ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ МАГНИТНОГО ПОРОШКА В СУСПЕНЗИИ ДЛЯ МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к области неразрушающих методов дефектоскопии, повышающая надежность и качество магнитопорошкового контроля, сущность которого основана на притяжении частиц магнитного порошка силами неоднородных магнитных полей, возникающих над дефектами на поверхности намагниченных деталей, изготовленных из ферромагнитных материалов. При нанесении магнитной суспензии в этих зонах образуются индикаторные рисунки в виде скоплений частиц порошка. Четкость индикаторных рисунков существенно зависит от концентрации порошка в суспензии,
При завышенной концентрации порошка происходит образование мешающего фона вследствие интенсивного его оседания на проверяемую поверхность детали, что ведет к пропуску дефектов. Низкая концентрация порошка ведет также к невыявлению дефектов. Кроме этого, концентрацию порошка устанавливают в соответствии методикой контроля конкретного объекта. Оптимальная концентрация порошка лежит в пределах от 1 грамма на литр (г/л) до 50 г/л. Поэтому на участках магнитопорошковой дефектоскопии необходима проверка концентрации магнитного порошка в суспензии, которая в течение рабочего дня может значительно изменяется из-за недостаточного размешивания, уноса порошка проверенными деталями и по другим причинам.
Известны способы определения порошка путем отстоя. Так, в 1963 г.был предложен прибор для определения концентрации порошка в суспензии путем отстоя пробы суспензии в мерных пробирках (цилиндрах) и применен в авиационных ремонтных заводах (см. Приложение 1).
В настоящее время применяют специальную колбу (см. Приложение 2) в которую заливают пробу суспензии, после отстоя измеряют высоту столба осевшего порошка и вычисляют его концентрацию в суспензии. Такие приборы имеют следующие существенные недостатки: 1. Длительное время отстаивания, например, в масляной суспензии оседание порошка происходит в течение нескольких часов. Это не позволяет оперативно вносить коррективы для обеспечения требуемой концентрации порошка в суспензии. 2. Высота отстоя определяется не только порошком, но и загрязнениями, что связано с увеличением погрешности измерений. Поэтому прибор для определения концентрации порошка (приложение 1) в авиационных ремонтных заводах был снят с применения. Рекламируемая колба имеет такие же недостатки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является «Анализатор концентрации суспензии типа АКС-1с» (см. Приложение 3), в котором датчиком является катушка с двумя обмотками. При введении в катушку пробирки с пробой суспензии изменяется коэффициент взаимоиндукции обмоток. Анализатор имеет следующие недостатки: 1. Необходимость построения экспериментального графика перевода показаний амперметра в единицы измерения концентрации порошка в суспензии г/л. 2. Не учитывается изменение диэлектрической проницаемости дисперсионной среды (особенно водных суспензий). 3. Относительно большая масса 8 кг. Эти недостатки вызывают снижение эффективности применения такого прибора.
Предлагается «Измеритель концентрации магнитного порошка в суспензии для магнитопорошковой дефектоскопии» (далее «Измеритель»), не имеющий указанных недостатков.
Датчик «Измерителя» основан на использовании контура LC, в котором в качестве измеряемого параметра использована резонансная частота, изменяющиеся при внесении в соленоид пробирки с дисперсионной средой или с пробой суспензии. Определяются резонансные частоты, соответствующие дисперсионной среде и суспензии, с которыми в микроконтроллере выполняются вычисления, позволяющие выделить изменение резонансной частоты только от действия магнитного порошка. Результаты вычислений в микроконтроллере и после калибровки передаются на дисплей, на котором отображается концентрация порошка в граммах на литр (г/л).
Для осуществления такого принципа действия в «Измерителе» предусмотрены последовательно соединенные блоки: генератор LC, частотомер, микроконтроллер, жидкокристаллический дисплей, работающие по разработанной программе.
Целью предложенной полезной модели является повышение качества магнитопорошкового контроля за счет измерения и поддержания заданной концентрации порошка в суспензии в процессе непрерывного технологического процесса магнитопорошкового контроля.
Фиг.1. Схема измерителя концентрации магнитного порошка в суспензии для магнитопорошкового контроля. На схеме обозначено:
1 - блок питания, 2 - генератор, 3 - соленоид (индуктивностью L), 4 - конденсатор С, 5 - частотомер, 6 - микроконтроллер, 7 - жидкокристаллический (ЖК) дисплей, 8 - кнопка установки «0», 9 - кнопка «Калибровка», 10 - пробирка, 11 - суспензия, 12 - верхний уровень налитой суспензии, D - диаметр соленоида, h - высота столба суспензии в пробирке.
Фиг.2. Опытный образец измерителя концентрации магнитного порошка в суспензии для магнитопорошкового контроля. На фигуре 2 обозначено: 1 - соленоид; 2 - кнопка установки «0»; 3 - кнопка «Калибровка; 4 - дисплей.
Обозначения, принятые при описании работы предлагаемой полезной модели:
ж
F - частота генератора при нахождении в соленоиде пробирки с дисперсионной средой (без порошка).
п30
F - частота генератора, определяемая порошком концентрацией 30 г/л (30 г/л принято для примера).
c30
ж
п30
F=(F-ΔF) - частота генератора при нахождении в соленоиде пробирки с суспензией концентрацией порошка 30 г/л.
си
ж
пи
F=(F-ΔF) - частота генератора при нахождении в соленоиде пробирки с суспензией, концентрацию порошка в которой нужно определить.
п30
ΔF - изменение частоты генератора от порошка в суспензии концентрацией 30 г/л.
cи
F - частота генератора от порошка в исследуемой суспензии, концентрацию порошка в которой нужно определить.
пи
ΔF - изменение частоты генератора от порошка в суспензии, концентрацию которого нужно определить.
K - коэффициент перевода частоты в г/л, определяемый микроконтроллером.
P - концентрация порошка в суспензии в г/л.
Исследуемая суспензия - это суспензия, в которой нужно определить концентрацию магнитного порошка.
Описание полезной модели.
Предлагаемый измеритель концентрации порошка в суспензии для магнитопорошкового контроля содержит (фиг.1):
- блок питания 1;
- генератор 2;
- LC контур 3, 4;
- частотомер 5;
- микроконтроллер 6;
- жидкокристаллический (ЖК) дисплей 7;
- кнопку установки «0» 8;
- кнопку «Калибровка» 9;
- пробирку 10 с налитой в нее суспензией 11 до уровня 12.
Устройство полезной модели
От блока питания 1 осуществляется питание генератора 2, частотомера 5, микроконтроллера 6, жидкокристаллического дисплея 7. Генератор 2 соединен с частотомером 5. Сигналы измеренной частоты от частотомера 5 поступают на микроконтроллер 6, который соединен с жидкокристаллическим дисплеем 7 и с кнопками установки «0» 8 и «Калибровка» 9. Пробирка 10 с исследуемой суспензией 11 устанавливается в соленоиде 3 так, что дно пробирки находится на расстоянии не менее D от нижнего края соленоида, а верхний уровень 12 суспензии должен находиться от верхнего края соленоида также на расстоянии не менее D. Такое расположение пробы суспензии в соленоиде обеспечивает стабильность показаний при оседании порошка в пробирке в процессе измерения. Уменьшение высоты h столба суспензии в пробирке менее 5D не желательно из-за уменьшения отношения сигнал/шум.
Для исследования дисперсионной среды и определения концентрации порошка в суспензии экспериментально были подобраны и использованы пробирки с внутренним диаметром 21 мм высотой 170 мм. Высота столба суспензии в пробирке составляла 105 мм.
Разработан и изготовлен действующий образец «Измерителя» (фиг.2), его испытания показали линейную зависимость изменения частоты генератора от концентрации порошка в суспензии.
В суспензиях с органическими жидкостями (керосин, масло, их смеси) диэлектрическая проницаемость практически не изменяется при введении в суспензию поверхностно-активных веществ и других добавок. В водных суспензиях в качестве дисперсионной среды применяется вода, при введении в которую различных добавок: антикоррозионных, стабилизирующих, поверхностно-активных веществ, антивспенивателей и других веществ происходит значительное изменение диэлектрической проницаемости, что вызывает возникновение значительной погрешности измерения. Нами экспериментально установлено, что такая погрешность полностью исключается, если установку «0» выполнять при нахождении в соленоиде пробирки с дисперсионной средой (без порошка) исследующей суспензии.
Работа предложенной полезной модели
Работа предложенной полезной модели заключается в следующем.
ж
c30
При калибровке после включения питания измерителя в соленоид вставляли пробирку 10 с дисперсионной средой (без порошка). После нажатия кнопки 8 (установка «0») частота F генератора 2, измеренная частотомером 5, передается в микроконтроллер 6 и вводится в его память. Затем вместо пробирки с дисперсионной средой вставляли пробирку с суспензией известной концентрации (для примера примем концентрацию порошка в суспензии 30 г/л). При нажатии кнопки «Калибровка» измеренная частота F генератора 2 передается на микроконтроллер 5, в котором выполняются следующие арифметические операции
ж
c30
ж
ж
п30
п30
F-F=F-(F-ΔF)=ΔF;
c30
ж
п30
где F=(F-ΔF);
п30
ΔF/30=K - коэффициент, показывающий изменение частоты на 1 г/л, сохраняется в памяти микроконтроллера 6.
Вычислением коэффициента K заканчивается процесс калибровки.
При измерении также в соленоид 3 вставляется пробирка 10 с дисперсионной средой (без порошка) и нажимается кнопка «Установка «0».
ж
После нажатия кнопки 8 (установка «0») частота F генератора 2, измеренная частотомером 5, передается в микроконтроллер 6 и вводится в его память.
Затем вместо пробирки с дисперсионной средой вставляется пробирка 10 с суспензией 11, концентрацию Р г/л порошка в которой нужно определить, При этом в блоках измерителя происходят следующие процессы.
ж
си
ж
ж
пи
пи
F-F=F-(F-ΔF)=ΔF
си
ж
пи
где F=(F-ΔF);
пи
пи
Полученное изменение частоты генератора ΔF делится на коэффициент K, находящийся в памяти микроконтроллера: ΔF/K=P г/л
Полученный результат передается на жидкокристаллический дисплей 7 на котором отображается определенная концентрация порошка P г/л.
Если используется один тип порошка, то коэффициент K вводится в длительную память и проведение калибровки проводится только один раз на применяемый тип порошка.
Выполненный опытный образец (фиг.2) предлагаемой полезной модели имеет следующие характеристики:
- Питание от двух батарей типа AA или от сети напряжением 220 B, 50 Гц.
Степень заряда батарей отображается на дисплее 7.
- Диапазон измерения концентрации порошка
1-50 г/л
- Единицы измерения
г/л
- Показания прибора отображается
на дисплее
- Зависимость показаний прибора от концентрации порошка в суспензии линейная.
- В течение не менее 1 минуты показания прибора не изменяются.
- Дисперсионная среда:
вода, керосин или смесь керосина с маслом, или другого типа
- Тип порошка
любой порошок для магнитопорошкового контроля.
- Погрешность измерения концентрации порошка от конечного значения шкалы не более 5%. Погрешность от измеряемой величины концентрации не более 10%.
- Температурные условия работы от
от +5 до +50°C
- Время непрерывной работы
не менее 8 час.
- Потребляемая мощность
не более 5 Вт
- Геометрические размеры
12×14×8 см, с учетом размеров катушки 12×14×17 см.
- Масса
0,34 кг.
Планируется серийный выпуск разработанной полезной модели под названием типа ИКС-1.
Таким образом, приведенная и обоснованная совокупность признаков предлагаемой полезной модели является необходимой и достаточной для получения положительного эффекта повышения качества магнитопорошкового контроля.