ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ
ELECTROMAGNETIC CONVERTER FOR CONTROL OF FERROMAGNETIC OBJECTS

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля (НК) деталей и узлов из ферромагнитных марок сталей.
Известен вихретоковый преобразователь, содержащий возбуждающую катушку индуктивности, охватывающую две встречно включенные измерительные катушки индуктивности [1]. Недостатком такого преобразователя является слабая чувствительность к подповерхностным дефектам, так как в этом случае на глубину проникновения в проводящую среду электромагнитного поля преобразователя сильно влияет помимо скин-эффекта также геометрический фактор (ослабление поля преобразователя с ростом расстояния от его торца).
Известен также электромагнитный преобразователь, содержащий две возбуждающие обмотки и две обмотки измерительные, размещенные на двух П-образных ферромагнитных сердечниках [2]. Недостатком этого преобразователя является его весьма ограниченная информативность, так как он оценивает свойства только анизотропных объектов (должно быть различие в свойствах по двум взаимно перпендикулярным направлениям).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вихретоковый преобразователь, содержащий две последовательно-встречно включенные возбуждающие катушки индуктивности и две размещенные между ними последовательно-встречно включенные измерительные катушки индуктивности, оси возбуждающих и измерительных катушек лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, а оси всех катушек параллельны друг другу [3].
Недостатком такого перобразователя является весьма низкая чувствительность к дефектам больших площадей с плавными переходными зонами.
Целью предлагаемого изобретения является расширение информативности контроля за счет выявления протяженных коррозионных повреждений стенок ферромагнитных объектов (листов, труб, резервуаров, трубопроводов и др.) как на наружной, так и внутренней части стенки.
Эта цель достигается за счет того, что размер стороны полюса сердечника выполняется равным двум значениям максимальной толщины из диапазона толщин контролируемых объектов, расстояние между полюсами - равным шести сторонам полюса; измерительные катушки индуктивности располагаются в средине межполюсного расстояния одна над другой на заданном расстоянии вдоль вертикальной оси П-образного сердечника, при этом на одном из его полюсов размещаются по обе стороны возбуждающей катушки дополнительные две включенные встречно измерительные катушки индуктивности, а вся конструкция помещается в прямоугольный ферромагнитный экран.
На фиг.1 представлена конструкция электромагнитного преобразователя.
На фиг.2 - схема включения обмоток катушек индуктивностей преобразователя.
Электромагнитный преобразователь состоит из прямоугольного ферромагнитного экрана 1, П-образного ферромагнитного сердечника 2 с размером стороны полюса а, размером межполюсного расстояния b, двух помещенных на полюсах возбуждающих катушек индуктивности 4 и 8; двух размещенных на одном из полюсов измерительных катушек индуктивности 3 и 5 с расстоянием между ними d, двух располагаемых между полюсами измерительных катушек индуктивности 6 и 7 с расстоянием между ними с; контролируемого ферромагнитного объекта 9 (в данном случае листовой формы) с размером толщины Т.
Возбуждающие обмотки 10 и 11 включены последовательно согласно, а измерительные 12 и 13; 14 и 15 - встречно (фиг.2).
х
Конструктивные размеры преобразователя выполнены с учетом следующих соотношений a=2Т; b=6a. Благодаря этому электромагнитное поле преобразователя в зоне расположения измерительных катушек 6 и 7 содержит только продольную составляющую напряженности поля Н, величина которой снижается по толщине листа Т в основном только за счет скин-эффекта (влияние геометрического фактора в значительной мере подавлено). Влияние скин-эффекта ослабляют за счет выбора электромагнитного поля низкой частоты (f=10÷200 Гц).
z
х
у
z
Электромагнитное поле в зоне расположения измерительных обмоток 3 и 5 (зона полюсов) содержит все три составляющие напряженности H, Н, Н, причем основнйм вклад вносит вертикальная составляющая H. Ее величина по направлению z в значительной мере зависит от размера полюса а и расстояния h, и поэтому в этой зоне поле в контролируемый объект проникает на небольшую глубину.
Электромагнитный преобразователь работает следующим образом.
С помощью возбуждающих катушек индуктивности 4 и 8 в контролируемом объекте 9 возбуждается низкочастотное электромагнитное поле, которое распределяется по глубине Т контролируемого объекта 9 в разных его зонах по-разному. В середине межполюсного расстояния в зоне расположения измерительных катушек 6 и 7 поле проникает на всю толщину, ослабляясь только за счет скин-эффекта; в зоне полюсов П-образного сердечника, где размещаются измерительные обмотки 3 и 5, электромагнитное поле проникает в основном в поверхностные и подповерхностные слои объекта контроля. С помощью верхних обмоток 12 и 14 измерительных катушек 3, 6 добиваются компенсации величины первичного поля, осуществляя пространственную балансировку измерительных обмоток 12, 13 и 14, 15 за счет выбора числа витков и расстояний c и d между обмотками. Сигналы измерительных обмоток 15 будут нести информацию о свойстве объекта по всей его толщине Т, а обмоток 13 только с поверхностных и подповерхностных слоев. Это позволяет разделять обнаруженные коррозионные повреждения на поверхностные и внутренние, а также использовать сигналы обмоток 13 для выравнивания чувствительности обмоток 15 к внутренним и поверхностным дефектам за счет автоматической регулировки усиления.
Источники информации
[1] Авторское свидетельство СССР №249019, кл. G01 N 27/86, 1968.
[2] Неразрушающий контроль. Справочник в 7 томах под редакцией чл.-кор. РАН В.В.Клюева; Том 6, книга 1, с.340.
[3] Патент США №3211112, кл. G01R 33/12, 1964 (прототип).