Способ контроля характеристики преобразования феррозонда
METHOD TO CONTROL THE FERROPROBE CONVERSION CHARACTERISTIC

Область применения
Способ предназначен для производственного контроля характеристики преобразования феррозондом магнитного поля (МП) Земли при напряженности МП много меньше напряженности МП насыщения сердечника феррозонда [1]. В качестве информационного параметра рассматривается амплитуда напряжения второй гармоники в ЭДС (электродвижущая сила) сигнальной обмотки феррозонда.
Уровень техники
Известен способ контроля характеристики феррозонда [2], который заключается в соосной установке двух магнитов на расстоянии 40 см, между которыми соосно устанавливают феррозонд. Щуп эталонного магнитометра устанавливают в непосредственно близости к контролируемому феррозонду. Контролируют показания эталонного магнитометра и перемещают магниты до получения нулевого значения индукции по показаниям эталонного магнитометра. Подают электропитание на обмотку возбуждения контролируемого феррозонда. Перемещают один магнит ближе к контролируемому феррозонду до показания эталонного магнитометра равного 70 мкТл. Вольтметром контролируют среднее значение ЭДС феррозонда сигнальной обмотки. Сравнивают измеренное значение с заданным по документации значением 200 мВ, которое должно быть не менее. Измеряют частоту сигнала сигнальной обмотки. Сравнивают измеренное значение с заданным по документации значением. Возвращают первый магнит в исходное положение - нулевое значение индукции по показаниям эталонного магнитометра. Повторяют описанную процедуру с перемещением второго магнита.
Способ позволяет контролировать наличие функционирования феррозонда. Недостатком способа является низкая информативность, которая заключается в отсутствии данных о значении крутизны характеристики преобразования МП в электрический сигнал, в отсутствии данных о смещении нуля феррозонда.
Наиболее близкой по технической сущности является часть способа определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях [3], которая для нормальных климатических условий с температурой 20°C (НКУ) и выбрана в качестве прототипа. Способ включает подключение источника возбуждения к обмотке возбуждения феррозонда, подключение измерительного устройства к сигнальной обмотке феррозонда, размещение феррозонда в магнитном экране, подключение источника постоянного тока к сигнальной обмотке, установку ряда величин постоянного тока в сигнальной обмотке феррозонда и измерение ряда напряжений второй гармоники в выходном сигнале феррозонда измерительным устройством.
Недостатком способа является низкая информативность, которая заключается в отсутствии информации о пригодности феррозонда к эксплуатации.
Цель изобретения
j
1
2
3
1
3
3
3
2
2
1
1
3
Целью изобретения является повышение информативности. Поставленная цель достигается за счет того, что ряд величин постоянного тока i ограничивают тремя значениями i∈(i, i = 0, i) с j = 1, 2, 3, значение тока i устанавливают близким к предельному значению рабочего диапазона феррозонда, контролируя напряжение U(i) второй гармоники в выходном сигнале феррозонда, устанавливают значение тока i такой величины, при котором напряжение U(i) измерительного устройства равно нулю, сравнивают значение U(i) с первым производственным допуском, вычисляют крутизну характеристики преобразования феррозонда по формуле S=U/(i - i), сравнивают значение |S| со вторым производственным допуском, при соответствии результатов сравнения производственным допускам феррозонд передают в эксплуатацию.
Сущность изобретения
Способ предполагает на производственном рабочем месте контроля параметров феррозонда использование, измерительного устройства, например селективного вольтметра или синхронного детектора (устройства выборки и хранения) для измерения амплитуды U напряжения второй гармоники в ЭДС феррозонда, высокостабильного генератора возбуждения феррозонда и источника тестового постоянного тока i. Заметим, что селективный вольтметр не отображает фазовое соотношение между сигналом U второй гармоники в ЭДС феррозонда и сигналом генератора возбуждения феррозонда.
j
j
j
1
2
3
1
мах
мах
2
2
Феррозонд размещают в ферромагнитный экран. В сердечнике феррозонда создают напряженность поля возбуждения. Измеряют три значения U(i), где j = 1, 2, 3 напряжения второй гармоники в ЭДС феррозонда при значениях тестового постоянного тока i∈(i, i = 0, i). Запоминают значения этих напряжений. Величину постоянного тока i в обмотке феррозонда (например, в сигнальной) устанавливают близкой к предельному значению тока I компенсации МП магнитометра, организованного для функционирования по методу компенсации МП в сердечнике феррозонда [1], что соответствует максимальному значению измеряемого параметра МП магнитометром, укомплектованного контролируемым феррозондом. Иначе значение I есть величина нормированная и известная для идеальных феррозондов и электронной части магнитометра - совокупности конкретных типов изделий, которая и определяет предельное значение рабочего диапазона идеального феррозонда. Величина измеренного напряжения U(i) определяется, в частности, технологическими ограничениями при изготовлении феррозонда. Ограниченность технологических возможностей при изготовлении феррозонда приводит к асимметрии феррозонда и имеет статус - «смещение нуля».
3
3
3
3
s
Далее, контролируя величину амплитуды напряжения U(i) второй гармоники выходной ЭДС феррозонда, изменяют тестовый постоянный ток i в обмотке феррозонда до i=i, при котором значение амплитуды напряжения второй гармоники в выходной ЭДС феррозонда U(i) = 0. Запоминают значение i. Заметим, что зависимость U(i) имеет нелинейность, величина которой определяется соотношением напряженности H(i) и напряженности H насыщения материала сердечника феррозонда.
1
2
1
2
1
к
2
к
1
3
2
2
1
3
1
3
1
1
3
3
2
2
2
2
доп
доп
доп
1
2
1
2
Варианты характеристик U(Ф,i) и U(Ф,i) для двух феррозондов Ф и Ф с разнофазным «смещением нуля», определяемых с использованием селективного вольтметра и отображаемые сплошными линиями, приведены на фиг. 1, где также пунктирными линиями отображены характеристики U(Ф,i)* и U(Ф,i)* феррозондов Ф1 и Ф2 с учетом фазы напряжения U(i) - измерение напряжений с использованием синхронного детектора (устройства выборки и хранения). Соответственно результаты измерения селективным вольтметром - положительные значения. Характеристики на фиг. 1 изображены без учета нелинейности. При измерениях U(i) селективным вольтметром соотношение знаков токов i и i определяется знаком фазы напряжения U «смещения нуля». Например, для феррозонда Ф на фиг. 1 знаки токов i и i одинаковы, а для феррозонда Ф - различны. Таким образом, знак тока i в этом случае определяет знак (фазу) «смещения нуля» феррозонда. Крутизну S характеристики преобразования МП феррозондом вычисляют по формуле S=U/(i - i) с учетом знака ток i. Значение U(i) сравнивают с первым производственным допуском по «смещению нуля»: |U(i)| ≤ U, где U - положительное значение границы допустимого симметричного отклонения ±U по документации феррозонда. Вычисленное значение S сравнивают со вторым производственным допуском по крутизне характеристики преобразования МП феррозондом: S≤|S|≤S, где S, S - границы допустимых отклонений по документации феррозонда. При соответствии результатов сравнения производственным допускам, феррозонд передают в эксплуатацию.
s
Физические основы нелинейности зависимости U(i) аналогичны известным причинам, приводящим к нелинейности при измерении параметра МП магнитометром по методу прямого преобразования (непосредственное измерение амплитуды U(i) феррозонда). При H(i)/H ≤ 0,1 величина нелинейности при расчете с использованием arctg аппроксимации петли гистерезиса материала сердечника феррозонда составляет величину ≤3%. Это отличие от линейности не препятствует разбраковке феррозондов с допуском ΔS = ±15…30% и более при их изготовлении. Отличие S от феррозонда к феррозонду при их изготовлении в пределах допуска ΔS устраняется на этапе регулировки магнитометра, например, с использованием прецизионных методов контроля [4]. При необходимости рассмотренная нелинейность характеристики феррозонда при их разбраковке может быть учтена как систематическая погрешность.
Технический результат
Применение способа в производственных условиях за счет введения дополнительных операций относительно операций в НКУ прототипа [3] обеспечивает осуществление разбраковки феррозондов. Возможна автоматизация процесса разбраковки феррозондов как в НКУ, так и при температурном воздействии. При этом не исключается возможность совместно-комбинационного использования настоящего и известного способа [3]. Кроме того, для широко распространенных не эксклюзивных феррозондов настоящий способ в НКУ также обеспечивает достаточное определение характеристики U(i) феррозонда по двум точкам (фиг. 1), расширяя при этом функциональные возможности в НКУ.
Источники информации
1. Афанасьев Ю. Феррозонды. Л.: Энергоатомиздат, 1969 г.
2. ДАТЧИК ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДФ-002 Инструкция по контролю параметров ИНАЯ.411511.002 И22. 2018 г.
3. Способ определения характеристики феррозонда при температурных испытаниях. Патент RU 2687170. МПК G01R 35/00, 2019 г.
4. Магнитометр аналоговый МА-5 Технические условия КМИВ.411172.004 ТУ, г. Раменское, 2000 г.