Классификация вихретоковых преобразователей

В настоящее время разработано большое количество типов и разновидностей ВТП. Прежде всего, по типу преобразования параметров ОК в выходной сигнал ВТП подразделяются на параметрические и трансформаторные.

Рис. 5.1. Накладные вихретоковые преобразователи с различными видами катушек: а – круглые коаксиальные; б – прямоугольные; в – прямоугольные крестообразные; г – с взаимно-перпендикулярными осями; д – экранный ВТП с расположением возбуждающих 2 и измерительных 3 катушек по разные стороны ОК

Параметрический ВТП имеет лишь одну возбуждающую обмотку, параметры которой (активное и индуктивное сопротивления) зависят от параметров ОК, температуры окружающей среды и расстояния между ВТП и ОК.

Трансформаторный ВТП помимо возбуждающей обмотки имеет еще и измерительную обмотку, ЭДС которой зависит от параметров ОК.

Преимущество параметрических ВТП заключается в их простоте, а недостаток, который значительно слабее выражен в трансформаторных ВТП, - в зависимости выходного сигнала от температуры преобразователя.

В зависимости от расположения ВТП по отношению к объекту контроля их делят на проходные, накладные и комбинированные.

Проходные ВТП обычно разделяют на наружные, внутренние, погружные и экранные.

Накладные ВТП выполняют с ферромагнитными сердечниками и без них. Благодаря ферромагнитному сердечнику (обычно ферритовому), повышается чувствительность (абсолютная) к изменению контролируемых параметров и формируется электромагнитное поле заданной топологии.

Контроль с помощью накладных вихретоковых преобразователей

С помощью накладных ВТП решаются следующие задачи: измерение толщины листов, непроводящих покрытий на металлическом основании и проводящих покрытий на разных основаниях; контроль удельной электрической проводимости металлов и сплавов (цветных, тугоплавких, коррозионно-стойких сталей и др.); дефектоскопия изделий самой разнообразной формы и структуроскопия (соответствие заданной марке сплава, измерение твердости, оценка прочностных характеристик, оценка качества термообработки и др.) деталей из немагнитных сплавов, а в некоторых случаях и из ферромагнитных сталей и композитных материалов.

В зависимости от конкретной решаемой контрольно-измерительной задачи используют накладные преобразователи различной конструкции.

Прежде всего, накладные ВТП могут быть параметрическими, имеющими одну обмотку, и трансформаторными с двумя или более обмотками.

Параметрические ВТП характеризуются индуктивностью L (индуктивным сопротивлением L) и активным сопротивлением R. Трансформаторные ВТП состоят из возбуждающей обмотки, по которой протекает электрический ток, и измерительных обмоток, с которых снимаются напряжения, несущие ту или иную информацию о параметрах объекта контроля. К выходным величинам, на которые переносится информация об ОК, в трансформаторном ВТП относятся не только индуктивность L и активное сопротивление R обмоток, но и взаимоиндуктивность М (сопротивление взаимоиндуктивности М), связанная обычно с выходным напряжением и его фазой, в виду чего ее значение может представляться комплексным числом.

Рис. 5.2. Накладные локальные ВТП:

а – с концентратором в виде медной пластинки; б,в – с магнитопроводами специальной формы; г – с отверстием в неферромагнитном электропроводящем экране; д – с короткозамкнутым витком на магнитопроводе; 1, 2 – возбуждающая и измерительные обмотки; 3 – ОК; 4 - магнитопровод; 5 - концентратор

Рис. 5.3. Основные варианты конструкций накладных ВТП:

а, б, в – с одной, двумя, тремя обмотками соответственно; г – в виде катушки индуктивности; д – в виде воздушного трансформатора; е – в виде трансформатора с ферромагнитным сердечником

Параметрический накладной ВТП имеет одну обмотку (рис. 5.3,а), представляющую собой, по существу, катушку индуктивности (рис. 5.3, г). При поднесении ВТП к ОК в результате появления вторичного магнитного поля вихревых токов его индуктивность изменяется (чаще всего уменьшается), а активное сопротивление из-за потерь энергии от протекающих в ОК вихревых токов увеличивается. По приращению этих параметров можно судить о свойствах контролируемого объекта.

Трансформаторный накладной ВТП с двумя или большим числом обмоток (рис. 5.3. б, в), фактически представляет собой катушку взаимоиндуктивности в виде воздушного трансформатора (рис. 5.3. д) или трансформатора с ферромагнитным сердечником (рис.5.3, е). В этом случае чаще всего его выходной величиной является напряжение на обмотках , , характеризующееся обычно модулем U и фазой  или действительной и мнимой составляющими напряжения на вторичной обмотке.

При поднесении трансформаторного ВТП к ОК, помимо индуктивности и активного сопротивления, изменяется взаимоиндуктивность М между обмотками (чаще всего уменьшается) и, как следствие, изменяется модуль напряжения на обмотках (U₁, U₂), а из-за задержки во времени изменяются и их фазы ₁ и ₂. По приращению всех этих параметров или их сочетанию можно судить о свойствах контролируемого объекта, что обусловливает большую информационную ценность применения трансформаторных преобразователей. Кроме того, как правило, параметры трансформаторных ВТП более стабильны и меньше зависят от внешних условий (температуры, влажности и др.), что определяет их большее использование.

Изменения выходных величин (L, R, M, U,  и др.), характеризующих влияние контролируемого объекта на накладной ВТП, обычно называют вносимыми значениями. Естественно, чем больше значения вносимых величин по сравнению с собственными параметрами накладного ВТП, тем проще проводить их обработку в целях выделения полезной информации на фоне внешних и внутренних помех. Поэтому важное значение имеют оценка и анализ полученных вносимых величин для конкретного накладного ВТП.