- •В. Е. Поляков
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Основы взаимодействия различных видов излучений с веществом
- •1.1. Ядерное взаимодействие
- •1.1.1. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •1.1.2. Взаимодействие заряженных частиц
- •1.1.3. Ядерные реакции при взаимодействии гамма-излучения
- •Пороги фотоядерных реакций для изотопов некоторых химических
- •Максимальные значения сечений фотоядерной реакции для ряда
- •1.2. Электромагнитное взаимодействие
- •1.2.1. Взаимодействие гамма-излучения
- •Энергия k-краев поглощения для ряда химических элементов
- •Взаимодействие рентгеновского излучения
- •Взаимодействие излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектральных диапазонов
- •Взаимодействие излучения видимого спектрального диапазона с веществом
- •Взаимодействие инфракрасного излучения с веществом
- •Взаимодействие излучения радиочастотного диапазона
- •Глава 2. Метод масс-спектроскопии в задачах контроля металлов, сплавов и лома
- •2.1. Физическая сущность метода масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •Масс-спектрографе с двойной фокусировкой, и фотометрическая кривая этой спектрограммы (б) и области массового числа
- •2.2. Принципы взаимодействия импульсного лазерного излучения с веществом мишени
- •2.3. Типы лазеров и их параметры
- •2.4. Метод масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •2.5. Масс-спектрометры – средства контроля металлов, сплавов и лома
- •2.6. Типы масс-анализаторов, используемые в масс-спектрометре
- •2.7. Основы методики идентификации элементного состава вещества с использованием лазерного ионизатора и время-пролетного динамического масс-анализатора
- •2.8. Эмиссионные спектроскопы для экспертного спектрального анализа черных и цветных металлов
- •2.8.1. Многоканальный эмиссионный спектрометр дсф-71 (ls-1000)
- •Составные части прибора имеют следующие особенности:
- •Технические характеристики
- •2.8.2. Многоканальный эмиссионный спектрометр серии мфс
- •Технические характеристики:
- •Источник возбуждения спектра – универсальный генератор угэ-4:
- •Унифицированная система управления и регистрации:
- •Источники питания:
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 2
- •Глава 3. Физические основы γ-флуоресцентного контроля металлов, сплавов, лома
- •3.1. Рентгеновские лучи
- •3.2. Рентгеновские спектры
- •Рентгеновская спектроскопия
- •Рентгеновская аппаратура. Рентгеновская камера и рентгеновская трубка
- •Рентгеновский гониометр
- •3.6. Рентгеновский дифрактометр
- •3.7. Рентгенофлуоресцентный кристаллдифракционный сканирующий вакуумный «Спектроскан-V»
- •3.8. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан»
- •3.9. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан-lf»
- •3.10. Основы методики идентификации элементного состава неизвестного вещества и определение концентрации ингредиентов с использованием метода гамма-флуоресцентного анализа
- •3.11. Методика безэталонного рентгеноспектрального анализа сталей
- •3.11.1. Методика анализа углеродистых сталей
- •3.11.2. Методика определения содержании металлов в питьевых, природных и сточных водах при анализе на сорбционных целлюлозных дэтата-фильтрах
- •3.11.3. Методика определения содержания металлов в порошковых пробах почв
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 3
- •Глава 4. Приборы и методы таможенного контроля состава металлов, сплавов, лома с использованием методов вихревых токов
- •4.1. Основы теории вихревых токов
- •4. 2. Распределение вихревых токов
- •4.3. Характеристики вещества и поля
- •4.4. Физические принципы метода вихревых токов (вт)
- •4.5. Области применения и классификация методов вихревых токов
- •Датчики и характерные физические процессы
- •4.7. Некоторые типовые конструкции датчиков
- •Контроль и влияние примеси на электропроводность некоторых металлов
- •Меди (б)
- •Электропроводность и температурный коэффициент некоторых
- •4.9. Методы и приборы измерения электропроводности немагнитных металлов
- •4.10. Общие положения. Порядок проведения измерений
- •4.11. Элементы методики исследования и выбор материала для контроля
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 4
- •Глава 5. Ультразвуковые методы контроля металлов, сплавов, лома и руд
- •5.1. Классификация акустических методов контроля
- •5.2. Ультразвуковая аппаратура
- •Подготовка к контролю
- •Порядок проведения контроля
- •5.3. Ультразвуковая аппаратура в неразрушающем контроле
- •5.4. Ультразвуковые преобразователи
- •5.5. Определение типа металла, сплава, лома по измерению скорости распространения упругих волн
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 5
- •Глава 6. Классификация радиометрических методов контроля состава руд
- •6.1. Методы определения элементного состава полезных ископаемых по спектрометрии вторичных излучений
- •6.2. Методы, основанные на взаимодействии гамма- или рентгеновского излучения с электронными оболочками атомов или ядрами атомов элементов
- •6.3. Методы, основанные на спектрометрии гамма-излучения, возникающего при различных ядерных реакциях нейтронов с веществом
- •Методы определения естественной радиоактивности пород, содержащих радиоактивные элементы
- •6.5. Люминесцентные методы контроля состава руд
- •6.6. Фотометрические методы контроля состава руд
- •6.7. Радиоволновые методы контроля руд
- •6.8. Технология сортировки руды
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 6
- •Заключение
- •Список используемой литературы:
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
4.4. Физические принципы метода вихревых токов (вт)
Физическую сущность метода легко пояснить, если рассмотреть принцип работы трансформатора без стального сердечника рис.4.4.1 индукционный метод, в котором имеются первичная и вторичная обмотки (катушки).
В радиотехнике такую систему называют индуктивно связанными контурами. По закону индукции, в первые сформулированному М. Фарадеем, любое относительное перемещение магнитного поля и проволочной катушки наводит в последней электродвижущую силу Э Д С. Если по одной из катушек пропустить электрический ток, а ко второй подключить быстродействующий вольтметр, то он покажет наличие ЭДС как при изменении силы тока в возбуждающей катушке, так и при изменении положения катушек.
Если возбуждающая катушка питается переменным синусоидальным током ~I, то во вторичной индукционной катушке наводится синусоидальная ЭДС. На величину ЭДС влияют: взаимосвязь между катушками, сила тока и число витков.
При контроле индукционным методом вторичную катушку заменяет собой материал контролируемого объекта рис. 4.4.2. Система из двух взаимосвязанных контуров. Индуцируемые в нем вихревые токи текут по кольцевому замкнутому пути.
Воздействие, которое оказывает испытываемый металл на
возбуждающую катушку, можно заменить воздействием вторичной катушки при условии, что по этой катушке течет ток определенной величины.
I- первичная катушка
подача переменного синусоидального тока,
образование магнитных силовых линий
возникновение индукции в катушке II
ЭДС
во вторичной катушке -II- возникает индукция
по закону Фарадея (в катушке наводится синусоидальная ЭДС )
Рис. 4.4.1.Индукционный метод – принцип работы трансформатора без стального сердечника ( индукционно связанный контур) со вторичной катушкой
I-первичная катушка
поступает переменный
синусоидальный ток
магнитные силовые линии
вызывают вихревые токи
вобъекте контроля
объект контроля -
(II-вторичная катушка )
Рис. 4.4.2. Вихретоковый метод – принцип работы трансформатора без стального сердечника ( индукционно связанный контур), вторичная катушка -II c вихревыми токами в материале контролируемого объекта
Рис. 4.4.3. Эквивалентная электрическая схема индукционного однокатушечного датчика при его взаимодействии с обьектом контроля
Вихревые токи в металле текут в поверхностных слоях со стороны источника поля. Глубина проникновения вихревых токов в металл зависит:
- от частоты электромагнитных колебаний;
- электропроводности;
- магнитной проницаемости;
- коэрцетивной силы;
- формы источника поля;
- геометрии контролируемого объекта.
При очень высокой рабочей частоте f в несколько МГц глубина поверхностного контролируемого слоя оценивается всего в несколько десятков микрон и зависит в основном от удельной электропроводности контролируемого объекта (величины,обратной удельному электрическому сопротивлению) и относительной магнитной проницаемости (для магнитных материалов). На рис.4.4.4 отображена зависимость глубины проникновения вихревых токов от частоты для различных значений электропроводности σ.
Кроме того, серьезным фактором, определяющим величину вихревых токов и , следовательно, наиболее сильно воздействующим на катушку-датчик является расстояние между катушкой и металлом контролируемого объекта, а также качество обработки поверхности и многих других факторов.
Нарушения сплошности (трещины) являются препятствием для вихревых токов. Их действие аналогично увеличению сопротивления поверхностного слоя.
Перечисленные факторы определяются тремя основными направлениями по применению метода вихревых токов, связанных с электропроводностью которые зависят от химического состава, структурного состояния, состояния со структуроскопией, выявлением несплошностей и толщинометрией.
В вихретоковых преобразователях сигнал, снимаемый с катушек-датчиков, усиливается, корректируется и анализируется с помощью простых и сложных электрических схем. На выходе которых устанавливается стрелочный микроамперметр, электронно-оптические трубки самописцы, релейно-контактные устройства.
Z0,мм 0,01
103 0,16 σ۰10-6см/м
0,5 ¯
102 1,6
6,0
101¯16
100
10-1¯ μr=2000
σ = 3 106
10-2
10-3
100 101 102 103 104 105 106 f, с-1
Рис. 4.4.4. Зависимость глубины проникновения вихревых токов от частоты для различных значений электропроводности