Устройство для неразрушающего электромагнитного контроля ферромагнитных изделий

Устройство относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, в частности к электромагнитному неразрушающему контролю. Цель изобретения - расширение возможностей, повышение надежности и точности электромагнитного неразрушающего контроля ферромагнитных изделий. Устройство состоит из измерителя напряжения и электрической цепи, состоящей из соединенных последовательно источника постоянного тока, измерительной катушки и ключа. Последовательно с измерительной катушкой включен добавочный резистор, а параллельно этой катушке включены несколько RC-цепочек, последовательно соединенных диодами, у одной части которых аноды соединены с положительным полюсом источника тока, а у другой - с отрицательным полюсом. Постоянные времени RC-цепочек разные, но меньше трех постоянных времени цепи, включающей измерительную катушку и добавочный резистор. Источник тока вместе с ключом замкнут на диод, анод которого соединен с отрицательным полюсом источника тока.

Полезная модель относится к неразрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано при дефектоскопии металлов.

Известно импульсное устройство, использующие вихревые токи для неразрушающего испытания сварных соединений, полученных посредством контактной сварки (US, Патент США №3526829, 324-40, 1970 г.). В этом устройстве производится сравнение глубины проникновения двух импульсных электромагнитных полей, имеющих большую напряженность и наводящих вихревые токи, локально воздействующие на испытуемое и эталонное сварные соединения.

Недостатком известного устройства является невозможность использования при различных степенях намагниченности металла, что может привести к неоднозначности результатов измерения.

Наиболее близким является устройство для многочастотного вихревого контроля изделий (SU, Авторское свидетельство СССР №416606, кл. G01N 27/86, 1974 г.). Оно содержит генераторы синусоидальных сигналов, дифференциальный вихревой датчик, индикаторы сигналов, блок решения системы алгебраичных уравнений.

Недостатком этого устройства является взаимное влияние вихревых токов, наводимых магнитными полями различных частот. Так как перемагничивание ферромагнитных изделий осуществляется переменным электрическим током, отдельные участки петли перемагничивания для данного изделия усредняются, что уменьшает чувствительность и точность контроля.

Задачей полезной модели является расширение возможностей, повышение надежности и точности электромагнитного контроля ферромагнитных изделий.

Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для неразрушающего электромагнитного контроля ферромагнитных изделий, содержащее источник постоянного тока, измерительную катушку и измеритель напряжения, дополнительно снабжено ключом, включенным параллельно измерительной катушке, диодом, добавочным резистором, включенным последовательно с измерительной катушкой, и включенными параллельно ей несколькими цепочками, каждая из которых состоит из последовательно соединенных диода и RC-цепи, причем аноды диодов у одной части цепочек направлены к положительному полюсу источника постоянного тока, а у другой - к отрицательному, при этом постоянные времени RC-цепей разные, но меньше постоянных времени цепи, включающей измерительную катушку и добавочный резистор, источник постоянного тока вместе с ключом включен параллельно диоду, анод которого соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а измеритель напряжения подключен параллельно конденсатору.

Измерительная катушка при этом устанавливается на контролируемое ферромагнитное изделие. При убывании напряжения на измерительной катушке конденсаторы в RC цепочках, диоды которых открыты, заряжаются до некоторых максимальных значениях напряжения, характеризующих индуктивность измерительной катушки вместе с контролируемым ферромагнитным изделием. Напряжение на конденсаторе RC цепочки с меньшей постоянной времени характеризует величину индуктивности в начале процесса, когда начинает намагничиваться поверхностные области изделия, на напряжение на конденсаторе с большей постоянной времени характеризует индуктивность в середине и в конце процесса намагничивания, когда намагничиваются более глубокие области изделия. Источник тока вместе с ключом замкнут на диод, анод которого соединен с отрицательным полюсом источника тока. Поэтому при размыкании цепи ток в измерительной катушке плавно уменьшается, замыкаясь через этот диод. А напряжение на измерительной катушке возрастает скачком, изменив полярность,

а затем снова плавно нарастает. Значения максимальных напряжений конденсаторов тех RC цепочек, диоды которых для полярности открыты, характеризуют индуктивность, когда ток начинает, а затем заканчивает убывать. Это увеличивает число параметров, по которым судят об изделии, что увеличивает надежность и точность контроля.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 приведена кривая зависимости напряжения на измерительной катушке и на конденсаторах при включении источника постоянного тока.

Устройство содержит источник постоянного тока 1 - гальванический элемент или аккумулятор, ключ 2, измерительную катушку 3, которая последовательно через резистор 4 и ключ 2 соединена с источником постоянного тока 1. Источник тока 1 через ключ 2 замкнут на диод 5, анод которого соединен с отрицательным полюсом источника тока 1. Параллельно измерительной катушке 3 подключены RC-цепочки 6, 7 и 9, 10 через диоды 8 и 11 и RC-цепочки 12, 13 и 15, 16 через диоды 14 и 17. Аноды диодов 8 и 11 направлены к положительному, а диодов 14 и 17 к отрицательному полюсам источника тока 1. Постоянные времени _i=RC для RC цепочек разные, но меньше 3, где - постоянная времени для цепи измерительной катушки 8 и резистора 4 к конденсатором RC-цепочек подключены измерители напряжения 18, 19, 20, 21, например на операционных усилителях, для измерения максимальных напряжений на этих конденсаторах.

Работа полезной модели осуществляется следующим образом.

Измерительная катушка 3 прикладывается к контролируемому ферромагнитном изделию 22. Вместе с этим изделием катушка 3 характеризуется некоторым значением индуктивности L. При замыкании ключа 2 ток через катушку 3 начинает плавно нарастать благодаря противодействию ЭДС самоиндукции катушки 3. Напряжение на резисторе 4 U _R возрастает, а напряжение на катушке U _R=U₂₅ убывает, т.к. U _R+U_L=, где - ЭДС источника

тока 1. По RC-цепочкам 6, 7 и 9, 10 протекает ток, приводящий к заряду конденсаторов 6 и 9, поскольку диоды 8 и 11 для такой полярности напряжения открыты. Напряжения U₂₃ и U₂₄ на конденсаторах 6 и 9 соответственно возрастет. Как только уменьшается напряжение U₂₅ сравнивается с U₂₃ , а затем U₂₄ точки этих RC цепочек становятся равными нулю. Дальнейшее убывание напряжения U ₂₅ приводит к фиксации напряжений U₂₃ и U₂₄, т.к. диоды 8 и 11 препятствуют разряду конденсаторов. Их максимальные значения U _23m, которая определяется величиной L. Если индуктивность катушки 3 с другим изделием L' меньше, чем L, то уменьшение напряжения U_L=U₂₈ будет происходить быстрее и напряжения U_26m и U_27m, до которых зарядятся конденсаторы 6 и 9 будут меньшей величины.

На фиг.2 показаны зависимости U_23(t) (кривая 23), U_24(t) (кривая 25) от времени и достижение максимальных фиксированных значений U_23m U_24m на конденсаторах, для индуктивности L, а также зависимости U _26(t) (кривая 26), U_27(t) (кривая 27) и U_28(t) (кривая 28) для индуктивности L'^LL.

При размыкании ключа 2 ток в измерительной катушке 3 начинает плавно уменьшаться, т.к. он поддерживает ЭДС самоиндукции катушки 3 и замыкается через диод 5. Сумма напряжений L_L на катушке 3 и U_R на резисторе 4 равна нулю U _R+U_L=0, то есть U _L=-U_R. Таким образом, напряжение U_L на катушке 3 скачком возрастает и меняет знак в момент размыкания, а затем убывает. В результате этого диоды 8 и 11 оказываются запертыми, а диоды 14 и 17 открытыми и по RC-цепочкам 12, 13 и 15, 16 течет ток. Конденсаторы 12 и 15 заряжаются. Как только напряжение на них U _C12 и U_C15 сравниваются с одним из значений падающего напряжения U_L на катушке 3, конденсаторы 12 и 15 перестанут заряжаться. Максимальные напряжения U_C12m и U_C15m соответственно фиксируются диодами

14 и 17. Эти напряжения характеризуют быстроту спада напряжения U_L, т.е. величину индуктивности L при убывании тока или уменьшении магнитного поля. Эта величина для ферромагнетиков обычно не совпадает с при росте магнитного поля. Четыре значения напряжения B _23m, U_24m, U_C12m , U_C15m, измеряемые измерителями напряжения 18, 19, 20,21 являются четырьмя параметрами, характеризующими качество обработки изделия. Преимущества устройства:

1. Использование источников постоянного тока позволяет намагничивать изделия в большом диапазоне полей вплоть до насыщения материала изделия, что расширяет возможности контроля.

2. Возможности раздельного контроля поверхностных и глубинных слоев материала изделия, обусловленное тем, что при включении поля оно постепенно проникает внутрь материала и его скорость в начале нарастания тока обусловлена намагничиванием поверхностных областей, а в конце нарастания тока - намагничиванием глубинных областей.

3. Возможность увеличения число параметров, характеризующих быстроту нарастания или убывания тока за счет добавления числа RC-цепочек с другими постоянными времени.

Устройство для неразрушающего электромагнитного контроля ферромагнитных изделий, содержащее источник постоянного тока, измерительную катушку и измеритель напряжения, отличающееся тем, что оно снабжено ключом, включенным параллельно измерительной катушке, диодом, добавочным резистором, включенным последовательно с измерительной катушкой, и включенными параллельно ей несколькими цепочками, каждая из которых состоит из последовательно соединенных диода и RC-цепи, причем аноды диодов у одной части цепочек направлены к положительному полюсу источника постоянного тока, а у другой - к отрицательному, при этом постоянные времени RC-цепей разные, но меньше постоянных времени цепи, включающей измерительную катушку и добавочный резистор, источник постоянного тока вместе с ключом включен параллельно диоду, анод которого соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а измеритель напряжения подключен параллельно конденсатору.