Первичные изм. преобразователи. Часть 2

Активное магнитное сопротивление сердечника

	Rж	=	l
			μsж

изменяется при деформациях за счет уменьшения магнитной проницаемости

µ.

Магнитоупругие свойства ферромагнитных материалов характеризуются относительной чувствительностью

S =	μ / μ	=	ε μ		,	(4.4.2)
			ε
	l / l			l

	где ε μ =				μ		—	относительное изменение магнитной проницаемости
						μ
	сердечника;
	ε		=	l		—	относительная деформация сердечника.
		l		l

Так как при постоянном модуле упругости значение l пропорционально l

изменению механического напряжения ∆σ, то относительная чувствительность магнитоупругого датчика может быть также записана в виде

S =	ε μ	.	(4.4.3)
	σ

Возможная регистрация деформаций сердечника магнитоупругого датчика составляет

ε =	l	=10-5	(4.4.5)

l

l

где l— длина сердечника.

На рис. 4.4.1 изображена схема магнитоупругого датчика.

100

Рис. 4.4.1. Магнитоупругий датчик деформации:1— катушка; 2 —

проволока из пермаллоя; 3 — консольная балка

Рис. 4.4.2. Наклеиваемый магнитоупругий тензодатчнк с сердечником из

тонкого листа пермаллоя

Этот датчик состоит из неподвижно укрепленной катушки l, сердечником который служит натянутая на двух опорах проволока 2 из пермаллоя. Вся конструкция датчика укреплена на стальной балке 3. Деформация балки под воздействием вибрации изменяет натяжение проволоки, а следовательно, и ее магнитную проницаемость.

На рис. 4.4.2 показана схема магнитоупругого датчика, наклеиваемого на исследуемую деталь.

4.5. Датчики, основанные на вихревых токах Физические принципы метода вихревых токов (ВТ)

Физическую сущность метода легко пояснить, если рассмотреть принцип

101

работы трансформатора без стального сердечника (рис.4.5.1) индукционный метод, в котором имеются первичная и вторичная обмотки (катушки).

В радиотехнике такую систему называют индуктивно связанными контурами. По закону индукции, впервые сформулированному 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. 4.5.2). 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.

102

I- первичная катушка

подача переменного синусоидального тока,

~ I

образование магнитных силовых линий возникновение индукции в катушке II

II

ЭДС

во вторичной катушке -II- возникает индукция

по закону Фарадея (в катушке наводится синусоидальная ЭДС )

Рис. 4.5.1. Индукционный метод – принцип работы трансформатора без

стального сердечника (индукционно связанный контур) со вторичной катушкой II.

I-первичная катушка поступает переменный синусоидальный ток

магнитные силовые линии вызывают вихревые токи в объекте контроля

объект контроля - (II-вторичная катушка )

~ I

II

Рис. 4.5.2. Вихретоковый метод – принцип работы трансформатора без

стального сердечника ( индукционно связанный контур), вторичная катушка -II c вихревыми токами в материале контролируемого объекта.

103

Эквивалентная схема в этом случае выглядит так как показано на рис. 4.5.3.

Rвн Хвн

~	Хн

Rк

Рис. 4.5.3. 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.4.5.4. Зависимость глубины проникновения вихревых токов от частоты для различных значений электропроводности σ.

104

Z0,мм 0,01
103	0,16					σ٠10-6см/м
102	0,5 ¯
	1,6
	6,0
101¯16
100
10-1¯		µ =2000
			r
10-2		σ = 3 106
10-3	100	101	102	103	104	105	106
								f,
1/С
	Рис. 4.5.4. Зависимость глубины проникновения вихревых токов
от частоты для различных значений электропроводности.

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

105

толщинометрией.

В вихретоковых преобразователях сигнал, снимаемый с катушекдатчиков, усиливается, корректируется и анализируется с помощью простых и сложных электрических схем. На выходе которых устанавливается стрелочный микроамперметр, электронно-оптические трубки самописцы, релейно-контактные устройства.

Области применения и классификация методов вихревых токов

При контроле методами вихревых токов (МВТ) используют зависимость амплитуды, фазы, троекторий, переходных характеристик и спектра частот токов, возбуждаемых в изделии, от его формы и размеров, физико-механических свойств и сплошности материала, расстояния до датчика, частоты и скорости перемещений, в том числе вибрации.

Соответственно этому различают четыре области применения МВТ

(рис. 4.5.5).

Для контроля все изделия или их часть помещают в поле датчика. Вихревые токи (ВТ ) возбуждают переменным магнитным потоком. Информацию о свойствах изделия датчик получает через магнитный поток, созданный ВТ с плотностью δ. Векторы напряженности возбуждающего поля и поля ВТ направлены навстречу друг другу; ЭДС в обмотке датчика пропорциональна разности магнитных потоков.

Кособенностям МВТ относятся:

1.возможность проверки большого числа параметров изделия

( см. рис. 4.5.6 );

2. проверке подвергаются слои материала небольшой толщины;

3.не требуется электрического и даже механического контакта датчика с изделием;

106

Рис. 4.5.5. Области применения

107

4.большая скорость и незначительная трудоемкость контроля;

5.сравнительная простота реализации дистанционного контроля деталей и изделий, установленных в малодоступных местах машин;

6.возможность измерения толщины листов, стенки труб и деталей при при одностороннем доступе;

7.электрическая природа сигнала, быстродействие, что позволяет легко автоматизировать контроль;

8.возможность контроля быстро движущихся изделий.

По виду зависимости сигнала датчика от времени различают четыре метода контроля ВТ: основной гармоники, высших гармоник, переходных характеристик (импульсный), многопараметровый. На рис. 4.5.6 представлена классификация методов вихревых токов.

108

Контроль магнитных материалов	Д	С		Р
		Метод многопараметровый
	Д	С		Р
		Метод переходных	характеристик
МВТ		Д	С

Метод высших гармоник

Д

С

Р

П

Контроль	немагнитных	материалов							Метод	основной	гармоники

поля
возбуждающего	датчика
времени	временисигнала
Изменениево	Изменениево

Рис. 4.5.6. Классификация методов вихревых токов

109