PL207918B1 - Uniwersalny przetwornik do nieniszczących badań metali - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uniwersalny przetwornik do nieniszczących badań metali mający zastosowanie zwłaszcza w defektoskopii magnetycznej i wiroprądowej elementów maszyn, urządzeń i konstrukcji.

Znane układy do magnetycznych i indukcyjnych badań metali opierają się na zjawisku wzbudzania pola magnetycznego w badanym obiekcie. Wykorzystywane są w tym celu wzbudniki pola magnetycznego w postaci magnesów trwałych albo cewek lub układów cewek zasilanych prądem stałym lub zmiennym. Umieszczony w polu magnetycznym badany obiekt zmienia rozkład tego pola, a zmiana tego pola uzależniona jest od jego właściwości fizycznych i wymiarów geometrycznych. Układy pomiarowe zawierają cewki powietrzne lub wyposażone są w rdzenie ferromagnetyczne. Określenia zmian strumienia magnetycznego dokonuje się na podstawie pomiaru zmian impedancji cewki lub układu cewek wzbudzających. Tworzą one wtedy różnicowe lub mostkowe układy pomiarowe. W innych rozwiązaniach do pomiaru zmian strumienia wykorzystuje się cewki sygnałowe umieszczone odpowiednio w obwodzie magnetycznym względem różnicowo połączonych cewek wzbudzających i badanych obiektów. Płyną wtedy przez nie strumienie magnetyczne z przeciwnych kierunków. W przypadku stosowania pojedynczych cewek wzbudzających wykorzystywane są różnicowe połączenia cewek sygnałowych. Znane i stosowane są również układy pomiarowe składające się z cewek wzbudzających stałe lub zmienne pola magnetyczne, w których zmiany rozkładów pola magnetycznego mierzone są czujnikami hallotronowymi lub magnetorezystancyjnymi. Układy te w swej konstrukcji uwzględniają to, że czujniki hallotronowe mierzą składową normalną do swej powierzchni a magnetorezystancyjne styczną. Stąd oba te czujniki często występują w zespole mierząc obie składowe pola nad badanym obiektem. Układy tego typu są bardziej skomplikowane od układów zawierających cewki, gdyż wymagają dodatkowych zasilań i zabezpieczeń przed zakłóceniami zewnętrznymi. Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P 340846 znany jest przetwornik do nieniszczących badań metali zawierający cewkę wzbudzającą z rdzeniem ferromagnetycznym zasilaną prądem stałym lub przemiennym oraz czujnik magnetorezystancyjny umieszczone w obudowie charakteryzujący się tym, że czujnik magnetorezystancyjny umieszczony jest w przelotowym otworze usytuowanym w rdzeniu ferromagnetycznym, korzystnie w taki sposób, że płaszczyzna czołowa czujnika pokrywa się z płaszczyzną czołową przetwornika. Przelotowy otwór usytuowany jest w rdzeniu ferromagnetycznym w osi symetrii.

Uniwersalny przetwornik według wynalazku zawierający różnicowy układ cewek wzbudzających z rdzeniem ferromagnetycznym, cewkę sygnałową i czujnik magnetorezystancyjny, wyróżnia się tym, że ma co najmniej jeden pierścień kompensacyjny umieszczony na nagwintowanym trzpieniu, usytuowanym po przeciwnej stronie powierzchni czołowej przetwornika, w osi symetrii przetwornika. Trzpień stanowi część korpusu przetwornika, zaś gwint umożliwia bardzo precyzyjne usytuowanie pierścienia na trzpieniu. Rdzeń ferromagnetyczny znajdujący się wewnątrz układu cewek wyposażony jest w przelotowy otwór osiowy, w którym czujnik magnetorezystancyjny umieszczony jest korzystnie tak, że część czynna czujnika megnetorezystancyjnego znajduje się w strefie środkowej rdzenia ferromagnetycznego. Korzystnie układ cewek oddzielony jest od obudowy tuleją izolacyjną. Korzystnie obudowa zbudowana jest z materiału o dużej przewodności elektrycznej. Przetwornik może być wyposażony w więcej niż jeden pierścień kompensacyjny. Pierścień kompensacyjny wykonany jest z materiał u o wypadkowych parametrach μ 2, γ 2 dobranych w zależ noś ci od materiał u badanego obiektu. Odległość δ2 pierścienia kompensacyjnego lub zespołu pierścieni od górnej krawędzi obudowy jest taka, że równoważy oddziaływanie obiektu badanego umieszczonego w odległości δ1 od powierzchni czołowej przetwornika.

Zaletą przetwornika według wynalazku jest jego uniwersalność, to znaczy możliwość badania metali zarówno metodą magnetyczną jak i wiroprądową. Przy zasilaniu jego cewek wzbudzających prądem stałym można badać obiekty o dużej przenikalności magnetycznej, natomiast przy zasilaniu prądem zmiennym, obiekty o dużej przewodności elektrycznej. Przetwornik pozwala na nieniszczące badania obiektów metalowych w szerokim zakresie ich parametrów fizycznych i grubości z wysoką czułością dzięki pracy w układzie kompensacyjnym. Umożliwia on stosowanie szerokiego zakresu częstotliwości oraz wykazuje dużą odporność na zmiany temperatury, gdy pierścienie kompensacyjne są z tego samego materiału co obiekt badany.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny przetwornika, fig. 2 przedstawia schemat układu pomiarowego dla metody wiroprądowej.

PL 207 918 B1

P r z y k ł a d I

Przetwornik zawiera cylindryczne cewki wzbudzające 1 i 2 połączone różnicowo oraz cewkę sygnałową 3. Wewnątrz układu cewek znajduje się rdzeń ferromagnetyczny 4 posiadający otwór, w którym umieszczony jest czujnik magnetorezystancyjny 5 tak, że jego część czynna znajduje się w środkowej strefie rdzenia 4. Układ cewek 1, 2, 3 oddzielony jest tuleją izolacyjną 6 od obudowy 7 stanowiącej ekran elektromagnetyczny. W górnej części korpusu 9 przetwornika znajduje się trzpień 11 z gwintem, umożliwiającym precyzyjne usytuowanie pierścienia kompensacyjnego 8. Cewki wzbudzające 1 i 2 zasilane są prądem zmiennym z generatora 14, natomiast czujnik magnetorezystancyjny 5 zasilany jest prądem stałym z zasilacza 16. W przypadku stosowania wyższych częstotliwości sygnał wyjściowy otrzymywany jest z cewki 3, do której dołączony jest miliwoltomierz 15, przy niższych częstotliwościach sygnał wyjściowy otrzymywany jest z czujnika magnetorezystancyjnego 5 dołączonego do miliwoltomierza 17. Zbliżenie obiektu badanego 12 o parametrach μ₁, γ·ι na odległość δ! do powierzchni czołowej przetwornika umieszcza go w zmiennym strumieniu magnetycznym i powoduje wyindukowanie w nim prądów wirowych zmieniając rozkład pola w strefie, w której znajduje się cewka sygnałowa 3 i magnetorezystor 5. Kompensacji powstałej zmiany rozkładu pola magnetycznego dokonuje się przez dobór odpowiedniego pierścienia kompensacyjnego o parametrach μ2, γ2 i umieszczeniu go w odległości δ₂ takiej, że równoważy oddziaływanie badanego obiektu 12. Sygnał wyjściowy z miliwoltomierzy 15 i 17 jest wówczas bliski zeru. Dalszej symetryzacji przetwornika dokonuje się w obwodzie zasilania cewek 1 i 2 potencjometrem 13. Przemieszczenie równoległe przetwornika względem obiektu badanego 12 powoduje zmianę położenia wady 18 i sygnałów na wyjściach cewki 3 i magnetorezystora 5.

P r z y k ł a d II

Przetwornik zbudowany jest podobnie jak w przykładzie I, z tym, że cewki wzbudzające 1 i 2 zasilane są prądem stałym z zasilacza 16 a czujnik magnetorezystancyjny 5 zasilany jest prądem zmiennym z generatora 14. Dołączony do wyjścia czujnika magnetorezystancyjnego 5 miliwoltomierz 17 mierzy, podobnie jak w przykładzie I napięcie zmienne. Przemieszczający się przed strefą czołową przetwornika w odległości δ₁ obiekt badany 12 o dużej przenikalności magnetycznej μ₁ i przewodności γ₁, zmienia rozkład pola magnetycznego, który ma wpływ na sygnał wyjściowy z czujnika magnetorezystancyjnego 5 w zależności od położenia wady 18. Kompensacji powstałej zmiany rozkładu pola magnetycznego dokonuje się przez dobór odpowiedniego zestawu pierścieni kompensacyjnych o parametrach μ₂, γ₂ i umieszczeniu go w odległości δ₂ od górnej krawędzi obudowy 7 przetwornika takiej, że równoważy oddziaływanie badanego obiektu 12. Sygnał wyjściowy z miliwoltomierza 17 jest wówczas bliski zeru. Dalszej symetryzacji przetwornika dokonuje się potencjometrem 13.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uniwersalny przetwornik do nieniszczących badań metali zawierający różnicowy układ cewek wzbudzających z rdzeniem ferromagnetycznym zasilany prądem stałym lub zmiennym, cewkę sygnałową i czujnik magnetorezystancyjny umieszczone w obudowie, znamienny tym, że ma co najmniej jeden pierścień kompensacyjny (8), osadzony na nagwintowanym trzpieniu (11) usytuowanym po przeciwnej stronie powierzchni czołowej (10) przetwornika, w osi symetrii przetwornika, przy czym trzpień (11) stanowi część korpusu (9), zaś rdzeń ferromagnetyczny (4), wyposażony jest w przelotowy otwór osiowy.
2. 2. Uniwersalny przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnik magnetorezystancyjny (5) umieszczony jest tak w otworze w rdzeniu ferromagnetycznym (4), że część czynna czujnika magnetorezystancyjnego (5) znajduje się w strefie środkowej rdzenia ferromagnetycznego (4).
3. 3. Uniwersalny przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że układ cewek (1, 2, 3) oddzielony jest od obudowy (7) tuleją izolacyjną (6).
4. 4. Uniwersalny przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (7) wykonana jest z materiału o dużej przewodności elektrycznej.