Устройство определения толщины магнитных отложений на поверхности труб вихретоковым методом

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на тепловых и атомных энергоустановках, трубопроводах нефти и газа на химических и нефтехимических предприятиях. Техническая целесообразность изобретения заключается в том, что наличие отложений (особенно магнитных) существенно затрудняет процесс проведения вихретокового неразрушающего контроля. Технический эффект, получаемый при решении технической задачи, заключающейся в определении структуры отложений посредством анализа его толщины, электропроводимости и магнитной проницаемости, достигается тем, что в известном устройстве содержащем генератор прямоугольных периодических импульсов тока, вихретоковый датчик с возбуждающей катушкой, радиус R_в которой выбирают из условия , где и номинальная и максимальная толщина стенки трубы и отложений соответственно и измерительной катушкой, блок обработки информации сигнала измерительной катушки, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикаторы толщины и электропроводимости, где выход генератора прямоугольных импульсов присоединен к возбуждающей катушке вихретокового датчика, измерительная катушка присоединена к входу усилителя, выход усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микроконтроллера, к первому выходу микроконтроллера присоединен индикатор толщины отложений, ко второму - индикатор электропроводимости отложений, алгоритм обработки сигнала предусматривает определение толщины стенки и электропроводимости металла трубы, согласно полезной модели вихретоковый датчик снабжен измерителем магнитного потока возбуждающей катушки и вихревых токов, устройство снабжено блоком обработки информации измерителя магнитного потока, период Тв импульсов тока генератора выбирают из условия , где и - номинальные значения толщины и электропроводимости металла, , и - максимальные значения толщины, электропроводимости и магнитной проницаемости отложений, µ₀ - магнитная постоянная, к третьему выходу микроконтроллера присоединен индикатор магнитной проницаемости отложения, в микроконтроллере реализован алгоритм определения магнитной проницаемости и толщины магнитного отложения посредством фиксации в определенные моменты времени приращений вносимого, зависящего от вихревых токов, напряжения измерительной катушки по отношению к его значению для объекта без отложения и сравнению этих приращений с их значениями в узлах градуировочной, полученной экспериментально или моделированием, сетки, находящейся в памяти микроконтроллера. 3 илл.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на тепловых и атомных энергоустановках, трубопроводах нефти и газа на химических и нефтехимических предприятиях. Техническая целесообразность изобретения заключается в том, что наличие отложений (особенно магнитных) существенно затрудняет процесс проведения вихретокового неразрушающего контроля.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для определения толщины немагнитных отложений на поверхности труб импульсным вихретоковым методом [1]. Измерение реализуется накладным датчиком, радиус возбуждающей катушки которого выбирается в соответствии с конфигурацией объекта контроля, период возбуждающего импульсного тока определяется в зависимости от электрофизических параметров металла трубы и отложения. Предложенный алгоритм обработки импульсного периодического отклика измерительной катушки позволяет определить как толщину стенки и электропроводность стенки трубы, так и аналогичные параметры отложения. К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность контроля магнитных отложений, в то время как именно магнитные отложения в большей степени затрудняют процесс проведения вихретокового неразрушающего контроля. Кроме того, информация о магнитных свойствах материала объекта в значительной степени упрощает его структурный анализ.

Технической задачей предлагаемого технического решения являются:

определение типа отложения -немагнитное или магнитное, а также

определение толщины магнитного отложения и его магнитных свойств.

Технический эффект, получаемый при решении технической задачи, заключающейся в определении структуры отложений посредством анализа его толщины, электропроводимости и магнитной проницаемости, достигается тем, что в известном устройстве содержащем генератор прямоугольных периодических импульсов тока, вихретоковый датчик с возбуждающей катушкой, радиус R_в которой выбирают из условия , где и номинальная и максимальная толщина стенки трубы и отложений соответственно и измерительной катушкой, блок обработки информации сигнала измерительной катушки, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикаторы толщины и электропроводимости, где выход генератора прямоугольных импульсов присоединен к возбуждающей катушке вихретокового датчика, измерительная катушка присоединена к входу усилителя, выход усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микроконтроллера, к первому выходу микроконтроллера присоединен индикатор толщины отложений, ко второму - индикатор электропроводимости отложений, алгоритм обработки сигнала предусматривает определение толщины стенки и электропроводимости металла трубы, согласно полезной модели вихретоковый датчик снабжен измерителем магнитного потока возбуждающей катушки и вихревых токов, устройство снабжено блоком обработки информации измерителя магнитного потока, период Тв импульсов тока генератора выбирают из условия где и - номинальные значения толщины и электропроводимости металла, , и - максимальные значения толщины, электропроводимости и магнитной проницаемости отложений, µ₀ - магнитная постоянная, к третьему выходу микроконтроллера присоединен индикатор магнитной проницаемости отложения, в микроконтроллере реализован алгоритм определения магнитной проницаемости и толщины магнитного отложения посредством фиксации в определенные моменты времени приращений вносимого, зависящего от вихревых токов, напряжения измерительной катушки по отношению к его значению для объекта без отложения и сравнению этих приращений с их значениями в узлах градуировочной, полученной экспериментально или моделированием, сетки, находящейся в памяти микроконтроллера.

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

На Фиг. 2 приведена временная диаграмма вносимого потока при магнитном и немагнитном отложении.

На Фиг. 3. приведена градуировочная сетка.

Структурная схема устройства изображена на фиг. 1. Объект контроля состоит из слоя металла 1 и слоя отложения 2. Вихретоковый датчик, возбуждающая катушка 3 которого подключена к генератору 4, расположен над объектом контроля. Вихретоковый датчик снабжен измерителем магнитного потока 5 возбуждающей катушки и вихревых токов, соединенным с усилителем 6. Усилитель 6 связан с аналогово-цифровым преобразователем 7, который соединен с компьютером или микроконтроллером 8. Измерительная катушка 9 соединена с усилителем 10. Усилитель 10 соединен с аналогово-цифровым преобразователем 11, который соединен с персональным компьютером или микроконтроллером 8. Микроконтроллер 8 соединен с индикатором толщины отложения 12, индикатором электропроводимости отложения 13 и индикатором магнитной проницаемости отложения 14.

Устройство функционирует следующим образом: На поверхности двухслойного объекта контроля (стенка трубы, плоская поверхность) со стороны слоя металла 1 (более удаленный - слой отложения 2) расположен вихретоковый датчик, возбуждающая катушка 3 которого питается от генератора 4 импульсным током i_в с периодом (где , - номинальное и максимальное значение электропроводимости слоев металла и отложения, , - номинальное и максимальное значение толщины слоев металла и отложения, - максимальное значение магнитной проницаемости отложения). Сигнал измерительной катушки 9 усиливается усилителем 10 и через аналогово-цифровой преобразователь 11 поступает в персональный компьютер или микроконтроллер 8. Вихретоковый датчик снабжен измерителем магнитного потока 5 возбуждающей катушки и вихревых токов, сигнал которого усиливается усилителем 6 и через аналогово-цифровой преобразователь 7 также поступает на персональный компьютер или микроконтроллер 8. Если вносимый магнитный поток в заключительной стадии затухающего процесса (фиг.2) меняет свой знак, то объект является магнитным и в микроконтроллере 8 запускается алгоритм обработки сигнала, получаемого при наличии объекта с магнитным отложением. Согласно этому алгоритму толщина и магнитная проницаемость отложения определяется посредством фиксации в определенные моменты времени приращений вносимого, зависящего от вихревых токов, напряжения измерительной катушки по отношению к его значению для объекта без отложения и сравнению этих приращений с их значениями в узлах градуировочной, полученной экспериментально или моделированием, сетки, находящейся в памяти микроконтроллера, (фиг.3).

Информация о толщине отложения, электропроводимости отложения и магнитной проницаемости отложения поступает на индикаторы 12, 13 и 14 соответственно.

Таким образом, благодаря совместному использованию вихретокового датчика, состоящего из возбуждающей и измерительной катушек, измерителя магнитного потока, встроенному в вихретоковый датчик, в соответствии с заложенным в микроконтроллер алгоритмом обработки сигналов, осуществляется измерение толщины магнитного отложения и количественная оценка магнитных свойств этого отложения, что характеризует в значительной степени его структурное состояние.

Данное обстоятельство представляет особый интерес для специалистов, осуществляющих эксплуатацию производственных объектов.

Источники информации:

1. Патент Российской Федерации RU 02487343. C1, М. Кл. G01B 17/2 10.07.2013

Устройство вихретокового контроля толщины и магнитных свойств отложения на поверхности труб, содержащее генератор прямоугольных периодических импульсов тока, вихретоковый датчик с возбуждающей катушкой, радиус R_в которой выбирают из условия 3(_м^н+_о^м)>R_в>l,0(_м^н+_o^м), где _м^н и _o^м, номинальная и максимальная толщина стенки трубы и отложений соответственно, и измерительной катушкой, блок обработки информации сигнала измерительной катушки, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, индикаторы толщины и электропроводимости, выход генератора прямоугольных импульсов присоединен к возбуждающей катушке вихретокового датчика, измерительная катушка присоединена ко входу усилителя, выход усилителя подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом микроконтроллера, к первому выходу микроконтроллера присоединен индикатор толщины отложений, ко второму - индикатор электропроводимости отложений, отличающееся тем, что вихретоковый датчик снабжен измерителем магнитного потока возбуждающей катушки и вихревых токов, устройство снабжено блоком обработки информации измерителя магнитного потока, период Т_в импульсов тока генератора выбирают из условия Т_в3 R_в0(^н_м^н_м+_o^м_o^м_u^м), где ^н_м и ^н_м - номинальные значения толщины и электропроводимости металла, _о^м, _о^м и _г^м -максимальные значения толщины, электропроводимости и магнитной проницаемости отложений, ₀ -магнитная постоянная, к третьему выходу микроконтроллера присоединен индикатор магнитной проницаемости отложения, в микроконтроллере реализован алгоритм определения магнитной проницаемости и толщины магнитного отложения посредством фиксации, в определённые моменты времени, приращений вносимого, зависящего от вихревых токов, напряжения измерительной катушки по отношению к его значению для объекта без отложения и сравнению этих приращений с их значениями в узлах градуировочной полученной экспериментально или моделированием сетки, находящейся в памяти микроконтроллера.