продольно-протяженных изделий

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля труб и проката в потоке их производства или при входном контроле на машиностроительных заводах, трубных базах нефтяных и газовых компаний. Технический результат: повышение чувствительности и достоверности контроля. Сущность изобретения: вихретоковый проходной преобразователь снабжен размещенными на втулке m парами дифференциально включенных измерительных обмоток. (m-2) обмоток накладного типа намотаны на продольные ферритовые сердечники и размещены в парах сдвоенных продольных пазов с расстоянием d между пазами и угловым смещением 360/(m-2) между сдвоенными парами. Две другие дифференциальные пары измерительных обмоток проходного типа размещены в круговых пазах коаксиально с пазами обмоток неподвижной катушки. (m-2) пар накладных обмоток соединены между собой параллельно и подключены к одной из пар проходных обмоток. Вторая пара проходных обмоток подключена непосредственно к резисторной нагрузке. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля металлических изделий, например труб и проката.

Известен вихретоковый проходной преобразователь, содержащий возбуждающую и две дифференциально включенные измерительные обмотки [1].

Недостатком этого преобразователя является то, что он надежно выявляет короткие дефекты и почти не реагирует на однородные продольные трещины.

Более близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является проходной преобразователь, дополнительно содержащий вращающуюся втулку с размещенными на ней двумя короткозамкнутыми витками, каждый из которых выполнен с петлевым отводом, вытянутым вдоль продольной оси преобразователя [2].

Недостатком этого преобразователя является низкая чувствительность к дефектам, что обусловлено весьма малым значением коэффициента взаимоиндукции между вращающимся короткозамкнутым витком с петлевым отводом и статорной измерительной обмоткой. Это, в свою очередь, связано с тем, что основное электромагнитное поле возбуждающей обмотки сосредоточено внутри катушки вблизи токовых витков. В боковых зонах, где расположены короткозамкнутые витки, замыкаются только поля рассеяния, составляющие не более 5-10% основного поля.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение чувствительности и достоверности контроля. Этот результат достигается тем, что вихретоковый преобразователь для контроля продольно-протяженных изделий, содержащий неподвижные возбуждающую и две дифференциально включенные измерительные катушки индуктивности и диэлектрическую втулку, установленную коаксиально катушкам индуктивности с возможностью вращения с помощью электродвигателя вокруг своей оси, дополнительно снабжен размещенными на вращающейся втулке m парами дифференциально включенных измерительных обмоток, (m-2) из которых накладного типа намотаны на продольные ферритовые сердечники и размещены в парах сдвоенных продольных пазов с расстоянием d между пазами, где d - диаметр ферритового сердечника, и угловым смещением 360°/(m-2) между сдвоенными парами, а две другие дифференциальные пары обмоток проходного типа размещены в круговых пазах коаксиально пазам обмоток неподвижной катушки, при этом (m-2) пар накладных обмоток соединены между собой параллельно и подключены к одной из пар проходных обмоток, а вторая пара проходных обмоток подключена непосредственно к резисторной нагрузке.

На фиг.1а показана схема преобразователя, на фиг.1б, 1 с - схемы подключения обмоток.

Преобразователь состоит из статорной 1 и роторной 2 втулок. Роторная втулка 2 приводится во вращение электродвигателем 3. На статорной втулке размещаются возбуждающая 4 и две пары 5 и 6 дифференциально включенных измерительных обмоток. На роторной - две 8 и 9 дифференциальные пары обмоток проходного типа и четыре пары накладных дифференциальных обмоток 7-1; 7-2; 7-3; 7-4 (на фиг. 1a (m-2)=4). Эти обмотки наматываются на продольных ферритовых сердечниках и размещаются в сдвоенных пазах, ось которых направлена вдоль продольной оси преобразователя (фиг.1в). Расстояние между пазами равно d, где d - диаметр ферритового сердечника. Угловое смещение между соседними парами сдвоенных продольных пазов равно .

При (m-2)=4; ϕ=90 град.

Обмотка возбуждения W_B подключается к генератору переменного тока. Накладные пары 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 измерительных обмоток: соединяются между собой параллельно и подключаются к проходной дифференциальной паре измерительных обмоток . Обмотки 9 и обмотки 6 образуют вращающийся трансформатор и служат для передачи сигналов накладных преобразователей к статическим катушкам, подключаемым к измерительной схеме. Вторую пару 5 и 8 вращающегося трансформатора образуют проходные обмотки . При этом сигналы от дефектов формируются в роторной измерительной обмотке и передаются к статорной обмотке . Для повышения коэффициента передачи роторная измерительная обмотка 8 подключается к резисторной нагрузке _H.

Преобразователь работает следующим образом.

Контролируемое изделие (труба) 10 с длинным (11) и коротким дефектом 12 перемещается внутри проходного преобразователя с заданной поступательной скоростью V. Электромагнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения 4, наводит в трубе вихревые токи, которые в дефектной зоне перераспределяются, обтекая дефект, как зону с бесконечно большим сопротивлением (в сравнении с металлом). Сигналы, наведенные в измерительных обмотках электромагнитным полем перераспределенных вихревых токов, передаются к статору для обработки в измерительной схеме. При этом длинный дефект в проходных обмотках 8 наводит сигнал, близкий к нулю, так как вдоль оси сканирования величина поля почти не изменяется. В то же время, в направлении вращения поле длинного дефекта изменяется достаточно сильно (имеет большой градиент), и поэтому в накладных вращающихся преобразователях наведутся сигналы достаточной для дальнейшей обработки величины. Ферритовые сердечники существенно повышают чувствительность. Этому же способствует их расположение внутри катушки возбуждения вблизи токовых витков, а также горизонтальное положение сердечников (вдоль длины дефекта). Расстояние d между элементами дифференциальных пар 7-1; 7-2; 7-3; 7-4 выбирают малой величины (d=1,8-2,2 мм), что способствует повышению соотношения сигнал/шум, так как именно в таких областях сосредоточено поле дефекта. Сигналы от структурного шума металла трубы за счет дифференцирования измерительной парой обмоток 7 резко уменьшаются, поскольку кривые изменения свойств шума являются более плавными (с меньшим градиентом). Короткие дефекты при достаточно больших скоростях V (требуется для повышения производительности контроля) могут быть пропущены накладными преобразователями. В этих случаях дефекты будут выявлены обмотками 5 проходного типа. Сочетание преобразователей обоих типов обеспечивает высокую достоверность контроля. Конструкция описанного вихретокового преобразователя испытана в производственных условиях.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 263968, кл. G 01 N 27/86, 1968.

2. Авторское свидетельство №714266, кл. G 01 N 27/86, 1978.

Формула изобретения

Вихретоковый проходной преобразователь для контроля продольно-протяжных изделий, содержащий неподвижные возбуждающую и две дифференциально включенные измерительные катушки индуктивности и диэлектрическую втулку, установленную коаксиально катушкам индуктивности с возможностью вращения с помощью электродвигателя вокруг своей оси, отличающийся тем, что преобразователь дополнительно снабжен размещенными на втулке m парами дифференциально включенных измерительных обмоток, (m-2) из которых накладного типа намотаны на продольные ферритовые сердечники и размещены в парах сдвоенных продольных пазов с расстоянием d между пазами, где d - диаметр ферритового сердечника, и угловым смещением 360°/(m-2) между сдвоенными парами, а две другие дифференциальные пары измерительных обмоток проходного типа размещены в круговых пазах коаксиально с пазами обмоток неподвижной катушки, при этом (m-2) пар накладных обмоток соединены между собой параллельно и подключены к одной из пар проходных обмоток, а вторая пара проходных обмоток подключена непосредственно к резисторной нагрузке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3