- •Оглавление
- •Часть I. Физические основы электромагнитного 22
- •Часть II. Магнитный контроль 146
- •Часть III. Вихретоковый контроль 281
- •Часть I. Физические основы электромагнитного 6
- •Часть II. Магнитный контроль 96
- •Часть III. Вихретоковый контроль 213
- •От автора
- •Часть I. Физические основы электромагнитного контроля
- •1. Металлы – объекты электромагнитного контроля
- •Плоскость сдвига (с)
- •2. Электрические и магнитные поля в вакууме и веществе
- •2.1. Электрическое поле
- •2.2. Магнитное поле
- •Проводникам
- •2.3. Закон электромагнитной индукции
- •2.4. Система уравнений Максвелла
- •3. Ферромагнетизм
- •3.1. Поведение ферромагнетиков во внешних магнитных полях
- •Намагничивания
- •Коэрцитивной силы по индукции
- •И кобальта от температуры
- •3.2. Энергии ферромагнитного кристалла
- •Намагничивания вдоль кристаллографических осей.
- •3.3. Доменная структура ферромагнетиков
- •3.4. Процессы намагничивания
- •(Скачок Баркгаузена)
- •3.5. Зависимость магнитных свойств ферромагнетика от дефектов структуры
- •Рекордсмены магнитных материалов
- •3.6. Намагничивание магнетиков конечных размеров
- •3.7. Магнитные свойства тела и вещества
- •3.8. Магнитные цепи
- •(Для участка цепи) , (1.130) (для узла цепи) , (1.131)
- •Часть II. Магнитный контроль
- •4. Магнитная дефектоскопия
- •4.1. Граничные условия
- •4.2. Рассеяние магнитного потока дефектом сплошности
- •4.3. Намагничивание изделий
- •Полюсное намагничивание
- •Циркулярное намагничивание
- •Комбинированное намагничивание
- •Намагничивание переменными полями
- •Схемы размагничивания
- •4.4. Расчеты полей дефектов
- •Поля трещины
- •4.5. Mагнитопорошковая дефектоскопия
- •На высоте и
- •4.6. Индукционная дефектоскопия
- •4.7. Феррозондовый метод дефектоскопии
- •4.8. Магнитографическая дефектоскопия
- •Намагниченности ленты от поля (2)
- •4.9. Холловские и другие методы магнитной дефектоскопии
- •4.10. Магнитная толщинометрия
- •5. Магнитный структурно-фазовый анализ металлов и сплавов
- •5.1. Структурная чувствительность физико-механических свойств
- •Структурная чувствительность физико-механических свойств металлов
- •5.2. Контроль механических свойств изделий, упрочняемых холодной пластической деформацией
- •0,07 % От степени холодной пластической деформации
- •Деформированной феррито-перлитной стали с содержанием углерода 0,08 % от температуры отжига
- •5.3. Контроль качества термической обработки стальных изделий
- •От температуры закалки
- •От температуры отпуска
- •5.4. Контроль качества поверхностного упрочнения стальных изделий
- •Коэрцитиметра от относительных значений глубины закаленного слоя
- •5.5. Фазовый магнитный анализ
- •5.6. Устройства магнитного контроля структуры, состава и механических свойств материалов и изделий
- •Индукции деталей с большим коэффициентом размагничивания
- •Часть III. Вихретоковый контроль
- •6. Возбуждение вихревых токов. Скин-эффект.
- •7. Вихретоковый контроль. Вихретоковые преобразователи.
- •8. Сигнал втп. Обобщенный параметр контроля.
- •Сопротивлений витка с переменным током на проводящем полупространстве
- •9. Контроль цилиндрических объектов наружным проходным втп с однородным полем. Выбор наилучших условий контроля.
- •10. Вихретоковый контроль с помощью накладных преобразователей
- •11. Способы ослабления влияния мешающих параметров
- •12. Приборы вихретокового контроля
- •Заключение
- •Список литературы
- •Дополнительная литература
4.9. Холловские и другие методы магнитной дефектоскопии
Методы магнитной дефектоскопии различаются по средствам преобразования магнитного поля дефекта в электрический или оптический сигналы. В последнее время появилось много новых преобразователей магнитного поля в электрический сигнал, которые отличаются принципом действия, чувствительностью, размерами, но имеют одну общую черту - используют процессы, происходящие в полупроводниках. Вследствие этого им присущи некоторые общие достоинства (высокая механическая прочность, надёжность, дешевизна при массовом производстве) и недостатки (сложность изготовления, значительный разброс параметров, чувствительность к вибрациям, радиации и колебаниям температуры).
Рис. 2.38. Датчик Холла
Датчики Холла. Если плоский проводник, по которому течет ток в продольном направлении, поместить в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока (рис. 2.38), то на его боковых гранях возникает разность потенциалов, которая определяется следующим соотношением:
, (2.97)
где - толщина пластины,- постоянная Холла, зависящая от материала.
Материал датчиков Холла должен иметь: а) большую постоянную Холла, для того чтобы иметь достаточную величину при малых габаритах преобразователя; б) высокую электропроводность; в) малую зависимость постоянной Холла (и электропроводности) от температуры. Этим требованиям удовлетворяют, в частности, полупроводники типа индий-сурьма (InSb) и индий-мышьяк (InAs), а также такие материалы, как германий и кремний, имеющие высокую подвижность носителей заряда.
Достоинствами датчиков Холла являются малые размеры (рабочая площадь менее 1 мм2), линейность характеристики в очень широком интервале полей (до нескольких тесла), отсутствие в конструкции искажающих исследуемое поле ферромагнитных элементов. Чувствительность современных датчиков Холла позволяет измерять магнитные поля от земного и выше.
Магнитодиоды. Серийно выпускаемые магнитодиоды (например, КД 301) отличаются от обычных диодов очень длинной базой, порядка 2-3 мм, что намного больше средней длины диффузии носителей заряда с перехода. Вследствие этого основное падение напряжения приходится не на переход, а на базу. Если через диод пропускать ток в прямом направлении, то в отсутствие магнитного поля инжектированные в базу носители уменьшат её сопротивление; при включении поля, перпендикулярного току, сила Лоренца будет отклонять электроны и дырки на одну и ту же поверхность диода. Вследствие этого велика вероятность рекомбинации; кроме того, грани специально обрабатываются для катализации поверхностей рекомбинации. В итоге число носителей в базе резко падает, что увеличивает её сопротивление и добавочно уменьшает ток. Процесс уменьшения тока диода под действием магнитного поля идёт лавинообразно. Это обеспечивает гораздо более высокую по сравнению с датчиками Холла чувствительность в столь же широком интервале полей, однако характеристика магнитодиода нелинейна.
Как показал зарубежный опыт, магнитодиоды пригодны для магнитной дефектоскопии в условиях производства, несмотря на нелинейность характеристики, высокую температурную нестабильность и необходимость сложных схем выравнивания чувствительности для системы датчиков.
Магниторезисторы. В этих датчиках используется эффект Гаусса, суть которого заключается в изменении сопротивления проводника или полупроводника при изменении воздействующего на него магнитного поля, либо эффект гигантского магнитосопротивления (Giant magnetoresistance, GMR) - квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких металлических плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и проводящих немагнитных слоёв. Эффект состоит в существенном изменении электрического сопротивления такой структуры при помещении во внешнее поле. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина.
Прочие полупроводниковые датчики. Сейчас предложено большое количество других магниточувствительных элементов на полупроводниковой основе: биполярные магнитотранзисторы, магнитотиристоры, мадисторы и т.д. Однако по эксплуатационным характеристикам эти устройства значительно уступают рассмотренным.
Визуализация магнитной жидкостью. Магнитная жидкость представляет собой очень стойкую взвесь тонко измельчённых ферромагнитных частиц в среде такой вязкости, что при взаимодействии с магнитным полем перемещаются не только частицы, но и вся жидкость целиком. Соответственно на ровной поверхности жидкость в области дефекта будет деформироваться, что можно обнаружить по интерференционной картине или голограмме. Предполагается, что интерференционная картина будет зависеть от величины поля дефекта, однако были выполнены только качественные предварительные опыты, и судить о возможности практической реализации этих идей трудно.
Визуализация жидкими кристаллами. Известно, что некоторые жидкокристаллические вещества реагируют на магнитное поле изменением окраски. Это, в принципе, позволяет установить количественные критерии для оценки полей дефектов; кроме того, жидкие кристаллы немагнитны и при контроле сварных швов не будут стягиваться на края валика. Однако даже предварительных экспериментов применительно к неразрушающему контролю, насколько нам известно, пока не проводилось.
В настоящее время магниточувствительные преобразователи быстро совершенствуются.