ВИХРЕТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована в различных отраслях промышленности для контроля качества электропроводящих изделий по величине удельной электрической проводимости их материалов.
Известен ряд вихретоковых устройств для контроля удельной электрической проводимости в комплекте с накладными и экранными преобразователями (Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / под редакцией В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - С 269-272). Как правило, все преобразователи накладного и экранного типов используют для излучения исходного сигнала и приема сигнала от объекта контроля катушки одинакового или близкого диаметров. Иногда для излучения и приема используется одна и та же катушка, кроме того встречаются преобразователи, в которых приемная катушка меньшего диаметра по сравнению с излучающей. Все эти устройства предназначены для работы только при небольших величинах рабочего зазора, как правило, не более 2 мм. Между тем, в практике неразрушающего контроля нередко бывают случаи, когда необходимо контролировать структуру материала через неэлектропроводящее покрытие, например слой теплоизоляции, величина рабочего зазора при этом значительно больше. Но при сравнительно больших величинах рабочих зазоров, например, более 5 мм, максимальная величина вторичного электромагнитного поля проявляется на контуре большего диаметра по сравнению с излучателем. Известно, что задача приемной катушки - преобразовывать в ЭДС вторичное электромагнитное поле, что неэффективно реализовывается катушками данных устройств при больших величинах рабочих зазоров.
Наиболее близким устройством по совокупности признаков и принятым за прототип является «Устройство для вихретокового контроля» (Авторское свидетельство СССР №1310709, кл. G01N 27/90, 1987), включающее последовательно соединенные автогенератор, вихретоковый преобразователь и фазовый детектор, а также индикатор.
Однако и оно предназначено для работы только при небольших зазорах.
Технической задачей данной полезной модели является создание устройства для контроля структуры электропроводящих материалов по величине электропроводности, предназначенного для работы при больших величинах рабочих зазоров.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для измерения удельной электрической проводимости, содержащем последовательно соединенные автогенератор и вихретоковый преобразователь, фазовый детектор, вход опорного напряжения которого соединен с автогенератором и индикатор, диаметр приемной катушки вихретокового преобразователя всегда превышает диаметр катушки излучателя и определяется либо экспериментальным путем по максимуму принимаемого сигнала, либо в результате теоретического исследования на абсолютную величину максимума по параметру (ρ) следующей формулы:
,
где: J1(x) - функция Бесселя 1-го порядка от «х»;
λ - переменная интегрирования, физический смысл которой - пространственная частота, т.к. интегрирование до «∞» невозможно, на практике можно ограничиться значением:
;
R - радиус, в строгом математическом выражении радиуса витка, в практическом применении средний радиус катушки возбуждения;
ρ - расстояние от оси датчика;
z - расстояние вдоль оси "Z" приемной катушки, высота над объектом контроля, зазор, этой величиной следует задаться;
h - высота катушки излучения над объектом контроля;
2
·σ
а k=-j·ω·µ·µ 0, ,
q - волновое число;
k - обобщенный параметр;
j - мнимая единица;
ω - циклическая частота;
µ - относительная магнитная проницаемость;
0
-7
µ - магнитная проницаемость вакуума 4π·10Гн/м;
σ - электропроводность.
Если известна толщина объекта контроля, то можно произвести расчет точнее по более сложной формуле:
,
где d - толщина объекта контроля.
Отличительными признаками предложенного устройства является выбор соотношения между диаметрами излучающей и приемной катушек, он рассчитывается по специальной предложенной методике.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 показана структурная схема устройства.
На фиг.2 - контур вихревых токов, возбуждаемых витком, расположенным над полупространством.
На фиг.3 - в дополнение к контуру вихревых токов представлена конфигурация электромагнитного поля, инициированного этими вихревыми токами.
Вихретоковое устройство для измерения удельной электрической проводимости содержит автогенератор (1), вырабатывающий синусоидальный ток для питания вихретокового преобразователя; вихретоковый преобразователь (2), преобразующий электрический ток в электромагнитное поле и принимающий вторичное электромагнитное поле, создаваемое объектом контроля; фазовый детектор (3), выделяющий необходимую информацию, и индикатор (4), преобразующий информацию к виду, удобному для потребителя.
Работа вихретокового устройства осуществляется следующим образом.
Автогенератор (1) вырабатывает электрический ток синусоидальной формы, поступающий на возбуждающую катушку вихретокового преобразователя (2). Приемная катушка преобразователя принимает суммарное поле, которое складывается из электромагнитного поля, создаваемого катушкой возбуждения и вторичного поля создаваемого вихревыми токами. С приемной катушки сигнал подается на фазовый детектор (3), а затем на индикатор (4). Особенностью предлагаемого устройства является конструкция и взаимное расположение возбуждающей и приемной катушек в вихретоковом преобразователе. Это вызвано особенностью топографии вторичного электромагнитного поля при больших величинах рабочих зазоров. На чертеже, приведенном на рисунке 2 видно, что контур вихревых токов значительно расширен в радиальном направлении относительно радиуса витка. Еще яснее виден эффект расширения на рисунке 3, отображающем топографию вторичного электромагнитного поля. Контур максимальных значений расширен более чем в 3 раза относительно радиуса витка. Для наглядности здесь взят экстремальный случай, величина расстояния между преобразователем и объектом возбуждения (зазора) 20 мм. В практике неразрушающего контроля такие ситуации тоже не исключаются, когда невозможно контролировать при меньших величинах рабочего зазора, однако, как правило, дистанция между излучателем и объектом контроля значительно меньше. Но, как показывают расчеты, уже при зазоре 5 мм заметен эффект расширения вторичного поля. Отсюда следует совершенно очевидный вывод: при больших величинах рабочего зазора приемную катушку следует выполнять большего диаметра относительно излучающей.