DE2142351A1

DE2142351A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur gefuege- und verwechslungspruefung an ferromagnetischen werkstoffen

Info

Publication number: DE2142351A1
Application number: DE19712142351
Authority: DE
Inventors: Ernst August Dr Ing Becker
Original assignee: DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE
Current assignee: DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE
Priority date: 1971-08-24
Filing date: 1971-08-24
Publication date: 1973-03-08
Also published as: DE2142351C3; GB1403734A; DE2142351B2

Description

Otto-Hausmann-Ring 101 (Postfach 3115)

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Gefüge- und Verwechslungsprüfung an ferromagnetischen Werkstoffen₀

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefü'ge- und Verwechslungs prüfung an ferromagne tischen Werkstoffen mittels einer Prüfspule oder Prüfsonde ₉ bei welehern der Prüfling in das (niederfrequente) Wechselfeld einer Erregerspannung eingebracht wird und die von diesem JeId über den Prüfling induzierte Ausgangs -Wechselspannung in der Prüfspule oder Prüfsonde als Kriterium für den Gefügezustand des Prüflings gemessen wird_o Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung bzw_o Schaltungsanordnung zur Ausübung eines solchen Verfahrens«

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Bei diesen Verfahren und Sohaltungsan.ordnungen wird von der Permeabilität und dem spezifischen Widerstand der Prüflinge als Kriterium für deren Gefügezustand ausgegangene Es wird die Erscheinung ausgenutzt, daß die Impedanz einer Spule von der Permeabilitätund dem spezifischen Widerstand eines in die Spule eingeführten ferromagnetischen Körpers abhängt.

Zu diesem Zweck werden die Prüflinge bei den bekannten Verfahren dieser Art in z_eB. eine Prüfspule eingeführt, deren Erregerspule mit einem Wechselstrom gespeist wirdo Die hiervon in einer Sekundärspule induzierte, von der Impedanz der Spule und damit" von der Permeabilität und dem spezifischen Widerstand des Prüflings abhängige Aus gangs spannung wird gemessen.

Diese Ausgangsspannung wird mit zunehmender Permeabilität und mit zuneh-imendem spezifischen Widerstand des Werkstoffes des Prüflings größer. Es kommt nun häufig vor, daß eine höhere Permeabilität eines Werkstoffes bzw» Gefügezustandes gegenüber einem anderen gekoppelt ist mit einem geringeren spezifischen Widerstand«, In diesem !teil können sich die Ausgangsspannungs-Erhöhung durch zunehmende Permeabilität und die Ausgangespannungs-Reduzierung durch abnehmenden spezifischen Widerstand gegenseitig aufheben, so

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daß die Amplitude der Ausgangsspannung trotz unterschiedlichem Prüfling u.U. gleich "bleibte Die Andersartigkeit der Prüflinge ist dann nur noch an der Änderung der Phasenverschiebung zwischen der Erregerspannung und der Aus gangs s paniiung zu erkennen«. Eine unmittelbare Messung des Phasen_winkels ergibt aber meist keine brauchbaren Ergebnisse, weil die absoluten Änderungen so gering sind, daß sie sich nur mit unvertretbar großem Meßaufwand noch exakt darstellen lassen. Der bei verschiedenen Prüflingen am häufigsten auftretende Fall ist eine relativ kleine Amplitudenänderung der Ausgangsspannung verbunden mit einer Phasenverschiebung dieser Spannung gegenüber der Erregerspannung_β Auch reine Amplitudenänderungen ohne Änderung der Phase können vorkommen und müssen berücksichtigt werden.

Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu finden, welche bzw_e welches es ermöglicht, mit geringem meßtechnischem Aufwand sowohl Amplituden- als auch Phasenänderungen gleichzeitig zu erfassen, ohne daß, wie bei den bekannten Verfahren und Schaltungsanordnungen, eine unmittelbare Messung des Phasenwinkels erfolgen muß. ' -

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Das ¥erfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnetj daß als Kriterium für den Werkstoff bzw, ~Gefügezustand die Spannung gemessen wird, die sich ergxbtj, wenn von der Ausgangs spannung der Prüfspule bzw«, Prüf sonde eine sur Erreger spannung phäsengleiche Gegenspannung vektorfeil subtrahiert wird·

Die Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, an dem die Ausgangs-Wechselspannung auftritt, z_oB_e die Sekundärwicklung "der Prüfspule, mit einem Schaltungselement gegensinnig in Reihe geschaltet ist, an das in an sich bekannter Weise eine zur Erregerspannung phasengleiclie Gegenspannung angelegt wird und daß die an dieser Serienschaltung der beiden Elemente auftretende Spannung mittels einer Spannungsmeß» oder Spannungsanzeigeanordnung angezeigt wird·

Zweckmäßigerweise ist die -^pIitude der Gegenspannung einstellbar«,

Das Schaltungselements an dem die Gegenspannung aiftrittj kann die Sekundärwicklung eines Transformators sein« Die Primärwicklung dieses Transformators kann zusammen mit einem als Spannungsteiler geschalteten

Udo I IJ /

Potentiometer dem Schaltungselement an dem die Erregerspannung zugeführt wird, ζ.B₀ der Primärwicklung der Prüfspule, parallel geschaltet sein_e

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

ig. 1 ist ein Ersatzschaltbild,.welches für die Verfahren , auf welche die Erfindung Anwendung finden soll, die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Spulen-Impedanz verdeutlicht|

die Pig« 2a und 2b sind Vektordiagramme der Widerstände und der sich daraus ergehenden Impedanzen für eine Prüfanordnung der Art₉ auf welche sich die Erfindung bezieht!

die Pig» 5a und 3b sind Vektordiagramme der Impedanzen nach Pigo 2a und 2"b₉ in die Spannungsebene über= tragenι

Pig_o 4 ist ein Vektordiagramm der für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung maßgeblichen Spannungen für zwei gehärtete Prüflinge mit unterschiedlicher Anlaßtemperatur

und

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Figo 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schal tungs· anordnung "i'emäß der Erfindung₀

in I¹Ig₉ 1 "bedeutet U₁-, die an die Erregerwicklung einer Prüfspule angelegte Wechselspannung, R den Qhm'schen Widerstand dieser Erregerwicklung, R_p den gegenüber Wirbelströmen wirksamen Ohm'sehen Widerstand im Prüfling, U_q die Ausgangsspannung an der

^w Sekundärwicklung der Spule bei in die Spule einge« fübafcem Prüfling und Erregung der Primärwicklung dieser Prüfspule mit der Wechselspannung U™ und Xj. den beiden Wicklungen gemeinsamen induktiven Widerstand sowie Xjg den Widerstand der Streuin&uktivitäto Der Einfachheit halber sei angenommen; daß Erregerwicklung und Sekundärwicklung gleiche Windimgs zahlen aufweis en_o

Mit zunehmender Permeabilität das Werkstoffes der Prüflinge, ändern sich bei der Prüfanordnung nach dem Ersatzschaltbild; gssäß Fig« 1 die" induktiven Widerstände ₉ und sitfar v/irö Z_T größer und ]£__„ kleiner«, Hg 1 läßt leicht erkennen <; daß aamit auch die Aus gangsspannung U_c ansteigt;, Zmiaämeudar spssixisαΊιβτ Widerstand des Prüflings und iaaiit su^eämender O'bia¹ scher Widerstand Rp ist ebenfalls aiii·- ei?)am Ansteigen der Ausgangsspannung Ug νβrbunden_a

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In den S¹Xg₀ 2a und 2b bedeutet Z die 6esamtimpedans_s die sich aus der vektoriellen Addition der Impedanz Zp der Parallelschaltung des Ohm"sehen Widerstandes R des Prüflings und des induktiven Widerstandes X,

P ·"

beider Wicklungen und der Impedanz Z_g" der Serienan·= Ordnung 'des Ohm⁰sehen Widerstandes S₀ der Erreger=

PS

wicklung und des Widerstand/aer Streuinduktivität Xj. „ ergibt ο Die I¹Xg₀ 2a und 2b beziehen sich auf die Prüfung zweier verschiedener Prüflinge _v wobei die Permeabilität des Prüflings _s für den die ?ig_e 2a giltj geringer ist als diejenige des Prüflings „ für den Mg₀ 2b gilt und die Qhm^sschen Widerstände in beiden MIlen praktisch gleich geblieben sindo Es ist. .erkennbar ρ daß neben einer geringen Vergrö*= ßerung der Gesamtimpedanz eine größere Änderung der Phasenverschiebung ψ* bzw_o ^ zwischen Erregerspan« nung und Aus gangs spannung eintritt,-,

In den Figo 3a und 5b sind die Vektordiagramme für die Gesamtimpedanz Z₅ die Parallelanordnungs^Im= peüanz Z_x, und die Serienanordnungs«Impedanz Z_q in die Spannungsebene übertragene Die Diagramme betreff fen den Sonderfalls daß sich bei zwei verschiedenen Werkstoffen die Ausgangs spannung TJ₀ nicht der Größe ₉ sondern nur der Phasenlage \j> gegenüber der Erregern pannung U,, nach änderte

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fig. 4 ist ein sich auf zwei gehärtete Prüflinge mit unterschiedlicher Anlaßtemperatur beziehendes Vektordiagramm _s welches das Verfahren gemäß der Erfindung wiedergibte Die Erregerspannung U_ ist für beide Prüflinge gleich gewählt worden.» Die Aus gangs s pannungen IL₃., bzw_o U„_o ergeben sich durch vektorielle Subtraktion der Werte für I _Ο'Δ . bsw.

ι Οι ^I2'²s2 ^Yon ^®^{m die} ^^rr@S^erspännung U_E wiedergebenden ¥ektor_o Durch den Austausch der Prüflinge mit unterschiedlicher Anlaßtemperatur tritt zwischen den Ausgangsspannungen U^«, und Ug2 eine relativ geringe Änderung der Amplitude und Phase ein_s deren unmittelbare exakte Messung einen erheblichen meßtechnischen Aufwand bedingen würde«, Gemäß der Erfindung wird dieser Aufwand dadurch überflüssig gemacht, daß eine Gegenspannung U,-,, die mit der Erregerspannung U^, phasengleich ist, vektoriell

W von der Aus gangs spannung U„ -subtrahiert wird· Als Differenz ergibt sich die Spannung TL, (in Figo 4 als U_m1 bzw« XL-p beseichnet), die sich mit variierendem Gefügeanstand der Prüflinge relativ stark ändert und deshalb leicht und exakt ausgewertet werden kann«,

Je nach dem Prüf problem kann der Betriebspunkt B

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verlagert werden., sodaß auch, reine Phasenänderungen der Ausgangsspannung U_g als Amplitudenänderungen der Differenzspannung XL» gemessen v/erden können«, Da letzten Endes immer eine Amplitudenänderung gemessen wird, kann die Schaltung der Prüfer ge "bnis auswertung unabhängig von den physikalisch bedingten Änderungen der Spulensekun— därspannung U_g stets gleich bleiben·

Bei der in Figo 5 beispielsweise gezeigten Schaltungsanordnung für das Verfahren nach der Erfindung wird die Erregerspannung ϋ_π einerseits/cSe Erregerwicklung.W^ einer Prüfspule S mit darin einzuführendem Prüfling T gelegt und andererseits über ein als Spannungsteiler geschaltetes Potentiometer P an die Primärwicklung eines Transformators M gelegt, welche der Erregerwicklung W-g der Prüf spule S parallel geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Transformators M ist mit der Sekundärwicklung Wg der Prüfspule S gegensinnig in Reihe geschaltet ₈* sodaß die Spannung zwischen den beiden nicht miteinander unmittelbar verbundenen Enden der Sekundärwicklungen sich durch vektorielle Subtraktion der an der Sekundärwicklung des Transformators M auftretenden Gegenspan·=· nung U_& von der Aus gangs spannung Ug der Prüfspule S ergibt β Diese Differenzspannung IL, wird i|i bekannter

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Weise über einen Verstärker V auf ein Anzeigegerät A gegebene Zur Verlagerung des Betriebspunktes B kann die Gegenspanninig U_& mit Hilfe des Potentiometers P variiert werden_o

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Claims

2H2351 Ansprüche

1) !Verfahren zur Gefüge=· und Verwchs lungs prüfung an

ferromagnetischen Tiferkstoffen mittels einer Prüfspule oder Prüfsonde j bei welchem der Prüfling in das (niederfrequente) Wechselfeld einer Erregerspannung ein~ gebracht und die von diesem feld über den Prüfling induzierte Ausgangs-Wechselspannung in der Prüfspule

T)

oder -^rüfsonde^JLs Kriterium für das Material bzw₀ den Gefügezustand des Prüflings ausgewertet wird_s dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Spannung (ü™) gemespen wird₈ die sich ergibt₅ wenn von der Ausgangsspannung (Ug) der Prüfspule (S) oder Prüfsonde eine zur Erreger=» spannung (U™) phasengleiche Gegenspannung (U„) vek~ toriell subtrahiert wird«

2) Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß das Schal· tungselelement ₉ an dem die Ausgangs-Wechselspannung (U₁₃) auftritt j Z₀B₀ die Sekundärwicklung (W₀) der Prüfspule (S) _t mit einem Schaltungselement nig in Reihe geschaltet ist_s an das in an sich bekann ter Vieise eine zur Erreger spannung (U,-,) phasengleiche Gegenspannung (U_) eingelegt \¥ird₉ und daß die an dieser Serienschaltung der beiden Elemente auftretende

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Differenzspannung (U,,) auf ein Spannungsmeß- oder -an= zeigegerät gegeben wird«

3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Gegenspannung (U„) einstellbar ist·

^ 4) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement, an dem die Gegenspannung (U^) auftritt, die Sekundärwicklung eines Transformators (M) ist₀

5) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Primärwicklung des Transformators (M) über ein als Spannungsteiler geschaltetes Potentiometer (P) dem Schaltungselement, dem die Erreger spannung (U-n.) zugeführt wird, zuBi der Primärwicklung (W^) der Prüf- |i spule (S) j parallel geschaltet ist*

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L e e r s e i t e