Вихретоковый преобразователь

Классификация по МПК: G01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2071052
Дата публикации: 
Пятница, Декабрь 27, 1996


Использование: в области неразрушающего контроля свойств и геометрических размеров изделий с применением вихретоковых методов контроля. Сущность изобретения: в вихретоковый преобразователь, содержащий диэлектрический корпус 1, катушки 2 индуктивности, рабочую поверхность 4, обращенную в сторону поверхности контролируемого изделия 5, введен безындуктивный, прозрачный для электромагнитного поля катушки индуктивности экран, расположенный между рабочей поверхностью преобразователя и ближайшей к ней катушкой индуктивности. При этом экран выполнен из электропроводящего неферромагнитного материла и подсоединен к заземленной оплетке коаксиального кабеля, подключенного к ближайшей катушке индуктивности. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

, , , ,


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение вихретоковый преобразователь, который является устройством для неразрушающего контроля свойств и геометрических размеров изделий с применением вихретокового метода контроля.

Известны вихретоковые преобразователи различного типа (внутренние и наружные проходные, накладные, комбинированные, экранные), содержащие рабочую поверхность, обращенную в сторону поверхности контролируемого изделия, диэлектрический корпус и одну или несколько катушек индуктивности, размещенные в корпусе (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник, книга 2. М. Машиностроение, 1986, с. 83, 84, 85, 125, 126, 127, 128, 129).

В качестве прототипа могут рассматриваться простейшие параметрические преобразователи проходного, накладного и экранного типа (Дорофеев А.Л. Никитин А.И. и Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия. М. Энергия, 1978, с. 6, 7, 8, 9). Эти преобразователи содержат рабочую поверхность, обращенную в сторону контролируемого изделия, и одну катушку индуктивности, размещенную в корпусе.

Недостатком перечисленных выше преобразователей является существенная зависимость их выходных сигналов от вариаций емкости между витками катушки индуктивности и поверхностью контролируемого изделия, вызываемой изменением зазора между катушкой индуктивности и изделием. Эта зависимость резко возрастает с увеличением частоты тока возбуждения преобразователя. Так, например, при частоте тока возбуждения внутреннего проходного преобразователя, равной 10 МГц, контроль толщины плакирующего слоя на внутренней поверхности трубы практически невозможен из-за влияния указанного выше емкостного фактора, вызываемого изменением положения преобразователя относительно продольной оси трубы или диаметра трубы.

Задача, на решение которой направлено устройство, является повышение чувствительности и достоверности результатов контроля параметров изделия путем подавления влияния емкостного фактора и (как следствие этого) повышение качества изделия, поступающего в эксплуатацию.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь введен безындуктивный, прозрачный для электромагнитного поля катушки индуктивности экран, который выполнен из неферромагнитного электропроводящего материала и расположен между рабочей поверхностью преобразователя (обращенной к поверхности контролируемого изделия) и ближайшей к ней катушкой индуктивности. Экран подсоединен к "заземленной" оплетке коаксиального кабеля, подключенного к ближайшей к экрану катушке индуктивности. Размеры экрана выбираются такими, чтобы площадь проекции экрана на рабочую поверхность преобразователя была равна или превышала площадь проекции на ту же поверхность ближайшей к экрану катушки индуктивности.

Конструктивно экран может быть выполнен в виде бифилярной обмотки проводом из неферромагнитного электропроводящего материала, например, из манганина с изоляционным покрытием. При этом оба конца бифилярной обмотки подсоединены к оплетке коаксиального кабеля. Это обеспечивает практически полную прозрачность бифилярной обмотки для электромагнитного поля преобразователя и подавление влияния емкостного фактора на результаты контроля в силу постоянства емкости между витками катушки индуктивности и землей. Аналогичный эффект достигается при выполнении экрана в виде совокупности бифилярных витков на гибкой /или жесткой/ подложке по технологии печатных плат. При этом все концы витков подсоединены к заземленной оплетке коаксиального кабеля, подключенного к катушке индуктивности.

На фиг. 1 представлена конструкция внутреннего проходного вихретокового преобразователя; на фиг.2 конструкция наружного проходного преобразователя; на фиг.3 конструкция накладного преобразователя; на фиг.4 схема, поясняющая работу преобразователей; на фиг.5 зависимость показания вихретоковой аппаратуры с применением предложенного преобразователя от толщины плакирующего слоя.

Вихретоковые преобразователи, представленные в качестве примера реализации предложенного вихретокового преобразователя, показанные на фиг.1 - 3, состоят из диэлектрического корпуса 1, катушки индуктивности 2, безындуктивного экрана 3, рабочей поверхности 4, обращенной в сторону поверхности контролируемого изделия 5. Экраны проходных преобразователей выполнены в виде бифилярной, безындуктивной обмотки из неферромагнитного электропроводящего провод с изоляцией, а экран накладного преобразователя выполнен в виде спиральной бифилярной обмотки или совокупности бифилярных витков на подложке, изготовленных по технологии печатных плат. При этом концы бифилярных обмоток и витков подсоединены к заземленной оплетке коаксиального кабеля (на фиг. 1 3 не показано). Площадь проекции экрана 3 на рабочую поверхность 4 внутреннего проходного преобразователя (фиг. 1) и накладного преобразователя (фиг. 3) больше площади проекции катушки индуктивности 2 на ту же поверхность. В случае наружного проходного преобразователя (фиг. 2) указанные площади одинаковые.

Вихретоковый преобразователь работает в части емкостной связи с изделием следующим образом. Катушка индуктивности 2 возбуждается переменным током от генератора 6 (фиг. 4). При отсутствии экрана 3 общий ток разветвляется на токи I1 и I3, которые протекают на землю соответственно через катушку 2 и емкость, образованную витками катушки 1 и контролируемым изделием 5, например, трубой (фиг. 1). При изменении зазора между катушкой 2 и трубой 5 наблюдается изменение напряжения ΔUn, которое фиксируется измерительным устройством 7 как ложные сигналы изменения свойств материала трубы. При наличии экрана 3 ток I3 исчезает и появляется ток I2. При этом величина емкости, образованной витками катушки 2 и поверхностью экрана 3, жестко фиксированная и не изменяется при изменении внутреннего диаметра трубы. Следовательно, при изменении зазора между трубой 5 и катушкой 2 не возникает изменений напряжения Un и отсутствуют ложные сигналы ΔUn.

Результаты испытаний вихретоковой аппаратуры в комплекте с преобразователем, выполненным в соответствии с фиг.1, при частоте тока возбуждения преобразователя, равной 10 МГц, при изменении толщины плакирующего слоя из чистого циркония на внутренней поверхности труб диаметром 7,7 мм из циркониевого сплава Э 110 представлены на фиг.5. Из фиг. 5 видно, что реализация преобразователя обеспечивает решение поставленной задачи - повышение чувствительности и достоверности вихретокового неразрушающего контроля изделий.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Вихретоковый преобразователь, рабочая поверхность которого обращена в сторону контролируемого изделия, содержащий диэлектрический корпус и катушки индуктивности, расположенные в корпусе, отличающийся тем, что вихретоковый преобразователь содержит безиндуктивный, прозрачный для электромагнитного поля катушки индуктивности, экран, который выполнен из неферромагнитного электропроводящего материала и расположен между рабочей поверхностью преобразователя и ближайшей к ней катушкой индуктивности, при этом экран подсоединен к заземленной оплетке коаксиального кабеля, подключенного к ближайшей катушке индуктивности, кроме того площадь проекции экрана на рабочую поверхность преобразователя равна или больше проекции ближайшей катушки индуктивности на ту же поверхность.

2. Вихретоковый преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен в виде бифилярной обмотки проводом из неферромагнитного электропроводящего материала с изоляционным покрытием и при этом оба конца бифилярной обмотки подсоединены к заземленной оплетке коаксиального кабеля, подключенного к ближайшей катушке индуктивности.

3. Вихретоковый преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен в виде совокупности бифилярных витков на жесткой или гибкой подложке по технологии изготовления печатных плат и все концы бифилярных витков подсоединены к заземленной оплетке коаксиального кабеля, подключенного к ближайшей катушке индуктивности.