ВНУТРЕННИЙ ПРОХОДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на трубопроводах нефти и газа, на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых и атомных энергоустановках.
Известны и подробно описаны [1] различные типы вихретоковых преобразователей: накладные, проходные наружные и проходные внутренние вихретоковые преобразователи. При этом накладные преобразователи могут выполняться с ферромагнитными сердечниками (что придает преобразователям дополнительные полезные свойства) или без оных. Однако, внутренние проходные преобразователи, рассмотренные в [1], не содержат ферромагнитного сердечника, что уменьшает абсолютную величину сигнала.
Конструктивное оформление внутренних проходных преобразователей зависит от размеров объекта контроля и принятой системы обработки сигнала, но функциональное построение принципиально одинаково. За наиболее близкое к предлагаемому решение была принята конструкция внутреннего проходного преобразователя компании General Electric [2. Проспект компании General Electric. Датчики для инспекции теплообменных труб. 2010] для контроля теплообменных труб. Преобразователь состоит из внешнего защитного кожуха, выполненного из слабопроводящего немагнитного материала, внутри которого расположен каркас из прочного изоляционного материала, на котором намотаны системы возбуждающих и измерительных катушек.
Недостаток такой традиционной конструкции в том, что для небольших изменений параметров объекта величина сигнала может оказаться недостаточной для регистрации. Кроме того, такая конструкция имеет мало возможностей для формирования конфигурации возбуждающего поля, благоприятной для решения конкретной задачи контроля.
В
о
о
о
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение чувствительности вихретокового преобразователя и возможность формирования электромагнитного поля необходимой топологии. Технический эффект, состоящий в увеличении магнитного потока, достигается тем, что в известном внутреннем проходном вихретоковом преобразователе, состоящем из защитного кожуха, выполненного из слабо про водящего немагнитного металла, внутри которого расположен каркас из прочного изоляционного материала, в котором имеются пазы для намотки возбуждающей и измерительной катушек и отверстие по оси каркаса, согласно полезной модели, в отверстие по оси каркаса помещают ферритовый сердечник, а ширину паза для намотки возбуждающей катушки выбирают из соотношения ·ℓ≈0,1R÷0,2R, где R - радиус объекта контроля.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана схематическая конструкция вихретокового преобразователя. На фиг. 2 показаны зависимости относительного значения напряжения измерительной катушки при перемещении внутреннего проходного преобразователя без сердечника и с сердечником относительно дефекта на внутренней поверхности проводящей цилиндрической полости.
C
В
о
о
В
и
rc
c
с
в
с
c
rc
с
в
с
Внутри кожуха 1 (фиг. 1) из слабопроводящего немагнитного металла расположен каркас 2 из прочного изоляционного материала, имеющий несколько пазов для намотки катушек и цилиндрическое отверстие радиусом R вдоль оси. В одном из пазов шириной L≈0,1R (R - внутренний радиус полости объекта, куда вводят преобразователь) намотана возбуждающая катушка 3 со средним радиусом R. На некотором расстоянии ℓ от возбуждающей катушки в другом пазу намотана измерительная катушка 4 (ИК). В отверстие каркаса помещается сердечник 5 из феррита с относительной магнитной проницаемостью μ>>1 и длиной L. Радиус отверстия (и сердечника) выбирается таким, чтобы коэффициент заполнения возбуждающей катушки сердечником  (R - радиус цилиндрического сердечника, R - средний радиус возбуждающей катушки) был максимально возможным по конструктивным соображениям η≈0,65÷0,75. Наличие сердечника приводит к увеличению в предельном случае в ημ раз (при L>>L) магнитного потока возбуждающей катушки, а следовательно к такому же увеличению вихревых токов и сигнала. Длину сердечника ℓ выбирают в зависимости от желательного пространственного распределения электромагнитного поля.
c
Для количественной оценки возможностей предлагаемого преобразователя было проведено его моделирование в программной среде COMSOL Μultiphysics. Модель представляет собой сердечник длиной L=30 мм (радиусом 19 мм), с магнитной проницаемостью . В средней части сердечника была намотана возбуждающая катушка длиной 4 мм и толщиной 2 мм Измерительная катушка с числом витков 250 и сечением 2×2 мм находится на расстоянии 10 мм. от возбуждающей и намотана на сердечник. Преобразователь перемещается внутри металлической полости радиусом 21.5 мм, в которой имеется кольцевая канавка сечением 2×2 мм, имитирующая дефект. Частота тока возбуждения f=2 кГц, электропроводимость металла 6 МСм. Фиксируется напряжение  измерительной катушки преобразователя без сердечника и без объекта контроля (вне полости)  и при помещении преобразователя в полость ОК на бездефектном участке  и при его перемещении относительно дефекта . На комплексной плоскости строится зависимость , т.е. относительное приращение напряжение измерительной катушки от дефекта для преобразователя без сердечника при различных расстояниях l между измерительной катушкой и дефектом (фиг. 2). Строится также аналогичная зависимость для преобразователя с сердечником  (фиг. 2; здесь  - напряжение ИК для преобразователя с сердечником на бездефектном участке,  - на дефектном). Оба годографа на фиг. 2 имеют аналогичную форму, т.е. напряжение от дефекта возрастает при приближении дефекта к ИК, достигает максимума, когда дефект находится над ИК и снова убывает. Если учесть различный масштаб кривых, то введение сердечника увеличивает сигнал от дефекта ~ в 20 раз.
Источники информации.
1. Неразрушающий контроль под редакцией В.В. Сухорукова. Книга З.М., “Высшая школа”, 1992.
2. Проспект компании General Electric. Датчики для инспекции теплообменных труб. 2010.