Реферат: Багатопараметровий вихорострумовий перетворювач для безконтактного контролю провідних трубчатих виробів

а і b– зовнішній і внутрішній радіуси труби; f – частота змінення магнітного поля.

Зв’язок між параметрами х і у здійснюється виразом

, (13)

де d – товщина стінки труби; тобто d=а–b.

Функції Кельвіна протабульовані у довідковій літературі. Тому можна знайти універсальні залежності фазового кута j та модуля параметра K від х при різних значеннях d/a для феромагнітних труб (з m_r ³50, практично важливий випадок). Ці залежності представлені на рис. 2 і 3.

Аналогічні залежності фазового кута j і модуля K від х для різних d/a були одержані при використанні немагнітних труб.

На основі універсальних функцій j=f(х) і K=f(х) можна розробити алгоритм сумісного визначення значень m_r і s матеріалу трубчастих виробів. Цей алгоритм, який характеризує метод фіксованої частоти, заключається у наступному. При заданому зовнішньому радіусі а, відношення d/a і частоти зміни магнітного поля, вимірюють фазовий кут j, а по ньому, використовуючи залежність j від х (див. рис. 2) знаходять параметр х, і далі на основі функції K=f(х) при тому ж відношенні d/a визначають параметр K, а потім при знайденому параметрі х, і відомому коефіцієнті заповнення h, а також за виміряними значеннями ерс Е₂₃ і Е₀₃ знаходять з урахуванням (1) магнітний параметр виробу m_r із співвідношення

. (14)

Електропровідність виробу визначають на основі (11) з виразу

. (15)

Формули (14) і (15) дають можливість визначити m_r і s в послідовному циклі, тобто спочатку знайти m_r , а далі s. У паралельному циклі величину m_r знаходять із виразу (14), а s, використовуючи формулу

. (16)

Паралельний цикл прискорює процес розрахунків m_r і s, що важливо при автоматизації контролю. Окрім вказаних універсальних залежностей j і K від х, у роботі були введені інші удосконалені функції перетворення, тобто K=f(j) і N_х =K×х² =f(j), де N_х - параметр, який характеризує собою нормовану ерс Е_23Н , обумовлену магнітним потоком всередині ТЕМП (де Е_23Н =Е₂₃ /Е₀ ). Ці дві функції дозволяють визначити значення m_r і s за допомогою двох незалежних кривих: K=f(j) і N_х =f(j). Дійсно, після виміру в експерименті фазового кута j на основі функції K=f(j) для заданих d/a і а знаходять параметр K, а по ньому, виходячи із (14), визначають m_r , а величину s розраховують із співвідношення

, (17)

де параметр N_х знаходять при відомих d/a і а за допомогою функції N_х =f(j) для визначеного у експерименті значення фазового кута j.

Як бачимо з (14) і (17), m_r розраховують на основі використання тільки кривої K=f(j), а s - тільки, виходячи з функції N_х =f(j), причому обидва параметри m_r і s залежать від електричних параметрів перетворювача, що вимірюються, і відомих величин. Формули (14) і (17) характеризують паралельний цикл визначення m_r та s.

В цьому ж розділі описана схема установки ТЕМП для контроля електромагнітних параметрів m_r і s труб з компенсацією частини ерс ТЕМП, обумовленої магнітним потоком в повітряному зазорі між трубою та вимірювальною обмоткою ТЕМП. Схема дозволяє генератором Г встановлювати струм I і частоту f. Струм вимірюють амперметром А до частот 1500 Гц і за допомогою падіння напруги, що показує вольтметр В, на зразковому опорі R₀ (при f>1500 Гц). Ерс Е₂₃ з включених на зустріч вимірювальної обмотки робочого РП і вторинної обмотки компенсаційного КП перетворювачів визначається вольтметром В₂ . Значення ерс Е₀ з виходу вторинної обмотки опорного перетворювача регіструється вольтметром В₃ . Фазовий кут j між Е₂₃ і Е₀ вимірюється фазометром Ф. На цій схемі (див. рис. 4) були одержані результати експериментального визначення m_r і s матеріалу трубчастих виробів. Результати, отримані розробленим методом з фіксованою фазою j і контрольними методами (балістичним при визначенні m_r і мостовим для вимірювання s) гарно співпадають.

У другому розділі приведені схеми установок, які працюють на основі параметричного електромагнітного перетворювача ПЕМП з циліндричним трубчастим виробом. Розглянуто основні співвідношення, які описують роботу цих установок. Показано достоїнства і недоліки ТЕМП і ПЕМП, які використаються для сумісного контролю m_r і s.

У третьому розділі розглянуто електромагнітний метод і реалізуючий його пристрій для одночасного контролю m_r і s трубчастих виробів на основі застосування фіксованих значень фазового кута j. Використовуючи формули (1)-(10) можна визначити залежності m_r і х від нормованого магнітного потоку Ф_н у трубі, причому

, (18)

де Ф₂₃ – магнітний потік всередині труби, який створює ерс Е₂₃ ; Ф₀ – магнітний потік ТЕМП при відсутності в ньому виробу; Ф₀ індукує ерс Е₀ .

На рис. 5 і 6 показано функції перетворення m_r =f(Ф_н ) і х=f(Ф_н ) при фіксації фази j=const=15°. Алгоритм визначення значень m_r і s при використанні методу фіксованої фази, j=const такий. Змінюють частоту магнітного поля, зондуючого трубу до тих пір, коли фазовий кут j зрівняється з заданим значенням (наприклад, j=15°). При цьому треба забезпечити умову h®1, котра реалізується шляхом компенсації частини сумарної ерс, пов’язаної з магнітним потоком у повітряному зазорі. Знайшовши в схемі рис. 4 ерс Е₂₃ , Е₀ при фіксованій частоті, яка відповідає j=const, на основі (18) знаходять Ф_н , а потім за допомогою графіка рис. 5 при заданому відношенні d/a визначають m_r . Другий графік залежності х від Ф_н (див. рис. 6) дає можливість знайти для того ж d/a величину х. Останній параметр, та відомий радіус труби а, а також знайдені значення m_r і f дозволяють визначити s з співвідношення (15).

Був проведений експеримент на зразках труб, виконаних із різних матеріалів. Наприклад, зразок: сталь 3; d/a=0,2; a=1,5×10^-3 м, довжина зразка 0,5 м; перетворювач: ТЕМП, а_П =25×10^-3 м, напруженість магнітного поля Н₀ =60 А/м; h=1. Вимірювальні значення величин: f=2348,2 Гц, j=15°, Е₂₃ =0,203 В, Е₂₀ =5,82×10^-3 В (де Е₂₀ – ерс ТЕМП при наявності компенсації ефектів зазору у відсутності зразка всередині ТЕМП)

. (19)

Розрахункові значення m_r =99,9; х₀ =4,69968; s=0,529×10⁷ См/м.

У цьому ж розділі було розроблено метод безконтактного визначення зовнішнього діаметра і питомої електричної провідності немагнітних труб. Був введений комплексний параметр N, формули визначення модуля і його фази j_вн якого мають вигляд при m_r =1

, (20)

, (21)

де Е_вн – внесена виробом у ТЕМП ерс, ReK і ImK – реальна та уявна частини параметра K; j_вн – фазовий кут внесеної ерс Е_вн .