Накладной вихретоковый преобразователь

Авторы патента:

Борисенко Вячеслав Владимирович (RU)

G01N27/90 - с помощью вихревых токов

Полезная модель относится к области исследования материалов с помощью вихревых токов и может быть использована в измерительной технике для неразрушающего контроля электромагнитных параметров материалов: электропроводности, магнитной проницаемости, и связанных с ними физико-механических параметров: структуры, химсостава, марок сталей и дефектов типа трещин. Накладной вихретоковый преобразователь содержит квадратный ферромагнитный сердечник 1, на который намотана катушка 2 возбуждения. На наружный контур катушки 2 возбуждения ортогонально плоскости ее витков намотаны измерительные катушки 3 и 4, причем они намотаны так, чтобы площади их рабочих витков пересекались, то есть намотка измерительных катушек 3 и 4 произведена поочередно послойно. Измерительные катушки 3 и 4 включены дифференциально. Точная балансировка накладного вихретокового преобразователя произведена подбором витков в последнем слое измерительной катушки 4. Техническим результатом полезной модели является повышение точности контроля за счет повышения абсолютной чувствительности преобразователя к изменению контролируемых параметров и за счет уменьшения взаимного влияния преобразователей при установке их в матрицу. 1 с.п. ф-лы, 1 ил.

Известны накладные вихретоковые преобразователи, описанные в справочнике под редакцией члена-корреспондента РАН В.В. Клюева «Неразрушающий контроль», Москва, издательство «Машиностроение», 2003, том 2, стр. 377 и 437, каждый из которых содержит две измерительные катушки, расположенные в одной плоскости и включенные» дифференциально, и размещенную соосно с ними катушку возбуждения.

Одним из недостатков указанных преобразователей является низкая локальность контроля, так как измерительные катушки разнесены между собой в пространстве, и, следовательно, влияют на разные участки исследуемого материала, что не позволяет полностью скомпенсировать сигналы, зависящие от неоднородностей материала, колебаний величины зазора и угла наклона преобразователя.

Указанный недостаток устранен изобретением, описанным в авторском свидетельстве 418787, опубликованном 05.03.74, МКИ G01N 27/86 «Токо-вихревой датчик для неразрушающего контроля», выбранном прототипом.

Токовихревой датчик (преобразователь) содержит катушки индуктивности, плоскости витков которых пересекаются, размещенные так, что рабочие участки их витков образуют общую для всех катушек поверхность.

Конструкция известного токовихревого преобразователя при включении его катушек дифференциально позволяет достичь более высокой локальности контроля, так как один и тот же участок исследуемого материала контролируется обеими катушками одновременно.

Кроме того, поскольку преобразователь реагирует лишь на тангенциальную составляющую поля дефекта, он располагает дополнительными возможностями по отстройке от неоднородности структуры материала по сравнению с аналогом (см. Зацепин Н.Н., «Дефектоскопия», 1969, 4).

Однако, при работе преобразователей в матрице многоканальной системы контроля происходит сильное взаимное влияние соседних преобразователей, что снижает их чувствительность из-за того, что плоскости витков катушек имеют вертикальное расположение к поверхности исследуемого материала, и между ними образуется индуктивная связь.

Ввиду того, что известный преобразователь представляет собой разновидность накладного параметрического дифференциального преобразователя, то ему свойственны такие известные недостатки, как низкая термостабильность и недостаточно высокая чувствительность.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности контроля за счет повышения чувствительности вихретокового преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном накладном вихретоковом преобразователе, содержащем катушки индуктивности, плоскости витков которых пересекаются, а катушки размещены так, что рабочие участки их витков образуют общую для всех катушек поверхность, на ферромагнитный сердечник ортогонально измерительным катушкам индуктивности намотана катушка возбуждения вихревых токов.

Наличие катушки возбуждения, размещенной ортогонально измерительным катушкам индуктивности не вызывает разбаланс последних от намагничивающего поля, поскольку индуктивная связь между катушками практически отсутствует, и они реагируют лишь на тангенциальную составляющую поля дефекта, что приводит к повышению чувствительности.

Благодаря намотке катушки возбуждения на ферромагнитный сердечник повышается абсолютная чувствительность преобразователя к изменению контролируемых параметров и формируется электромагнитное поле заданной топологии.

Так как плоскости витков катушки возбуждения параллельны поверхности исследуемого материала, то при установке преобразователей в матрицу их взаимное влияние минимизируется, что позволяет использовать в многоканальных системах контроля матрицу накладных вихретоковых преобразователей без коммутации.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено объемное изображение конструкции накладного вихретокового преобразователя с плоской квадратной рабочей поверхностью.

Накладной вихретоковый преобразователь содержит квадратный ферромагнитный сердечник 1, на который намотана катушка 2 возбуждения. На наружный контур катушки 2 возбуждения ортогонально плоскости ее витков намотаны измерительные катушки 3 и 4, причем они намотаны так, чтобы площади их рабочих витков пересекались, то есть намотка измерительных катушек 3 и 4 произведена поочередно послойно, а слои катушек перемежаются между собой. Измерительные катушки 3 и 4 включены дифференциально. Точная балансировка накладного вихретокового преобразователя произведена подбором витков в последнем слое измерительной катушки 4.

Накладной вихретоковый преобразователь работает следующим образом. В катушке возбуждения преобразователя создают переменный электрический ток. Возникающее при этом переменное магнитное поле возбуждает в контролируемом электропроводящем материале вихревые токи. Под действием магнитного поля, образованного этими вихревыми токами, на выводах дифференциально включенных измерительных катушек возникает ЭДС, зависящая от величины дефекта. Поскольку области взаимодействия активных участков каждой из измерительных катушек с контролируемой поверхностью полностью совпадают, то повышается чувствительность и локальность контроля.

Наиболее эффективным является применение накладного вихретокового преобразователя при контроле изделий с грубой поверхностью, из материалов с неоднородными электрическими и магнитными свойствами, в условиях значительных колебаний зазора преобразователя с контролируемой поверхностью.

Заявляемый накладной вихретоковый преобразователь совместно с универсальным вихретоковым дефектоскопом «Вектор», выпускаемым ООО «НВП «Кропус», используется для выявления трещин коррозионно-механического происхождения под слоем защитной изоляции на трубах газо- и нефтепроводов.

Накладной вихретоковый преобразователь, содержащий катушки индуктивности, плоскости витков которых пересекаются, а катушки размещены так, что рабочие участки их витков образуют общую для всех катушек поверхность, отличающийся тем, что на ферромагнитный сердечник ортогонально измерительным катушкам индуктивности намотана катушка возбуждения вихревых токов.