Информационно-образовательная среда

Домашнее задание по дисциплине: «Неразрушающий контроль узлов и деталей подвижного состава» для группы Т-47  от 27.02.26

Классификация и применение вихретоковых преобразователей (ВТП).

Классификация и применение вихретоковых преобразователей (ВТП). По рабочему положению относительно объекта контроля преобразователи делят на проходные, накладные и комбинированные.

Накладные преобразователи выполняют с ферромагнитными сердечниками или без них. Благодаря ферромагнитному сердечнику (обычно ферритовому) несколько повышается абсолютная чувствительность преобразователя и уменьшается зона контроля за счет локализации магнитного потока.

Проходные ВТП целят на наружные, внутренние, погружные. Отличительная особенность проходных ВТП в том, что в процессе контроля они проходят либо снаружи объекта, охватывая его, либо внутри  объекта  либо погружаются в жидкий объект. Обычно проходные ВТП имеют однородное магнитное поле в зоне контроля, в результате чего радиальные смещения однородного объекта контроля не влияют на выходной сигнал преобразователя. Для этого длина L возбуждающей обмотки должна не менее чем в 34 раза превышать ее диаметр D, а длина Ly измерительной обмотки, размещенной в середине возбуждающей обмотки, должна быть значительно меньше длины последней. Однородное поле получают также, применяя возбуждающую обмотку, выполненную в виде колец Гельмгольца, и измерительную — в виде короткой катушки, причем

Комбинированные преобразователи представляют собой комбинацию накладных и проходных ВТП. К ним относятся также ВТП в виде линейнопротяженных витков или рамок, которые можно условно назвать линейными

Особую разновидность представляют собой экранные ВТП, отличающиеся тем, что их возбуждающие и измерительные обмотки разделены контролируемым объектом. Различают накладные экранные ВТП  и проходные экранные ВТП — соответственно преобразователи первого и второго типов

По виду преобразования параметров объекта в выходной сигнал преобразователя ВТП делят на трансформаторные и параметрические. В трансформаторных ВТП, имеющих как минимум две обмотки (возбуждающую и измерительную), параметры объекта контроля преобразуются в напряжение измерительной обмотки, а в параметрических ВТП, имеющих, как правило, одну обмотку, — в комплексное сопротивление. Преимущество параметрических ВТП заключается в их простоте, а недостаток, который в трансформаторных ВТП выражен значительно слабее, — в зависимости выходного сигнала от температуры преобразователя.

В зависимости от способа соединения обмоток различают абсолютные и дифференциальные ВТП.

Выходной сигнал абсолютного ВТП определяется абсолютным значением .параметров объекта, а дифференциальногоприращениями этих параметров. Выходной сигнал дифференциального ВТП зависит и от абсолютных значений параметров объекта, но при малых приращениях этих параметров можно считать, что он определяется только приращениями.

Накладными ВТП контролируют в основном объекты с плоскими поверхностями и объекты сложной формы. Эти преобразователи применяют также, когда требуется обеспечить локальность и высокую чувствительность контроля. Наружными проходными ВТП контролируют линейно протяженные объекты (проволоку, прутки, трубы и т.д.); применяют их и при массовом контроле мелких изделий. Внутренними проходными ВТП контролируют внутренние поверхности труб, а также стенки отверстий в различных деталях. Проходные ВТП дают

а—с проходной возбуждающей и накладной измерительными обмотками; б — линейные интегральную оценку контролируемых параметров по периметру объекта, поэтому они обладают меньшей чувствительностью к локальным вариациям его свойств.

Погружные ВТП применяют для контроля жидких сред, экранные накладные — для контроля листов, фольги, тонких пленок, а экранные проходные — для контроля труб.

С помощью дифференциальных ВТП «самосравнения» можно резко повысить отношение сигнал/помеха в дефектоскопии. При этом обмотки преобразователя размещают так, чтобы их сигналы исходили от близкорасположенных участков контроля одного объекта. Это позволяет уменьшить влияние плавных изменений электрофизических и геометрических параметров объектов. При использовании проходных преобразователей с однородным магнитным полем в зоне контроля значительно уменьшается влияние радиальных перемещений объекта. Применяя экранные накладные преобразователи, можно практически исключить влияние смещений объекта между возбуждающей и измерительной обмотками. Преобразователи с взаимно перпендикулярными осями обмоток нечувствительны к изменению электрофизических характеристик однородных объектов. При нарушении однородности объекта, например при появлении трещин, на выходе такого преобразователя возникает сигнал. Аналогично работают и комбинированные преобразователи. Они также могут быть применены для дефектоскопии. Их недостаток заключается в сильном влиянии перекосов осей преобразователей относительно поверхности объектов контроля.

Чтобы уменьшить влияние края объекта на сигналы ВТП, применяют концентраторы магнитного поля в виде ферритовых сердечников и электропроводящие неферромагнитные экраны, вытесняющие магнитное поле из занятой ими зоны. При размещении экранов в торцах проходных преобразователей влияние краев объектов контроля уменьшается, но при этом ухудшается однородность поля в зоне контроля. Специальные экраны с отверстиями могут служить «масками», при этом отверстие служит источником магнитного поля, возбуждающего вихревые токи в объекте. При использовании «масок» значительно снижается чувствительность ВТП, но повышается их локальность. Повышения локальности ВТП добиваются также комбинацией кольцевых ферромагнитных сердечников с электропроводящими неферромагнитными (обычно медными) экранами и короткозамкнутыми витками, вытесняющими магнитный поток из сердечников в зону контроля. Кольцевые ферритовые сердечники служат также основой щелевых ВТП, применяемых для контроля проволоки. Для ослабления влияния радиальных перемещений объекта контроля на сигналы ВТП применяют экранирование магнитопровода вблизи щели с целью повышения однородности магнитного поля в щели.

Трансформаторные ВТП обычно включают по дифференциальной схеме. При этом возможны схема сравнения со стандартным образцом и схема «самосравнения». В первом случае рабочий и образцовый ВТП не связаны индуктивно и имеют независимые измерительные и возбуждающие обмотки. Во втором случае возбуждающая обмотка часто служит общей для двух измерительных. При включении ВТП по дифференциальной схеме повышается стабильность работы прибора. Однако в ряде случаев измерительную обмотку включают последовательно с компенсатором, представляющим собой регулятор амплитуды и фазы напряжения. При этом компенсатор выполняет роль образцового ВТП: когда рабочий ВТП контролирует стандартный образец, то компенсатором устанавливается требуемое напряжение компенсации. Такая схема позволяет устранить нестабильность, связанную с разогревом стандартного образца вихревыми токами.

При использовании дифференциальной схемы обычно не исключается применение компенсатора, который в этом случае необходим для компенсации напряжения, вызванного неидентичностью рабочего и образцового ВТП, и включается последовательно со встречновключенными измерительными обмотками.

Компенсаторы часто выполняют в виде разнообразных фазорегуляторов и аттенюаторов — пассивных (RC и LC типов) и активных. Эффективны компенсаторы в виде регуляторов действительной и мнимой составляющих вектора компенсирующего напряжения.

Параметрические ВТП включают в схему, преобразующую изменение их комплексного сопротивления в изменение амплитуды и фазы (или частоты) напряжения. При включении параметрических ВТП в резонансные контуры, а также в контуры автогенераторов абсолютная чувствительность устройства повышается.

Контрольные вопросы:

1.      На какие типы делятся   вихретоковые преобразователи?

2.      На какие типы делятся проходные  вихретоковые преобразователи?

3.      На какие типы делятся преобразователи по виду преобразования параметров объекта в выходной сигнал?

4.      Какие объекты контролируют с помощью накладных преобразователей?

5.      Какие объекты контролируют с помощью погружных преобразователей?