Первичные изм. преобразователи. Часть 2

Датчики и характерные физические процессы

Типы датчиков. Возбудителем ВТ может быть поле движущего магнита, переменное поле тока в проводе, волна радиоизлучения. Самым распространенным в МВТ датчиком является катушка индуктивности с переменным током или комбинация нескольких катушек (рис.4.5.7).Конструктивные схемы датчиков вихревых токов: I – возбуждающая обмотка; II – измерительная обмотка;

1- плоская деталь ( полупространство ); 2 – пруток; 3 – труба; 4 – лист.

По электрическим свойствам сигнала различают параметрические (рис.4.5.7, а-в) и трансформаторные (рис.4.5.8) датчики. В первых сигналом служит приращение комплексного напряжения, возникающее в одной или нескольких измерительных обмотках II. В первых датчиках сигнал формируется в той же обмотке I, по которой идет возбуждающий ток. Трансформаторные датчики характеризуются повышенной температурной стабильностью.

Параметрические датчики более просты, частотный диапазон их работы шире.

По способу расположения изделия относительно обмотки датчики делят на накладные (рис.4.5.8 ), щелевые ( рис. 4.5.8) и проходные. Один и тот же датчик можно использовать в различных вариантах (рис. 4.5.7) .

Можно выделить датчики отраженного поля (рис. 4.5.8) и датчики проходящего поля или экранные (рис. 4.5.8). Последние могут быть только трансформаторными. Наружные проходные датчики применяют для контроля прутков, проволоки, профилей, шаров, роликов, обойм подшипников и т. п. Внутренними проходными проверяют трубы (3), отверстия. Накладными датчиками отраженного поля контролируют изделия

(1) любой формы и размеров. Экранными проверяют трубы (проходными) и листы, ленты (4) (накладными). Конструкция и размеры датчика зависят от

110

формы и размеров изделия и цели контроля.

Рис.4.5.7 Конструктивные схемы датчиков вихревых токов: I – возбуждающая обмотка; II – измерительная обмотка;

1- плоская деталь ( полупространство ); 2 – пруток; 3 – труба; 4 – лист

111

К неклассическим относят векторноразностные (рис. 4.5.7, л) и дифференциальные ( рис. 4.5.7, м, н) датчики имеющие по две встречно включенные измерительные обмотки. По виду графика зависимости сигнала от свойств изделия различают классические (рис. 4.5.7, а - к) и неклассические ( рис.4.5.7 л, м, н ) датчики.

Классические датчики являются абсолютными. Они дают на выходе сигнал, зависящий от абсолютного значения параметров изделия и их изменения. Сигнал дифференциальных датчиков зависит только от разницы свойств двух рядом расположенных участков. Абсолютные датчики используют для контроля электропроводности и проницаемости материала и других свойств, с ними связанных на рис.4.5.8, а также диаметра, толщины стенки, сплошности, а дифференциальные – для оценки неоднородности структуры, нарушений сплошности материалов. Следует отличать дифференцированные датчики от дифференциальной схемы включения абсолютных датчиков, в которой выходной сигнал зависит от разности значений параметров проверяемого изделия и контрольного образца.

На схеме, приведенной на рис.4.5.8, сплошными линиями показана классификация параметрических датчиков, а штриховыми – трансформаторных.

112

Рис.4.5.8. Классификация датчиков

113

Рис. 4.5.9. Схемы замены обмоток датчиков эквивалентными

витками ( а ), вихревых токов – эквивалентным контуром тока ( б )

114

Некоторые типовые конструкции датчиков Рассмотрим некоторые типовые конструкции накладных ВТП для

ручного контроля. Основной элемент ВТП – катушки, обычно размещаемые на каркасе и выполненные либо намоткой изолированным проводом ( обычно медным), либо методом фотолитографии на изоляционном основании ( печатные обмотки)

Рис.4.5.10 (а, б) Варианты катушек накладных ВТП 1- каркас; 2,3 – возбуждающая и измерительная обмотки соответственно 4-отверстие для магнитопровода.

Обмотки катушек, намотанных проводом, располагают на каркасе по разному (рис. 4.5.10, а), а возбуждающая и измерительная обмотки имеют наибольшую взаимную паразитную емкость, что отрицательно влияет на характеристики ВТП при высоких частотах. Кроме того, здесь нет доступа к внутренней обмотки в случае ее повреждения.

Рис. 4.5.10, б - наименьшая паразитная емкость между обмотками, и поэтому он удобен при высоких частотах тока возбуждения, хотя каркас здесь несколько сложнее. Имеется доступ к обеим обмоткам.

Вариант (рис.4.5.10, в) промежуточный.

Каркасы катушек изготовляют из изоляционных материалов (капролон, гетинакс, оргстекло, эбонит и т.д.) путем токарной обработки, а при серийном производстве – прессованием из пресс – порошков. Диаметр проводов обмоток возбуждения 0.08 ... 0.2 мм, а измерительная обмотка –

0.03 ...0.08 мм.

115

а)

б)

в)

Рис. 4.5.10. Типовые конструкции датчиков

Рис 4.5.11. Накладной ВТП с фиксированным положением катушки в

корпусе

116

На рис.4.5.11 показана конструкция накладного ВТП. Каркас катушки 1с обмотками 2 размещен в корпусе 3, закрытом сверху крышкой 4 с соединительными кабелями 5. Катушка окружена экраном 6, выполненным из пермалоя и меди. Экран служит для локализации магнитного поля обмоток и уменьшает диаметр зоны контроля. После сборки ВТП заливается компаудом для предохранения обмоток от внешних воздействий и придания прочности всей конструкции.

Как видно из рис. 4.5.11, конструкция достаточно проста; ее недостаток – возможное изменение зазора между торцом ВТП и объектом контроля, что может приводить к погрешности измерения. Зазор может изменяться при изменении усилия прижима ВТП к поверхности ОК рукой оператора.

Рис. 4 5 12. Печатные обмотки ВТП

117

Гибкая диэлектрическая подложка 1 со сформированным на противоположных ее сторонах возбуждающей 3 и измерительной 2 обмотками закрепляется на несущем стержне 5, который затем запрессовывается в колпачек 6 из пластмассы. Выводы обмоток привариваются к контактным площадкам 4 и 7 и после запрессовки оказываются внутри полого колпачка 6. Такие обмотки создают магнитный поток радиального направления вблизи своей поверхности, что используется для возбуждения вихревых токов осевого направления в стенках отверстия, в которое вводится ВТП. Наружный диаметр рабочей части ВТП 0.5 ... 1.3мм, ее длина 2...4мм.

Рис. 4 5 13. Размещение (а) и электрическая схема соединения (б)

печатных обмоток катушки ВТП толщинометра диэлектрических покрытий на печатном основании:

1 – каркас; 2 – диэлектрическая подложка с обмотками; 3 – паз для укладки соединительных проводников; 4 – контактные площадки обмоток

118

	Рис. 4 5 14. Накладной ВТП карандашного типа.
Обмотки включены по		дифференциальой	схеме (рис. 4.5.13,	б) для
компенсации начального		напряжения Uо	. Возбуждающие L1	(L2) и

измерительные L3 (L4) обмотки формируются на противоположных сторонах тонкой изоляционной подложки ( стеклотекстолит, полимид, лавсан), чем достигается высокий коэффициент индуктивной связи между ними. Затем подложки со сформированными на них обмотками наклеивают на торцы диэлектрического каркаса, обмотки соединяют электрически и заклеивают каркас в корпусе.

( на рисунке не показан). Ширина проводника таких обмоток 20 ... 100мкм при толщине 5 ... 50мкм и расстояние между проводниками 20 ... 100мкм.

Корпус 1 с установленным в его нижней части ферритовым магнитопроводом в виде цилиндрического стержня 2 с намотанными на нем обмотками 3 охвачен оправкой 4 с колпачком 5. сквозь который проходит кабель 6 .

Приведенную на рис 4.5.14 конструкцию называют датчиком карандашного типа. Она имеет широкое распространение и разные модификации. некоторые из них позволяют устранить влияние перекоса оси ВТП относительно поверхности ОК благодаря гибкой связи катушки с корпусом реализуемой резиновой манжетой или способной изгибаться спиральной пружиной.

Вихретоковая датчиковая система состоит из: бесконтактного вихревого пробника, удлинительного кабеля и драйвера.

119