ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 131
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
По способу соединения измерительных обмоток преобразователи разделяются на абсолютные и дифференциалные.
Абсолютные ВТП как правило имеют одну измерительную обмотку (ОИ) абсолютное значение сигнала которой (ток, напряжение или э.д.с) считывается измерительной схемой прибора и отображается на индикаторах. По изменению сигнала судят об изменениях параметров объекта контроля.
Дифференциалные ВТП имеют как минимум две измерительные обмотки (ОИ1 и ОИ2), включенные встречно. Измерительная цепь считывает разницу сигналов измерительных обмоток, по изменению которой судят об изменениях параметров объекта контроля. Использование дифференциальных ВТП позволяет скомпенсировать влияние внешних магнитных полей, не связанных с объектом контроля, так как величина паразитного сигнала, наведенного внешним полем, в каждой измерительной обмотке одинакова и их разница будет равна нулю.
При абсолютных измерениях считываются показания основной величины (ее абсолютного значения) с использованием значения физической константы.
Дифференциальный метод измерений основан на сравнении одной величины с другой величиной (общей физической константы), имеющей известное значение, иногда называемой опорной. Результат измерения представлен как разница двух величин.
Вихоетоковые преобразователи могут быть абсолютными или дифференциальными.
Рассмотрим работу вихретокового трансформаторного дифференциального преобразователя, включающего возбуждающую и две измерительные катушки (рис. 4.1). Возбуждающая катушка W1 подключена к источнику питания и предназначена для возбуждения вихревых токов в объекте контроля. Измерительные катушки W2/и W2// включены последовательно встречно, образуя измерительную обмотку с общими выводами. В случае, когда преобразователь не установлен на объект контроля, магнитный поток Ф1, созданный возбуждающей катушкой W1, наводит в измерительных катушках э.д.с. e1 и e2. Поскольку измерительные катушки включены встречно наведенные в них э.д.с. будут действовать в противофазе и суммарная э.д.с. на выводах измерительной обмотки будет равна нулю.
Если преобразователь установить на объект контроля, то наведенные вихревые токи создадут собственный магнитный поток Ф2, направленный встречно потоку преобразователя. Как следствие э.д.с. измерительных обмоток
e1 и e2будет уменьшаться. При этом поток вихревых токов будет оказывать большее влияние на ближе расположенную к объекту контроля измерительную катушку W2//, вызывая существенное уменьшение ее э.д.с. На выводах измерительной обмотки появится сигнал рассогласования е = е1– е2.
Любое изменение параметров объекта контроля приводит к изменению вихревых токов и их магнитного потока. Соответственно будут изменяться э.д.с. измерительных катушек и их разница на выводах измерительной обмотки.
Преобразователи такого типа получили название дифференциальные, так как их выходным сигналом является не абсолютное значение э.д.с. измерительной катушки, а их разница. Такие преобразователи более устойчивы к влиянию внешних факторов (температура, электромагнитные помехи и пр.) и получили широкое распространение.
а б
Рисунок 4.1 – Схема вихретоковых преобразователей абсолютного (а) и дифференциального (б)
4.3. Распределение вихревых токов, связанное с положением катушки
Вихревые токи в объекте контроля стремятся замыкаться по траекториям близким к траектории тока, протекающего в витке обмотки возбуждения ВТП. При этом важно выбрать такое положение преобразователя относительно объекта контроля, что бы возможный дефект «разрывал» контур вихревого тока. В противном случае чувствительность к дефекту будет минимальна.
а б в
г д
Рисунок 4.2 – Положение катушки ВТП относительно объекта с дефектом «разрывающим» (а, б, в) и «не разрывающим» (г, д) контур вихревого тока
4.4 Классификация ВТП по расположению относительно объекта контроля
По расположению обмоток относительно объекта контроля ВТП делятся на накладные и проходные.
У накладных ВТП ось обмоток нормальна к поверхности объекта контроля, у проходных ВТП ось обмоток совпадает с продольной осью объекта контроля.
Обмотка проходного ВТП может располагаться внутри объекта контроля, тогда он будет называться внутренний проходной или охватывать объект контроля, тогда это будет наружный проходной ВТП.
а б в
Рисунок 4.3 – Различные типы ВТП: накладной (а), внутренний проходной (б), накладной экранный (в)
Отдельно можно отметить ВТП у которых измерительная и возбуждающая обмотки расположены с разных сторон объекта контроля (объект играет роль экрана между обмотками). Такая особенность расположения обмоток встречается и у накладных и у проходных ВТП и называются они экранные.
4.5 Использование преобразователей при различных формах ОК
Выбор преобразователя часто определяется формой объекта контроля и направлением дефектов, которые необходимо выявить. Так для выявления дефектов на внутренних поверхностях труб, отверстий, применяют внутренние проходные ВТП.
Для контроля прутков, проволоки и проката различной формы, наружных поверхностей труб применяют наружные проходные ВТП.
Для контроля толщины стального листа применяют накладные экранные ВТП.
Объекты сложной формы с наличием цилиндрических поверхностей удобно контролировать накладными ВТП.
Приборы, использующие накладные ВТП, как правило, являются универсальными.
4.6 Практические характеристики. Технология изготовления
4.6.1 Конструкция вихретоковых преобразователей
Конструкция ВТП зависит от его назначения, конструктивных особенностей объекта контроля, наличия мешающих параметров, требуемых параметров сигналов цепи возбуждения и измерительной цепи и других факторов.
ВТП может состоять из следующих элементов:
- катушки (возбуждающая и измерительные);
- ферромагнитный сердечник;
- корпус для размещения указанных элементов и удержания ВТП рукой или системой перемещения и стабилизации положения относительно объекта контроля;
- износостойкий протектор из неэлектропроводного материала, защищающий при контакте с объектом контроля и обеспечивающий необходимый зазор и профиль для перемещения по поверхностям сложной конфигурации;
- соединительные разъемы и кабели.
4.6.2 Технология изготовления
Катушки обмоток ВТП изготавливают путем намотки изолированного тонкого медного провода на каркас или методом литографии (путем «травления» медного слоя на изоляционном основании). При этом последний способ не только более технологичный, но и позволяет получить высокую воспроизводимость параметров катушек при серийном производстве, однако таким методом невозможно получить многовитковые обмотки.
Взаимное расположение катушек так же влияет на работу ВТП. Так при высоких частотах тока возбуждения на характеристики ВТП оказывает влияние взаимная емкость обмотки возбуждения и измерительной обмотки. Этот эффект можно нивелировать, выбрав правильное взаимное расположение катушек.
а б в
Рисунок 4.4 – Варианты расположения катушек ВТП: с большой паразитнй емкостью (а); с наименьшей паразитной емкостью (б); промежуточный вариант с малой паразитной емкостью (в)
При изготовлении ВТП приходится учитывать и другие особенности.
4.6.3 Электрические параметры катушки индуктивности
Основным параметр катушки является ее индуктивность.
Индуктивность имеет следующий физический смысл – это коэффициент пропорциональности между током, протекающим в замкнутом контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, охваченною этим контуром.
Ф = LI,
где Ф – магнитный поток, I – ток, протекающий в контуре, L – индуктивность.
Рисунок 4.5 – К понятию индуктивности
Очевидно, что индуктивность определяется параметрами витка (размеры, форма), а для катушки индуктивности еще и числом витков и магнитными свойствами (зависят от наличия ферромагнитного сердечника).
Индуктивность катушки:
, где μμ0 – абсолютная магнитная проницаемость среды, окружающей катушку, n – количество витков катушки, lи S – геометрические размеры катушки, длина и площадь витка соответственно.
Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн).
Индуктивность катушки и частота протекающего через нее тока определяют ее индуктивное сопротивление:
XL= ωL,
где ω = 2πf – циклическая частота напряжения источника питания катушки.
Потокосцепление магнитного потока с витками катушки определяется выражением:
или
где L – индуктивность катушки, n – количество витков.
От этого параметра зависит э.д.с. самоиндукции катушки. В соответствие с законом электромагнитной индукции в каждом витке катушки будет индуцироваться э.д.с., а на выводах катушки будет действовать суммарная э.д.с.:
, - э.д.с. самоиндукции. Согласно правилу Ленца эта э.д.с. направлена встречно напряжению приложенному к катушке от внешнего источника, что приведет к существенному снижению тока катушки. Это явление объясняет наличие у катушки индуктивного сопротивления XL, которое катушка оказывает протекающему через нее переменному току.
Помимо индуктивного сопротивления катушка обладает активным сопротивлением, зависящим от длины и площади сечения медного провода из которого выполнены витки катушки.
R =
,Где ρ – удельное сопротивление материала провода, l – длина провода, s – площадь поперечного сечения.
Рисунок 4.6 – Катушка индуктивности как простейший вихретоковый преобразователь
В некоторых случаях приходится учитывать собственную емкость катушки. Этот параметр, как правило, имеет малую величину и зависит от емкости между витками катушки, витками и сердечником, витками и объектом контроля и т.п.
Xс =
,где С – суммарная емкость катушки.
Полное сопротивление катушки определяется с учетом всех типов ее сопротивлеия:
Z =
.Катушка индуктивности является простейшим вихретоковым преобразователем и изменение параметров объекта контроля приводит в конечном итоге к изменению электрических параметров катушки (сопротивления) и как следствие изменению тока, который отслеживается измерительной схемой дефектоскопа. Такие преобразователи получили название – параметрические.