и (t) имеют монотонный характер до значений толщины пластины, соизмеримых с глубиной проникновения электромагнитного поля. Это говорит о принципиальной возможности использования вихретокового преобразования для измерения толщины немагнитных пластин и листов. При этом частота тока возбуждения должна выбираться из условия превышения глубины проникновения электромагнитного поля максимального значения измеряемой толщины.

На рис. 4 показаны годографы относительного вносимого напряжения вихретокового преобразователя, расположенного над электропроводящим ферромагнитным полупространством, от изменения удельной электрической проводимости материала , частоты тока возбуждения , магнитной проницаемости материала _r.

Сплошными линиями показаны годографы для предельных случаев _r=1 (немагнитный материал) и _r  (материал с сильно выраженными магнитными свойствами). Годографы от изменения _rв интервале 1…, показанные на рисунке штрихпунктирными линиями, лежат в области комплексной плоскости, ограниченной вышеназванными линиями. Характерное отличие годографов рис. 4 для ферромагнитного объекта от годографов для немагнитных объектов заключается в том, что их большая часть лежит в первом квадранте комплексной плоскости. При увеличении удельной электрической проводимости материала наблюдается монотонное изменение фазы от 90 до 90, а при увеличении относительной магнитной проницаемости _r– монотонное увеличение амплитуды . Такой характер функциональных зависимостей () и говорит о возможности использования вихретокового измерительного преобразования для измерения как электрических, так и магнитных характеристик ферромагнитных объектов.

Благодаря физическим особенностям возбуждения и пространственного распределения индуцируемых в электропроводящем объекте вихревых токов, вихретоковое измерительное преобразование позволяет получать измерительную информацию о наличии и характеристиках структурных неоднородностей поверхностного слоя объекта. Таковыми неоднородностями могут быть

---

, например области объекта с отличающимися от других электрическими и магнитными свойствами материала, включения из непроводящего и слабо проводящего материала, различные поры и трещины.

На рис. 5 иллюстрируется взаимодействие магнитного поля круглой обмотки с электропроводящей пластиной, имеющей прорезь (дефект). Возбуждаемые в поверхностном слое пластины вихревые токи в случае расположения прорези под обмоткой возбуждения вынужденно обтекают это препятствие. На рисунке схематично показана форма контура вихревых токов.

Н
аличие прорези вызывает, таким образом, изменение размеров и формы контуров вихревых токов по сравнению с контурами этих токов на соседних бездефектных участках поверхности объекта, а это в свою очередь приводит к изменению вносимого напряжения измерительной обмотки .

На рис. 6 показаны годографы приращения относительного вносимого напряжения от изменения глубины s, длины l и глубины залегания d плоского прямоугольного дефекта (непроводящего включения) в поверхностном слое немагнитного полупространства (пластины, толщина которой значительно превосходит глубину проникновения электромагнитного поля). Принималось, что радиусы обмотки возбуждения и измерительной обмотки имеют одинаковый радиус R, малое поперечное сечение и расположены вплотную друг к другу непосредственно над дефектом на расстоянии от поверхности пластины. Значение обобщенного параметра принималось равным трем. При данных условиях максимальное значение амплитуды вызываемого дефектом приращения относительного вносимого напряжения соответствует случаю, когда l   (длина дефекта значительно превосходит размеры обмоток), s   (глубина дефекта превышает радиус обмоток), а d  0 (дефект выходит на поверхность пластины). При уменьшении длины l и глубины s дефекта, а также увеличении глубины его залегания d амплитуда снижается.

Таким образом, вихретоковое преобразование позволяет не только установить наличие дефекта, но и получить информацию о его геометрических параметрах.

---

Контрольные вопросы.

1. 
   В чем заключается причина возникновения и каков характер пространственного распределения вихревых токов в электропроводящем объекте, находящемся в переменном магнитном поле?
   
2. 
   Каков характер зависимости амплитуды, фазы и пространственного распределения вихревых токов от частоты тока возбуждения, взаимного расположения обмотки и электропроводящего объекта, электромагнитных параметров материала объекта и особенностей его структуры?
   
3. 
   Что такое начальное и вносимое напряжения трансформаторного вихретокового измерительного преобразователя? Что такое годографы вносимого напряжения?
   

4. 
   Какими физическими параметрами определяется электрический сигнал вихретокового преобразователя при взаимодействии его магнитного поля с плоским электропроводящим объектом?
   
5. 
   Какова зависимость электрического сигнала вихретокового преобразователя при взаимодействии его магнитного поля с электропроводящим объектом от дефектов поверхностного слоя объекта?
   
6. 
   Для решения каких измерительных задач может быть использовано вихретоковое измерительное преобразование?
   
7. 
   Какой информативный параметр сигнала ВТП целесообразно использовать для контроля толщины электропроводящего объекта?
   
8. 
   Какой информативный параметр сигнала ВТП целесообразно использовать для контроля толщины диэлектрического покрытия электропроводящего объекта?
   
9. 
   Какие соображения должны учитываться при выборе частоты тока возбуждения для контроля толщин стенки электропроводящего объекта и диэлектрического покрытия на его поверхности?
   

2. 
   Цель работы.
   

Исследование информативных возможностей вихретоковых методов контроля для получения измерительной информации об электромагнитных и геометрических параметрах электропроводящих объектов.

3. 
   Приборы и оборудование.
   

1. 
   Система вихретокового контроля СВК-03 с накладным вихретоковым преобразователем.
   
2. 
   Набор плоских электропроводящих и диэлектрических образцов различной толщины.
   
3. 
   Электропроводящие объекты с искусственными и естественными дефектами.
   
3. 
   Программа работы
   
   1. 
      Определить зависимости относительного вносимого напряжения накладного дифференциального ВТП от зазора ВТП h (толщины диэлектрического покрытия электропроводящего объекта) для различных частот тока возбуждения : годограф от изменения h, зависимости и
      
   2. 
      Определить зависимость относительного вносимого напряжения накладного дифференциального ВТП от толщины электропроводящей пластины tдля различных частот тока возбуждения : годограф от изменения t, зависимости и .
      
   3. 
      Определить зависимость вносимого напряжения накладного дифференциального ВТП от удельной электрической проводимости электропроводящей пластины для частоты тока возбуждения : годограф от изменения , зависимости и .
      
   4. 
      Исследовать краевой эффект при вихретоковом контроле толщин электропроводящей пластины и ее диэлектрического покрытия для накладного дифференциального ВТП.
      
   5. 
      Для полученной в п. 4.1 зависимости для частоты тока возбуждения 2500Гц найти полиномиальную и экспоненциальную аппроксимирующие функции. Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
      
   6. 
      Используя полученную в п. 4.1 зависимость для частоты тока возбуждения 2500Гц найти полиномиальную аппроксимирующую функцию обратного преобразования . Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
      
   7. 
      Для полученной в п. 4.2 зависимости для частоты тока возбуждения 250Гц найти полиномиальную аппроксимирующую функцию. Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
      
   8. 
      Используя полученную в п. 4.2 зависимость для частоты тока возбуждения 250Гц найти полиномиальную аппроксимирующую функцию обратного преобразования . Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
      
   9. 
      Для полученной в п. 4.3 зависимости для частоты тока возбуждения 100кГц найти полиномиальную аппроксимирующую функцию. Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
      
   10. 
       Используя полученную в п. 4.3 зависимость для частоты тока возбуждения 100кГц найти полиномиальную аппроксимирующую функцию обратного преобразования . Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
       
   11. 
       Определить зависимость вносимого напряжения мультидифференциального ВТП дефектоскопа для различных образцов от перемещения x преобразователя над поверхностной прорезью разной глубины d для частоты тока возбуждения 150 кГц: годограф от изменения x, зависимость .
       
   12. 
       Определить зависимость максимального значения амплитуды вносимого дефектом (прорезью) напряжения мультидифференциального ВТП дефектоскопа от глубины дефекта для различных образцов для частоты тока возбуждения 150 кГц.
       
   13. 
       Определить зависимость максимального значения амплитуды вносимого дефектом (прорезью) напряжения мультидифференциального ВТП дефектоскопа от зазора ВТП для различных образцов и для различных значений глубины дефекта d для частоты тока возбуждения 150 кГц.
       
   14. 
       Исследовать краевой эффект при вихретоковой дефектоскопии различных электропроводящих плоских объектов для накладного мультидифференциального ВТП дефектоскопа.
       
   15. 
       Для полученных в п. 4.11 зависимостей найти полиномиальные аппроксимирующие функции. Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
       
   16. 
       Используя полученную в п. 4.11 зависимость найти полиномиальную аппроксимирующую функцию обратного преобразования . Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
       
   17. 
       Для полученных в п. 4.13 зависимостей найти полиномиальную аппроксимирующую функцию. Определить абсолютную и относительную погрешности аппроксимации, а также среднюю ошибку аппроксимации.
       

---

3. 
   Руководство по эксплуатации системы вихретокового контроля СВК-03.
   
   1. 
      Назначение системы вихретокового контроля.
      

Система вихретокового контроля СВК-03 предназначена для нахождения функциональных зависимостей вносимого напряжения ВТП от основных влияющих параметров электропроводящего объекта контроля с использованием различных ВТП и частот тока возбуждения.

2. 
   Устройство и принцип действия системы вихретокового контроля.
   

Система вихретокового контроля СВК-03 имеет в своем составе DDS генератор, усилитель мощности, исследуемый вихретоковый преобразователь, измеритель вносимых напряжений ИВН-03, и компьютер. Подключение измерителя вносимых напряжений к персональному компьютеру осуществляется с помощью устройства сбора данных NI USB-6002. На рис. 7 показана схема электрических соединений.

Частота и амплитуда синусоидального тока возбуждения задаются с помощью DDS генератора. Выходной сигнал генератора подается на обмотку возбуждения ВТП после усиления усилителем мощности УМ.

На рис. 8 схематично показана конструкция накладного трансформаторного ВТП, содержащего обмотку возбуждения w₁, измерительную обмотку w₂₁ и компенсационную обмотку w₂₂.

Синусоидальный ток заданной частоты, протекающий по обмотке возбуждения, создает магнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте контроля (ОК). Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на обмотки ВТП, наводя в них ЭДС.

Напряжение измерительной обмотки состоит из двух частей . Начальное напряжение U₀ наводится в измерительной обмотке в отсутствии объекта контроля за счет индуктивной связи между возбуждающей и измерительной обмотками ВТП.

Вносимое напряжение U_вн наводится вихревыми токами, протекающими в объекте контроля. Оба напряжения являются комплексными. Начальное напряжение U₀ зависит от частоты тока возбуждения и параметров ВТП, а вносимое напряжение U_вн определяется параметрами объекта контроля и взаимным расположением ВТП и ОК.

Начальное напряжение компенсационной обмотки благодаря ее конструкции и расположению равно по амплитуде начальному напряжению измерительной обмотки U₀, а вносимое напряжение практически отсутствует. Благодаря встречному включению измерительной и компенсационной обмоток при отсутствии вблизи ВТП электропроводящего объекта выходной сигнал вихретокового преобразователя близок нулю. При наличии вблизи ВТП электропроводящего объекта магнитное поле вихревых токов обуславливает возникновение выходного сигнала (вносимого напряжения) ВТП. Измерителем вносимых напряжений ИВН-03 осуществляется выделение комплексных составляющих сигнала ВТП. Выходные сигналы блока ИВН-03 пропорциональны амплитудам действительной и мнимой комплексных составляющих вносимого напряжения: Re

---

Ū_вн, ImŪ_вн. Для выполнения этого амплитудно-фазового преобразования кроме основного выхода синусоидального сигнала DDS генератора используются подключенные к ИВН-03 выходы опорных напряжений генератора, синфазного и квадратурного выходному синусоидальному сигналу.

Устройством  сбора  данных осуществляется преобразование выходных сигналов блока ИВН-03 в цифровую форму, пригодную для дальнейшего преобразования вычислительным блоком.



Вычислительным блоком осуществляется дополнительная компенсация начального напряжения ВТП, определение значений действительной и мнимой комплексных составляющих, амплитуды и фазы вносимого напряжения, индикация и сохранение результатов измерений, запись этих результатов в файл.

3. 
   Основные технические характеристики системы вихретокового контроля СВК-03.
   

   Диапазон частот, Гц	100…1106
   Максимальная амплитуда выходного напряжения усилителя мощности, В	12
   Максимальная амплитуда силы выходного тока усилителя мощности, А	0,5
   Коэффициент усиления вносимого напряжения ВТП	12,8
   Максимальное значение выходных напряжений измерителя вносимых напряжений, В	4,5
   Основная относительная погрешность измерения, не более %	3

4. 
   Порядок работы.
   

Для подготовки к работе системы вихретокового контроля СВК-03 необходимо выполнить соединение составных частей системы штатными соединительными кабелями (рис. 7).

Для начала работы системы необходимо включить питания DDS генератора, блока ИВН-03, усилителя мощности и осуществить пуск персонального компьютера.

Задание частоты и амплитуды выходного напряжения DDS генератора осуществляется с помощью кнопок управления и дисплея, расположенных на его лицевой панели. Выбор режима контроля осуществляется в режиме системных настроек, включаемого нажатием кнопки «SYS». Далее поворотом ручки энкодера осуществляется выбор нужного режима из списка таблицы 1.

---

Смотрите также файлы

• .doc

• Являлся ли Черный мор главной причиной крестьянских восстаний в Европе.docx

• Основные черты законов Хаммурапи.docx

• Сро 8 Тип микроскопа.docx

• Общая тематика Контекстная реклама.docx