CS272321B1

CS272321B1 - Zařízení k měření trhlin v elektricky vodivých materiálech

Info

Publication number: CS272321B1
Application number: CS8710274A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Kunt
Original assignee: Jaroslav Kunt
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1991-01-15
Also published as: CS1027487A1

Abstract

Zařízení k měření hloubky, délky a sklonu trhlin v elektricky vodivých materiálech střídavou potenciometrickou metodou umožňuje u všech běžně používaných materiálů měřit uvedené veličiny bez použití etalonů umělých trhlin s využitím neporušeného místa poblíž trhliny ke kalibraci zařízení. Další výhodou zařízení je podstatné zjednodušení při kalibraci, nulování a volbě rozsahů při využití zařízení, včetně možnosti použití jen jednoho snímače pro všechny používané rozsahy měření. Zařízení se skládá z měřicího zařízení obsahujícího jeden ovládací prvek obvodu (8) a ze snímače, sestávajícího nejméně ze dvou proudových elektrod (3 a 4) a nejméně dvou napěťových elektrod (5 a 6). Dále je opatřeno ručkovým měřidlem (11) s nejméně dvěma měřicími stupnicemi s vyznačením nuly (14) méně citlivého rozsahu a nuly (15) citlivějšího rozsahu a mechanickou nulou (13).

Description

Vynález se týká zařízení k měření trhlin v elektricky vodivých materiálech, zejména jejich tvaru, délky a sklonu pomocí střídavé potenciometrické metody s využitím nízké frekvence střídavého pracovního proudu.

V současné době se při měření hloubky trhlin v elektricky vodivých materiálech v defektoskopické praxi nejčastěji’používá potenciometrické metoda, která v tomto oboru dosahuje oproti metodám vířivých proudů a metodám ultrazvukovým nejpřesnějších výsledků. Potenciometrická metoda je založena na principu měření elektrické vodivosti ve směru kolmém k ploše trhliny. Praktická aplikace metody se provádí tak, že dvěma elektrodami se zavádí do zkoušené části povrchu střídavý nebo stejnosměrný proud a dalšími nejméně dvěma elektrodami, umístěnými mezi elektrodami přivádějícími proud, se měří úbytek napětí na úseku s trhlinou. 3e zřejmé, že proud musí trhlinu podcházet, takže jeho dráha se prodlužuje s rostoucí hloubkou trhliny. Ξ rostoucí délkou dráhy roste i její odpor, takže úbytek napětí v měřeném úseku s trhlinou se rovněž zvětšuje. Pokud jde o druh pracovního proudu, lze použít proud stejnosměrný i střídavý. Použití stejnosměrného proudu má výhodu v tom, že při dostatečné proudové hustotě v měřeném materiálu je možno indikovat i vady umístěné pod jeho povrchem. Podstatnou nevýhodou stejnosměrné metody je nutnost používat proud řádově 10 A. Střídavá potenciometrické metoda má proti stejnosměrné určité výhody. Střídavý proud probíhá následkem povrchového jevu povrchovou vrstvou a tím je jeho velikost pro stejný rozdíl měřeného napětí podstatně menší. Při praktickém měření se používá maximálně 1 A. Potenciometrické metoda je svou jednoduchostí, časovou nenáročností i na kvalifikaci obsluhy s přijatelnou přesností kolem 10 % nastaveného rozsahu významným přínosem při měření hloubky trhlin a tím i při rozhodování o míře porušení materiálu.

Na základě potenciometrické metody jsou vyráběny a v defektoskopické praxi používány přístroje na měření hloubky trhlin využívající v převážné většině střídavě potenciometrické metody s pracovním proudem od 0,3 do 1,0 A a pracující na frekvenci cca 1 kHz. Tyto přístroje jsou přenosné, napájené z baterie nebo též ze sítě. Jejich podstatnou nevýhodou je nutnost používat etalonu s umělou trhlinou a to v případě přesného měření ze stejného materiálu jako je materiál měřený. Tato podmínka je v některých případech obtížně splnitelná a v případě ovlivnění materiálu tepelně, např. ve svarech nesplnitelná. Sklon trhliny je těmito přístroji buď obtížně měřitelný, nebo jeho měření není možné. Cejchování přístrojů před vlastním měřením je zvláště při montážních pracech zdlouhavé a vyžaduje častou kontrolu etalonem. Z komerčních přístrojů k měření hloubky trhlin je k aplikaci stejnosměrné metody vyráběn jen jeden typ, který pracuje bez využití etalonu a pro pokrytí celého měřicího rozsahu potřebuje pět různých snímačů. Přístroj je napájen ze sítě 220 V, ccž ztěžuje jeho použití při montážních pracech. Jeho pracovní proud je až 20 A stejnosměrných. Vzhledem k nutnosti měnit během měření pracovní proud i zesílení přístroje je do jisté míry ovlivněno měření bez použití etalonu.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k měření trhlin v elektricky vodivých materiálech pomocí střídavě potenciometrické metody, sestávající ze zdroje pracovního proudu a ze soustavy vyhodnocovacích prvků napětí sejmutého a měřeného materiálu. Soustava vyhodnocovacích prvků se skládá z dvojice proudových a napěťových elektrod, předzesilovače, obvodu řízení citlivosti, selektivního zesilovače, usměrňovače a ručkového měřidla. Podstata vynálezu spočívá v tom, že dvojice proudových elektrod je připojena na zdroj pracovního proudu o frekvenci ID až 100 Hz a dvojice napěťových elektrod je přes předzesilovač napojena na obvod řízení citlivosti. Výstup obvodu řízení citlivosti je přes selektivní . zesilovač spojen na usměrňovač, jehož vývod je spojen s ručkovým měřidlem. Ručkové měřidlo je opatřeno měřicí ručkou a nejméně dvěma měřicími stupnicemi s vyznačením nuly méně citlivého rozsahu a nuly citlivějšího rozsahu. Dále je ručkové měřidlo opatřeno mechanickou nulou. Poloha vyznačení nuly méně citlivého rozsahu a nuly citlivějšího rozsahu na ručkovém měřidle je závislá na pracovní frekvenci zdroje pracovního proudu a na vzájemné poloze proudových elektrod a napěťových elektrod.

CS 272321 Bl 2

Výhodou zařízení podle vynálezu je zejména možnost vytvořit na principu střídavé potenciometrické metody s využitím nízké frekvence pracovního proudu do 10 až 100 Mz přenosný, z baterie napájený přístroj k měření hloubky, délky a sklonu trhlin v elektricky vodivých materiálech. Zařízení má univerzální kalibraci pro všechny běžné materiály a k jeho cejchování není třeba etalonu umělých trhlin. Obsluha zařízení je velmi jednoduchá, všechny potřebné funkce jsou ovládány jedním ovládacím elementem. Podstatnou výhodou je jednoduchost obsluhy zařízení a s ní spojená vyšší přesnost naměřených hodnot, včetně možnosti měření sklonu trhliny. Uvedené výhody zařízení se projevují zejména při jeho použití při montážních pracích.

Zařízení je pro měření na všech citlivostních rozsazích vybaveno jen jedním snímačem, což přináší výhody při výrobě přístroje i při jeho obsluze. Další předností zařízení podle vynálezu je možnost jeho využití při dalších aplikacích v nedestruktivní defektoskopii. Pomocí zařízení je možno třídit materiál na základě chemického složení nebo tepelného zpracování, měřit tlouštku materiálu přístupného jen z jedné strany do tloušíky cca 3 mm, hledat podpovrchové vady materiálu v hloubce do cca 3 mm a měřit tloušíky některých elektricky vodivých vrstev.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je schematický zobrazeno na připojeném vyobrazení, na kterém je uvedeno souhrnné schéma zapojení a uspořádání jednotlivých prvků zařízení.

Zařízení k měření hloubky, délky a sklonu trhlin v elektricky vodivých materiálech pomocí střídavé potenciometrické metody s nízkou frekvencí pracovního proudu sestává ze zdroje χ pracovního proudu, na jehož výstup je napojena prvá proudová elektroda 2 a druhá proudová elektroda 2· Obě proudové elektrody 2 ^a £ jsou přiloženy na měřený materiál 2 v blízkosti trhliny, jehož snímané napětí je prostřednictvím prvé napěíové elektrody 2 ^a druhé napěíové elektrody £ vedeno na vstup předzesilovače 2, jehož výstup je přes obvod £ řízení citlivosti spojen se vstupem selektivního zesilovače £ napojeného prostřednictvím usměrňovače 10 na ručkové měřidlo 11. Ručkové měřidlo 11 je opatřeno jednak měřicí ručkou 12 a vyznačením mechanické nuly 13, vyznačením nuly 14 méně citlivého rozsahu a vyznačením nuly 15 citlivějšího rozsahu. Místo vyznačení nuly 14 méně citlivého rozsahu a nuly 15 citlivějšího rozsahu na ručkovém měřidle 11 je závislé na pracovní frekvenci zdroje £ pracovního proudu, dále je závislé na vzájemném geometrickém uspořádání proudových elektrod £, £ a napěíových elektrod £, á·

Zdroj £ pracovního proudu dodává proud měřenému materiálu 2 prostřednictvím prvé proudové elektrody 2 ^a druhé proudové elektrody £. Z měřeného materiálu £ je přes první napěíovou elektrodu 2 ^a druhou napěiovou elektrodu £ vedeno snímané napětí na vstup předzesilovače 2, který předá zesílené napětí obvodu £ řízení citlivosti. Dále je napětí vedeno na vstup selektivního zesilovače £ naladěného na frekvenci zdroje pracovního proudu £. Zesílení napětí je pak předáno usměrňovači £0, který napájí ručkové měřidlo 11. Při cejchování zařízení pro měření na požadovaném druhu materiálu upravíme prostřednictvím obvodu řízení citlivosti £ výchylku ručky 12 měřidla 11 z mechanické nuly £3 měřidla £1, při hlubších trhlinách na nulu 14 méně citlivého rozsahu, nebo při méně hlubokých trhlinách na nulu 15 citlivějšího rozsahu. Po přiložení snímače s elektrodami £, £ a £ a £ na místo s trhlinou lze odečítat na zvoleném rozsahu hloubku trhliny.

Při měření tvaru trhliny v elektricky vodivém materiálu pomocí zařízení podle vynálezu se přiloží snímač se zabudovanými dvěma proudovými elektrodami £ a £ a dvěma napětovými elektrodami £ a £ na neporušené místo měřeného materiálu 2, a to poblíž jeho trhliny. Ovládacím prvkem obvodu £ řízení citlivosti se zvýší poté zesílení obvodu do hodnoty, aby měřicí ručka 12 ručkového měřidla 11 přešla z polohy mechanické nuly 13 do polohy nuly 14 méně citlivého rozsahu při hlubší trhlině. Při méně hluboké trhlině pak do polohy nuly 15 citlivějšího rozsahu. Tím je přístroj ocejchován. Poté se snímač se zabudovanými elektrodami £, 4 a £ a £ přemístí na měřenou trhlinu v materiálu 2 v kolmé poloze k napětovým elektrodám £ a £, mezi kterými prochází. Hloubka trhliny se poté změří změnou polohy í

CS 272321 Bl měřicí ručky 12 ručkového měřidla 11 na zvoleném rozsahu citlivosti, ocejchovaném v mm. Nulová poloha obou rozsahů, tj. nuly 14 méně citlivého rozsahu a nuly 15 citlivějšího rozsahu je vytvořena tak, že při použité frekvenci zdroje 1. pracovního proudu a požadované citlivosti snímání hloubky trhliny, která je převážně dána vzájemnou vzdáleností proudových elektrod 2 ^a £ ^a napětových elektrod 2> £ ^se přiloží' dvojice elektrod 2> £ ^a £ na místo materiálu bez trhliny. Po nastavení požadované citlivosti obvodem £ řízení citlivosti je na ručkovém měřidle 11 zaznamenána poloha ručky 12, čímž je určena nulová poloha rozsahu nuly 14 méně citlivého rozsahu nebo nuly 15 citlivějšího rozsahu.

Tím je dosaženo možnosti univerzální kalibrace přístroje, přičemž jako etalon druhu materiálu 2 slouží bezvadné místo poblíž trhliny a zesílení potřebné k přemístění ručky 12 z mechanické nuly 13 měřidla 11 na nulu 14, 15, příslušného rozsahu upravuje citlivost přístroje pro přesné měření na požadovaném materiálu 2^.

Sklon trhliny měříme tak, že snímač s proudovými a napětovými elektrodami 2, £, £, 6 přikládáme ve stejné vzdálenosti např. 1 mm podél trhliny z jedné a druhé strany. Při rozdílné hodnotě výchylky ručky 12 měřidla 11 je trhlina kolmá do místa větší výchylky ručky 12 měřidla 11. Velikost rozdílu výchylky je měřítkem kolmosti trhliny.

Zařízení podle vynálezu je možno využít pro další aplikaci v nedestruktivní defektoskopii. Pomocí přístroje je možno třídit materiál na základě chemického složení nebo tepelného zpracování, hledat podpovrchové vady materiálu do hloubky cca 3 mm a do stejné hloubky měřit tlouštku materiálu přístupného jen z jedné strany.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Zařízení k měření trhlin v elektricky vodivých materiálech, zejména jejich tvaru, sklonu a hloubky pomocí střídavé potenciometrické metody, sestávající ze zdroje pracovního proudu a ze soustavy vyhodnocovacích prvků napětí sejmutého s měřeného materiálu, skládajícího se z dvojice proudových a napětových elektrod, předzesilovače, obvodu citlivosti, selektivního zesilovače, usměrňovače a ručkového měřidla, vyznačující se tím, že dvojice proudových elektrod (3, 4) je připojena na zdroj (1) pracovního proudu o frekvenci 10 až 100 Hz a dvojice napětových elektrod (5, 6) je přes předzesilovač (7) napojena na obvod (8) řízení citlivosti, jehož výstup je spojen přes selektivní zesilovač (9) na usměrňovač (10), jehož vývod je spojen s ručkovým měřidlem (11), opatřeným měřicí ručkou (12) a nejméně dvěma, měřicími stupnicemi s vyznačením nuly (14) méně citlivého rozsahu a nuly (15) citlivějšího rozsahu a mechanickou nulou (13), přičemž poloha vyznačení nuly (14) méně citlivého rozsahu na ručkovém měřidle (11) je závislá na pracovní frekvenci zdroje (1) pracovního proudu a na vzájemné poloze proudových elektrod (3, 4) a napětových elektrod (5, 61.