7 Вопрос Магнитное поле рассеяния дефектов
Магнитное поле дефектной детали имеет свои особенности. Возьмем намагниченное стальное кольцо (деталь) с узкой щелью. Эту щель можно рассматривать как дефект детали. Если накрыть кольцо листом бумаги с насыпанным магнитным порошком, можно увидеть картину, сходную с приведенной на рисунке 1.2. Лист бумаги расположен вне кольца, а между тем частицы порошка выстраиваются вдоль определенных линий. Таким образом, силовые линии магнитного поля частично проходят вне детали, обтекая дефект. Эта часть магнитного поля называется полем рассеяния дефекта.
На рисунке 1.8 показана длинная трещина в детали, расположенная перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, и картина силовых линий вблизи дефекта.
Рисунок 1.8 — Обтекание силовыми линиями поверхностной трещины
Видно, что силовые линии магнитного поля обтекают трещину внутри детали и вне ее.
Формирование магнитного поля рассеяния подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рисунка 1.9, где изображен участок намагниченной детали. Силовые линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ1,.., Φ3.
Рисунок 1.9 — Поле рассеяния подповерхностного дефекта
Часть магнитного потока Ф2, будет перетекать выше и ниже сечения S2. Поэтому магнитные потоки в сечениях S1 и S3 будут больше, чем у бездефектной детали. То же самое можно сказать и о магнитной индукции. Другой важной особенностью силовых линий магнитной индукции является их искривление над и под дефектом. В результате часть силовых линий выходит из детали, создавая магнитное поле рассеяния дефекта.
Количественно магнитное поле рассеяния можно оценить по магнитному потоку, выходящему из детали, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ2в сечении S2. Площадь поперечного сечения S2 пропорциональна косинусу угла g, показанному на рисунке 1.9. При g = 90° эта площадь равна нулю, при g=0° она имеет наибольшее значение.
Таким образом, для выявления дефектов необходимо, чтобы силовые линии магнитной индукции в зоне контроля детали были бы перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта.
Распределение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределению потока воды в русле с преградой. Высота волны в зоне полностью погруженной преграды будет тем больше, чем ближе гребень преграды к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект детали тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания.
8 Вопрос Классификация первичных преобразователей магнитных полей
Для измерения магнитного поля применяется большое количество многообразных датчиков. Датчик – это средство для измерений или отбора необходимой информации, является первичным преобразователем.
Магнитные датчики могут работать на основе различных магнитных явлений, т.е. по физическим признакам, или по применяемости и назначению датчиков. Рассмотрим самую явную классификацию по физическим эффектам, на которых работают магнитные датчики:
– Магнитомеханические преобразователи.
‒ Гальваномагнитные преобразователи.
‒ Индукционные преобразователи.
‒ Квантовые преобразователи.
Квантовые преобразователи
Квантовые преобразователи для определения индукции магнитного поля, используют внутриатомные явления, происходящие в материале. Частица, обладающая зарядом на который может воздействовать индукция магнитного поля. А так как любая сколь угодно малая частица обладает массой, то присутствует механический момент. Внешние магнитное поле воздействует на магнитный момент частицы. Механический момент частицы имеет свойство гироскопа. Свойство гироскопа заключается в том, что материальная частица стремится сохранить в пространстве неизменное положение оси в пространстве, а магнитное поле стремится изменить направление оси, и приводит частицу к прецессии.
Особенностью данного типа датчиков является высокая точность. К преимуществам можно отнести быстродействие, отсутствие дрейфа нуля и абсолютный характер измерений. В связи с точным измерением прецессии частиц относительно внешнего магнитного поля, не определяется знак магнитной индукции, только модуль.
Индуктивный преобразователи
Индукционный преобразователь или датчик является простейшим устройством для регистрации магнитного потока. Этот вид преобразователей основан на физическом эффекте закона Фарадея. Индукционный датчик представляет собой замкнутый контур, при перемещении которого происходит изменение магнитного потока, что отражается на показателях регистрирующего устройства. Или приизменение потока магнитной индукции. Такой вид преобразователя в отличии от других видов является бесконтактным, что делает его незаменимым в различных ситуациях измерения магнитного потока. Индукционный преобразователь имеет ряд преимуществ это полное отсутствие влияния света, шума, жидкости и диэлектрической пыли.
Гальваномагнитны преобразователи
Гальваномагнитные преобразователи основаны на физических эффектах, возникающих на воздействии магнитного поля, движущихся заряженных частиц.
Главным образом применяются датчики, основанные на эффекте Холла, основанной на поперечной разности потенциалов, пропорциональной магнитной индукции и протекающему току и эффекте Гаусса или магниторезистивном эффекте, созданному благодаря изменению внутреннего сопротивления полупроводника при изменении магнитного поля.
Рассмотрим более подробно датчик основный на эффекте Холла. Преобразователь Холла представляет собой четырехполюсник, выполняемый в виде тонкой пластинки. Электроды располагаются по ширине пластинки, для равномерного распределения тока. Потенциальные электроды расположены в центральной части пластинки.
Вследствие силы Лоренца электрические заряды накапливаются на одной части пластинки, и их количество уменьшается на другой части, это и есть разность потенциалов или ЭДС Холла. Показатели датчиков Холла зависят от толщины и ширины пластинники, материала пластинки.
Датчики Холла могут измерять постоянное и переменное магнитные поля и определять характеристики ферромагнитных материалов.
Магнитомодуляционные преобразователи
Магнитомеханические преобразователи – это магнитные приборы, принцип действия которых основан на взаимодействии постоянного магнита с магнитным полем. Магнитомеханические преобразователи можно условноразделить на две группы: магнит уравновешивается механическим моментом и не уравновешивается механическим моментом. К первому типу представленных преобразователей относят астатические преобразователи. Эти приборы содержат несколько постоянных магнитов, которые находятся так, чтобы в сумме их магнитный момент был равен нулю. В связи с их конструкцией магнитомеханический преобразователь не реагируют на однородное магнитное поле, а измеряет только переменное магнитное поле. В связи с этим датчики могут измерять слабо изменяющиеся магнитное поле Земли. Ко второй группе преобразователей относят датчики, которые показывает значение или градиента магнитной индукции, при помощи поворота магнита, например стрелка магнитного компаса. Главное достоинство таких преобразователей является измерение абсолютного модуля магнитной индукции B0. Феррозонды являются типичными магнитомеханическими преобразователями.
Таким образом, можно привести определенным образом классификацию приемных датчиков и сделать необходимый выбор. Квантовые датчики являются самыми точными из представленных, но основным минусом является большие размеры самого датчика. Индуктивные датчики имеют небольшие размеры, но они имеют невысокую точность. Гальванические датчики могут измерять только магнитные свойства, измеряемого вещества. Магнитомеханические датчики – феррозонды являются универсальными датчиками, они имеют относительно высокую точность и различные размеры датчиков, способные измерять магнитную индукцию в трех направлениях.