RU179750U1 - Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels - Google Patents
Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU179750U1 RU179750U1 RU2017144940U RU2017144940U RU179750U1 RU 179750 U1 RU179750 U1 RU 179750U1 RU 2017144940 U RU2017144940 U RU 2017144940U RU 2017144940 U RU2017144940 U RU 2017144940U RU 179750 U1 RU179750 U1 RU 179750U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hall sensor
- permanent magnet
- content
- ferromagnetic phases
- ferromagnetic
- Prior art date
Links
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 29
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к неразрушающему контролю фазового состава аустенитных сталей и предназначена для локального измерения содержания ферромагнитных фаз. Устройство для локального контроля содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях включает защитный корпус из парамагнитного материала, постоянный магнит цилиндрической формы и измерительную систему, включающую датчик Холла, укрепленный плоской стороной на подложке из парамагнитного материала толщиной 1-3 мм, которая закреплена на боковой поверхности постоянного магнита, таким образом, что плоское основание датчика Холла перпендикулярно горизонтальной оси постоянного магнита, проходящей сквозь центр датчика Холла, источник постоянного тока, подключенный к входу датчика Холла и вольтметр, подключенный к его выходу. Постоянный магнит с укрепленным на нем датчиком Холла закреплен на основании защитного корпуса. Технический результат – повышение достоверности проводимых измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to non-destructive testing of the phase composition of austenitic steels and is intended for local measurement of the content of ferromagnetic phases. A device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels includes a protective case made of paramagnetic material, a permanent magnet of cylindrical shape and a measuring system including a Hall sensor mounted flat on a substrate of paramagnetic material with a thickness of 1-3 mm, which is mounted on the side surface of a permanent magnet , so that the flat base of the Hall sensor is perpendicular to the horizontal axis of the permanent magnet passing through the center of the Hall sensor, the source is oyannogo current connected to the input of the Hall sensor and a voltmeter connected to its output. A permanent magnet with a Hall sensor mounted on it is fixed to the base of the protective housing. The technical result is an increase in the reliability of the measurements. 2 s.p. f-ly, 3 ill.
Description
Полезная модель относится к неразрушающему контролю фазового состава аустенитных сталей и предназначена для локального измерения содержания ферромагнитных фаз (феррита и мартенсита). Устройство может быть использовано для контроля содержания ферромагнитных фаз в заготовках, в готовых изделиях как сразу после их изготовления, так и во время эксплуатации, а также в наплавках, сварных соединениях и т.д.The utility model relates to non-destructive testing of the phase composition of austenitic steels and is intended for local measurement of the content of ferromagnetic phases (ferrite and martensite). The device can be used to control the content of ferromagnetic phases in the workpieces, in finished products, both immediately after their manufacture and during operation, as well as in surfacing, welded joints, etc.
Фазовый состав аустенитных сталей напрямую влияет на их эксплуатационные характеристики. Помимо основной парамагнитной фазы аустенита в материале данных сталей при несоблюдении технологии изготовления, при воздействии упругопластических деформаций, низких температур могут накапливаться ферромагнитные фазы феррита и мартенсита. Наличие данных фаз может приводить к ухудшению механических свойств и эксплуатационных характеристик сталей: снижается их коррозионная стойкость, повышается хрупкость и склонность к трещинообразованию, могут возникать проблемы с получением качественных сварных швов из-за изменения магнитного состояния металла. В связи с этим контроль процентного содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях является важной и актуальной задачей.The phase composition of austenitic steels directly affects their performance. In addition to the main paramagnetic phase of austenite in the material of these steels, when manufacturing technology is not followed, when exposed to elastoplastic deformations, low temperatures, the ferromagnetic phases of ferrite and martensite can accumulate. The presence of these phases can lead to deterioration of the mechanical properties and operational characteristics of steels: their corrosion resistance decreases, brittleness and tendency to crack formation increase, problems can arise with obtaining high-quality welds due to a change in the magnetic state of the metal. In this regard, monitoring the percentage of ferromagnetic phases in austenitic steels is an important and urgent task.
В настоящее время известен ряд приборов для контроля процентного содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях. Основой таких приборов является измерительный преобразователь (датчик) - устройство, позволяющее производить измерение напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз в объекте контроля, намагниченных с помощью внешнего магнитного поля. Как правило, такие устройства состоят из намагничивающей и измерительной частей. В настоящее время существуют устройства, которые используют в качестве намагничивающей части постоянный магнит, а в качестве измерительной части магниточувствительные преобразователи - феррозонды или датчики Холла. Реализация этих устройств показала, что они, как правило, обладают рядом особенностей, ухудшающих качество контроля фазового состава аустенитных сталей. К таким особенностям можно отнести: недостаточную напряженность магнитного поля, создаваемого устройствами, вследствие чего морфология ферромагнитных фаз, содержащихся в объекте контроля, будет в значительной степени влиять на результаты измерений; недостаточную локальность и глубину контроля; малый диапазон измерений содержания ферромагнитных фаз в силу конструктивных особенностей данных устройств. Все это ведет к снижению достоверности определения содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталяхCurrently, a number of devices are known for monitoring the percentage of ferromagnetic phases in austenitic steels. The basis of such devices is a measuring transducer (sensor) - a device that allows you to measure the intensity of the magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases in the control object, magnetized using an external magnetic field. As a rule, such devices consist of magnetizing and measuring parts. Currently, there are devices that use a permanent magnet as the magnetizing part, and magnetosensitive transducers - flux probes or Hall sensors as the measuring part. The implementation of these devices showed that, as a rule, they have a number of features that worsen the quality control of the phase composition of austenitic steels. These features include: insufficient magnetic field generated by the devices, as a result of which the morphology of the ferromagnetic phases contained in the test object will significantly affect the measurement results; insufficient locality and depth of control; a small range of measurements of the content of ferromagnetic phases due to the design features of these devices. All this leads to a decrease in the reliability of determining the content of ferromagnetic phases in austenitic steels.
Поэтому разработка устройства для локального контроля содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях, обладающего достаточной достоверностью за счет расширения диапазона измерений содержания магнитных фаз и обеспечения чувствительности и локальности контроля, является важной технической задачей.Therefore, the development of a device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels, which has sufficient reliability by expanding the range of measurements of the content of magnetic phases and providing sensitivity and locality of control, is an important technical task.
Известно устройство для измерения содержания феррита в образце [а.с. СССР 866518], содержащее постоянный магнит подковообразной формы, два датчика Холла, два источника питания, вольтметр. Первый датчик Холла расположен у зазора постоянного магнита и включен встречно со вторым, который расположен между образцом и постоянным магнитом, каждый из датчиков Холла имеет свой источник питания, к выходам датчиков Холла подключен измеритель ЭДС Холла.A device for measuring the content of ferrite in the sample [A. with. USSR 866518], containing a horseshoe-shaped permanent magnet, two Hall sensors, two power supplies, a voltmeter. The first Hall sensor is located at the gap of the permanent magnet and is turned on counter to the second, which is located between the sample and the permanent magnet, each of the Hall sensors has its own power supply, a Hall EMF meter is connected to the outputs of the Hall sensors.
Это устройство в силу своих конструктивных особенностей не обеспечивает достаточной глубины и точности контроля содержания феррита в образце, т.к. между постоянным магнитом и поверхностью образца имеется зазор, где размещен один из датчиков Холла. В зазоре напряженность магнитного поля постоянного магнита будет резко уменьшаться, вследствие этого оно будет проникать на меньшую глубину образца, ферромагнитные фазы будут намагничиваться слабее, что внесет дополнительную погрешность в результаты измерений. Устройство имеет сложную конструкцию, включающую в себя два независимых источника питания, а также два датчика Холла, которые необходимо точно позиционировать относительно друг друга и полюсов постоянного подковообразного магнита.This device, due to its design features, does not provide sufficient depth and accuracy for controlling the content of ferrite in the sample, because there is a gap between the permanent magnet and the sample surface, where one of the Hall sensors is located. In the gap, the magnetic field of the permanent magnet will sharply decrease, as a result of which it will penetrate to a shallower depth of the sample, the ferromagnetic phases will be magnetized weaker, which will introduce an additional error in the measurement results. The device has a complex structure, which includes two independent power sources, as well as two Hall sensors, which must be accurately positioned relative to each other and the poles of a permanent horseshoe magnet.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для локального измерения ферромагнитной фазы в аустенитных сталях [Патент РФ 2130609].Closest to the proposed device in technical essence is a device for local measurement of the ferromagnetic phase in austenitic steels [RF Patent 2130609].
Устройство содержит постоянный магнит цилиндрической формы и измерительную систему, включающую в себя два феррозондовых датчика, каждый из которых имеет по два магниточувствительных элемента, выполненных в виде стержней из магнитомягкой стали, на которые намотаны измерительная и возбуждающая катушки. Кроме того, в измерительную систему устройства входят источник переменного тока, соединенный с возбуждающими катушками феррозондовых датчиков, и вольтметр, соединенный с измерительными катушками этих датчиков. Также устройство содержит защитный корпус цилиндрической формы, выполненный из немагнитного материала. Внутри корпуса постоянный магнит и феррозондовые датчики размещены следующим образом: постоянный магнит круглым основанием устанавливается на круглое основание корпуса, а феррозондовые датчики закрепляются вокруг магнита так, что магниточувствительные элементы первого датчика расположены соосно друг другу на противоположных сторонах постоянного магнита в плоскости его горизонтального сечения и ортогонально оси его намагничивания, магниточувствительные элементы второго датчика также закрепляются на противоположных сторонах постоянного магнита и расположены под углом к оси намагничивания магнита. Устройство работает следующим образом.The device contains a permanent magnet of cylindrical shape and a measuring system that includes two flux-gate sensors, each of which has two magnetically sensitive elements made in the form of soft magnetic steel rods, on which the measuring and exciting coils are wound. In addition, the measuring system of the device includes an AC source connected to the exciting coils of the flux-gate sensors, and a voltmeter connected to the measuring coils of these sensors. The device also includes a cylindrical protective housing made of non-magnetic material. Inside the housing, the permanent magnet and fluxgate sensors are placed as follows: the permanent magnet with a circular base is mounted on the round base of the housing, and fluxgate sensors are fixed around the magnet so that the magnetically sensitive elements of the first sensor are aligned with each other on opposite sides of the permanent magnet in the plane of its horizontal section and orthogonally the axis of its magnetization, the magnetically sensitive elements of the second sensor are also fixed on opposite sides of the oyannogo magnet and disposed at an angle to the magnetization axis of the magnet. The device operates as follows.
Для проведения измерений корпус устройства устанавливают плоским основанием на поверхность контролируемого объекта. Происходит намагничивание содержащихся в объекте ферромагнитных фаз до величины близкой к техническому насыщению, объем намагничиваемой зоны контроля примерно равен объему постоянного магнита. При этом по обмоткам возбуждения магниточувствительных элементов феррозондовых датчиков пропускается переменный ток с частотой 60-80 кГц, который периодически доводит сердечники магниточувствительных элементов до насыщения. Если в зоне контроля отсутствуют ферромагнитные фазы, то в измерительных обмотках ЭДС появляться не будет. При обнаружении участка, обладающего ферромагнитными свойствами, магнитные поля рассеяния от намагниченных ферромагнитных фаз воздействуют на сердечники магниточувствительных элементов в направлении ортогонально магнитным осям сердечников (измеряются тангенциальные составляющие магнитного поля рассеяния в разных точках участка). В результате изменения магнитных потоков сердечников ЭДС, наводимые в измерительных обмотках магниточувствительных элементов первого и второго феррозондовых датчиков, соединенных по градиентометрической схеме, будут складываться. Сумма величин ЭДС, передаваемая в виде сигнала на вольтметр, и является мерой тангенциальной составляющей магнитных полей рассеяния, создаваемых ферромагнитными фазами в материале, и пропорциональна содержанию этих фаз в исследуемом объеме стали.For measurements, the device body is installed with a flat base on the surface of the controlled object. The ferromagnetic phases contained in the object are magnetized to a value close to technical saturation, the volume of the magnetized control zone is approximately equal to the volume of the permanent magnet. In this case, an alternating current with a frequency of 60-80 kHz is passed through the excitation windings of the magnetically sensitive elements of the flux-gate sensors, which periodically brings the cores of the magnetically sensitive elements to saturation. If there are no ferromagnetic phases in the control zone, then EMF will not appear in the measuring windings. When a site having ferromagnetic properties is detected, magnetic scattering fields from magnetized ferromagnetic phases act on the cores of magnetically sensitive elements in the direction orthogonal to the magnetic axes of the cores (tangential components of the scattering magnetic field are measured at different points of the site). As a result of changes in the magnetic fluxes of the EMF cores induced in the measuring windings of the magnetically sensitive elements of the first and second flux-gate sensors connected by a gradiometric circuit, they will add up. The sum of the EMF values, transmitted in the form of a signal to a voltmeter, is a measure of the tangential component of the scattering magnetic fields created by the ferromagnetic phases in the material, and is proportional to the content of these phases in the volume of steel under study.
Пропорциональность напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз в аустенитной стали содержанию этих фаз в стали показана в работе [Измеритель содержания ферритной фазы ферритометр ФМ-3 ИФМ / М.Б. Ригмант, Э.С. Горкунов, B.C. Пономарев, Г.С. Чернова // Дефектоскопия. - 1996. - №5. - С. 78-83].The proportionality of the intensity of the scattering magnetic fields from ferromagnetic phases in austenitic steel to the content of these phases in steel is shown in [FM-3 IFM ferrite meter / M.B. Rigmant, E.S. Gorkunov, B.C. Ponomarev, G.S. Chernova // Defectoscopy. - 1996. - No. 5. - S. 78-83].
где Н - напряженность полей рассеяния от намагниченной области в объекте контроля;where H is the intensity of the scattering fields from the magnetized region in the control object;
J100% - намагниченность стали, полностью состоящей из ферромагнитных фаз;J 100% - the magnetization of steel, consisting entirely of ferromagnetic phases;
V - объем материала, намагничиваемый постоянным магнитом, принимается равным объему самого магнита;V - the volume of material magnetized by a permanent magnet is taken equal to the volume of the magnet itself;
r - расстояние от намагниченной области до магниточувствительного элемента;r is the distance from the magnetized region to the magnetically sensitive element;
Х - процентное содержание ферромагнитных фаз в исследуемом объеме материала.X is the percentage of ferromagnetic phases in the test volume of the material.
При использовании этого устройства возникает техническая проблема измерения полей рассеяния, напряженность которых превышает 10 А/см, из-за использования в конструкции устройства феррозондовых датчиков в качестве магниточувствительных элементов. В то же время напряженность полей рассеяния от ферромагнитных фаз намагниченных до величины технического насыщения может значительно превышать величину 10 А/см, что снижает достоверность результатов контроля содержания ферромагнитных фаз посредством, феррозондовых датчиков. Например, контроль процентного содержания ферромагнитных фаз может оказаться затруднен в аустенитно-ферритных сталях, где содержание феррита превышает 10%, и даже невозможен при содержании ферромагнитных фаз более 20-30%. Также является недостаточной локальность измерений из-за геометрических размеров магниточувствительных элементов феррозондовых датчиков, длина которых может составлять 3-7 мм, а размеры зоны, в которой измеряется содержание ферромагнитных фаз, определяются размерами магниточувствительного элемента. Т.е. для увеличения локальности контроля необходимо использовать магниточувствительные элементы меньших размеров. Также возникает техническая сложность в правильном расположении нескольких магниточувствительных элементов относительно друг друга и постоянного магнита при монтаже устройства с целью достижения наибольшей чувствительности устройства. Кроме того, использование феррозондовых датчиков усложняет конструкцию устройства, т.к. для их работы необходимы высокостабилизированные источники переменного тока.When using this device, a technical problem arises of measuring scattering fields, the intensity of which exceeds 10 A / cm, due to the use of flux-probe sensors as magnetically sensitive elements in the design of the device. At the same time, the intensity of the scattering fields from the ferromagnetic phases magnetized to the value of technical saturation can significantly exceed 10 A / cm, which reduces the reliability of the results of monitoring the content of ferromagnetic phases by means of fluxgate sensors. For example, control of the percentage of ferromagnetic phases may be difficult in austenitic-ferritic steels, where the ferrite content exceeds 10%, and is even impossible when the content of ferromagnetic phases exceeds 20-30%. The locality of measurements is also insufficient due to the geometric dimensions of magnetically sensitive elements of flux-gate sensors, the length of which can be 3-7 mm, and the dimensions of the zone in which the content of ferromagnetic phases is measured are determined by the dimensions of the magnetically sensitive element. Those. to increase the locality of control, it is necessary to use magneto-sensitive elements of smaller sizes. There is also a technical difficulty in the correct arrangement of several magnetically sensitive elements relative to each other and the permanent magnet when mounting the device in order to achieve the greatest sensitivity of the device. In addition, the use of fluxgate sensors complicates the design of the device, because their work requires highly stabilized AC sources.
Техническая проблема решается достижением технического результата, заключающегося в увеличении верхнего предела измерения напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз и расширении, таким образом, измерительного диапазона устройства, что позволяет обеспечить контроль содержания ферромагнитных фаз в аустенитных и аустенитно-ферритных сталях, в случае, когда содержание в их объеме ферромагнитных фаз составляет 20 и более процентов, увеличении локальности измерений, упрощении конструкции устройства за счет использования одного магниточувствительного элемента и использования источника постоянного тока вместо источника переменного тока. При этом магниточувствительный элемент установлен так, чтобы чувствительность устройства была максимальна, что обеспечивает повышение достоверности определения содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях.The technical problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the upper limit of measuring the intensity of magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases and, thus, expanding the measuring range of the device, which makes it possible to control the content of ferromagnetic phases in austenitic and austenitic-ferritic steels, when the content in their volume of ferromagnetic phases is 20 percent or more, increasing the locality of measurements, simplifying the design of the device by using Ia one magnetosensitive element and using a constant current source instead of the AC source. In this case, the magnetosensitive element is installed so that the sensitivity of the device is maximum, which provides an increase in the reliability of determining the content of ferromagnetic phases in austenitic steels.
Для решения технической проблемы в устройстве для локального контроля содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях, включающем постоянный магнит цилиндрической формы и измерительную систему, включающую магниточувствительный элемент, вольтметр и источник тока, при этом постоянный магнит и магниточувствительные элементы установлены в защитном корпусе из парамагнитного материала, и к входу магниточувствительного элемента подключен источник тока, а к выходу - вольтметр, согласно полезной модели магниточувствительный элемент выполнен в виде датчика Холла, укрепленного плоской стороной на подложке из парамагнитного материала толщиной 1-3 мм. Подложка с установленным на ней датчиком Холла закреплена на боковой поверхности постоянного магнита таким образом, что плоская сторона датчика Холла перпендикулярна горизонтальной оси постоянного магнита, и горизонтальная ось постоянного магнита проходит сквозь центр датчика Холла. В качестве парамагнитного материала для изготовления подложки могут быть использованы текстолит, керамика, алюминий. В качестве источника тока используют источник постоянного тока.To solve a technical problem in a device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels, including a permanent magnet of cylindrical shape and a measuring system including a magnetically sensitive element, a voltmeter and a current source, while the permanent magnet and magnetically sensitive elements are installed in a protective case made of paramagnetic material, and a current source is connected to the input of the magnetically sensitive element, and a voltmeter is connected to the output, according to the utility model It is made in the form of a Hall sensor, fixed with a flat side on a substrate of paramagnetic material with a thickness of 1-3 mm. The substrate with the Hall sensor mounted on it is fixed on the side surface of the permanent magnet so that the flat side of the Hall sensor is perpendicular to the horizontal axis of the permanent magnet, and the horizontal axis of the permanent magnet passes through the center of the Hall sensor. As a paramagnetic material for the manufacture of the substrate can be used textolite, ceramic, aluminum. As a current source, a direct current source is used.
Магниточувствительный элемент в устройстве выполнен в виде датчика Холла, закрепленного своей плоской стороной на подложке толщиной 1-3 мм. Подложка изготовлена из парамагнитного материала, например из керамики, текстолита или алюминия, с тем, чтобы не происходило ее намагничивания в поле постоянного магнита, и магнитные поля рассеяния от подложки не влияли на показания датчика Холла. Подложка с установленным на ней датчиком Холла, в свою очередь, закреплена на боковой поверхности постоянного магнита таким образом, чтобы плоская сторона датчика Холла была перпендикулярна горизонтальной оси магнита. При этом поля рассеяния постоянного магнита не регистрируются датчиком Холла, так как они направлены вдоль плоской стороны датчика Холла (см. фиг. 1), а поля рассеяния от намагниченных ферромагнитных фаз в объекте контроля, в свою очередь, оказываются направлены к плоской стороне датчика Холла под углом от 0° до 90° (см. фиг. 2А). Использование датчика Холла в качестве магниточувствительного элемента в заявляемом устройстве позволяет значительно расширить верхний предел измерения напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз в стали, что позволяет производить контроль содержания ферромагнитных фаз в аустенитных и аустенитно-ферритных сталях при содержании в них ферромагнитных фаз более 20%. При этом повышается локальность измерений, т.к. размеры датчика Холла значительно меньше размеров магниточувствительных элементов феррозондовых датчиков.The magnetosensitive element in the device is made in the form of a Hall sensor fixed with its flat side on a substrate with a thickness of 1-3 mm. The substrate is made of paramagnetic material, for example, ceramic, textolite or aluminum, so that it does not magnetize in the permanent magnet field, and the magnetic fields of scattering from the substrate do not affect the readings of the Hall sensor. The substrate with the Hall sensor mounted on it, in turn, is fixed on the side surface of the permanent magnet so that the flat side of the Hall sensor is perpendicular to the horizontal axis of the magnet. In this case, the scattering fields of the permanent magnet are not detected by the Hall sensor, since they are directed along the flat side of the Hall sensor (see Fig. 1), and the scattering fields from magnetized ferromagnetic phases in the control object, in turn, are directed to the flat side of the Hall sensor at an angle from 0 ° to 90 ° (see Fig. 2A). The use of a Hall sensor as a magnetically sensitive element in the inventive device can significantly expand the upper limit for measuring the intensity of magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases in steel, which makes it possible to control the content of ferromagnetic phases in austenitic and austenitic-ferritic steels with a content of ferromagnetic phases of more than 20%. This increases the locality of the measurements, because the size of the Hall sensor is much smaller than the size of the magnetically sensitive elements of flux-gate sensors.
Подложка в измерительной системе выполняется из парамагнитного материала для того, чтобы избежать ее намагничивания магнитными полями рассеяния постоянного магнита и намагниченных ферромагнитных фаз в изделии. В случае если материал, из которого выполнена подложка, является ферромагнетиком или содержит ферромагнитные включения, он становится источником магнитных полей рассеяния, которые будут регистрироваться датчиком Холла и вносить существенную погрешность в результаты измерений. Использование подложки из парамагнитного материала толщиной 1-3 мм в измерительной системе устройства приводит к тому, что угол вектора магнитных полей рассеяния от намагниченных ферромагнитных фаз в стали относительно плоской стороны датчика Холла становится менее острым (см. фиг. 2Б, В), приближаясь к своему максимальному значению 90°. Благодаря этому происходит увеличение ЭДС, регистрируемой на выводах датчика Холла, и повышается чувствительность устройства. Для обоснования данного утверждения был проведен ряд экспериментов по определению количества ферромагнитных фаз в образцах с различным их содержанием. Эксперименты показали, что для всех образцов ЭДС на выходе датчика Холла становится максимальной при толщине подложки в диапазоне от 1 до 3 мм (см. фиг. 3).The substrate in the measuring system is made of paramagnetic material in order to avoid its magnetization by magnetic fields of scattering of a permanent magnet and magnetized ferromagnetic phases in the product. If the material from which the substrate is made is a ferromagnet or contains ferromagnetic inclusions, it becomes a source of scattering magnetic fields, which will be detected by the Hall sensor and introduce a significant error in the measurement results. The use of a substrate of paramagnetic material with a thickness of 1-3 mm in the measuring system of the device leads to the fact that the angle of the vector of the magnetic fields of scattering from the magnetized ferromagnetic phases in the steel relative to the flat side of the Hall sensor becomes less sharp (see Fig. 2B, C), approaching its maximum value of 90 °. Due to this, there is an increase in the EMF recorded at the terminals of the Hall sensor, and the sensitivity of the device increases. To substantiate this statement, a series of experiments were carried out to determine the number of ferromagnetic phases in samples with different contents. The experiments showed that for all samples the EMF at the output of the Hall sensor becomes maximum when the substrate thickness is in the range from 1 to 3 mm (see Fig. 3).
Кроме того, использование в устройстве одного магниточувствительного элемента в значительной степени облегчает его расположение на боковой поверхности постоянного магнита относительно его горизонтальной оси при монтаже устройства.In addition, the use of one magnetically sensitive element in the device greatly facilitates its location on the side surface of the permanent magnet relative to its horizontal axis during installation of the device.
Такая конструкция позволяет значительно повысить верхний предел измерения напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз в сталях, локальность контроля и его чувствительность. Уменьшение количества используемых в устройстве магниточувствительных элементов позволяет сделать более компактной ту часть измерительной системы устройства, которая помещена в защитный корпус, а также уменьшить габариты самого корпуса, а использование датчика Холла позволяет упростить устройство за счет отказа от источников переменного тока.This design can significantly increase the upper limit of the measurement of the intensity of magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases in steels, the locality of control and its sensitivity. Reducing the number of magnetosensitive elements used in the device makes it possible to compact the part of the measuring system of the device that is placed in the protective case, as well as reduce the dimensions of the case itself, and the use of the Hall sensor can simplify the device by eliminating AC sources.
Таким образом, техническая проблема решается достижением в заявляемом устройстве технического результата, заключающегося в повышении верхнего предела измерения напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз, а также увеличении локальности и чувствительности измерений за счет использования в измерительной системе в качестве магниточувствительного элемента датчика Холла, закрепленного на подложке из парамагнитного материала, кроме того, данная конструкция устройства позволяет уменьшить габариты той части измерительной системы устройства, которая помещена в защитный корпус, а также габариты самого корпуса, упростить конструкцию устройства за счет уменьшения количества магниточувствительных элементов и отказа от использования источников переменного тока.Thus, the technical problem is solved by the achievement in the claimed device of a technical result, which consists in increasing the upper limit of measuring the intensity of magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases, as well as increasing the locality and sensitivity of measurements by using a Hall sensor mounted on a substrate as a magnetically sensitive element made of paramagnetic material, in addition, this device design allows to reduce the dimensions of that part of the meter hydrochloric system device, which is placed in a protective enclosure, as well as the dimensions of the casing, simplify the device structure by reducing the number of magnetically sensitive elements, and eliminating the use of alternating current sources.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение устройства для локального контроля содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях.In FIG. 1 is a schematic illustration of a device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels.
На фиг. 2 представлено распределение магнитных полей рассеяния от намагниченных ферромагнитных фаз относительно магниточувствительного элемента устройства. На фиг. 2А показано распределение магнитных полей рассеяния от намагниченной зоны контроля в исследуемом объекте относительно датчика Холла, на фиг. 2Б и 2В показано изменение величины угла между вектором магнитных полей рассеяния и плоской стороной датчика Холла при отсутствии (фиг. 2Б) и наличии (фиг. 2В) в измерительной системе подложки из парамагнитного материала толщиной 1-3 мм.In FIG. 2 shows the distribution of magnetic fields of scattering from magnetized ferromagnetic phases relative to the magnetically sensitive element of the device. In FIG. 2A shows the distribution of the scattering magnetic fields from the magnetized control zone in the test object relative to the Hall sensor, FIG. 2B and 2B show the change in the angle between the vector of magnetic fields of scattering and the flat side of the Hall sensor in the absence (Fig. 2B) and the presence (Fig. 2C) of a substrate of 1-3 mm thick in the measuring system.
На фиг. 3 представлен график, на который нанесены зависимости величины измеряемого сигнала на выходе датчика Холла от толщины подложки из парамагнитного материала для образцов с различным содержанием ферромагнитных фаз. Зависимость 7 построена для образца с содержанием ферромагнитных фаз 15%, зависимость 8 построена для образца с содержанием ферромагнитных фаз 37%, зависимость 9 построена для образца с содержанием ферромагнитных фаз 54%.In FIG. Figure 3 shows a graph showing the dependences of the measured signal at the output of the Hall sensor on the thickness of the substrate from paramagnetic material for samples with different contents of ferromagnetic phases.
Устройство для локального неразрушающего контроля содержания ферромагнитных фаз в аустенитных сталях (фиг. 1) включает постоянный магнит 1 цилиндрической формы (выполненный из сплава ниодим-железо-бор) и измерительную систему, включающую датчик 2 Холла, укрепленный плоской стороной на подложке 3 из парамагнитного материала (текстолита) толщиной 1-3 мм, которая закреплена на поверхности постоянного магнита 1 перпендикулярно его горизонтальной оси таким образом, что горизонтальная ось постоянного магнита 1 проходит сквозь центр датчика 2 Холла, к входу которого подключен источник 4 постоянного тока марки Б5-80, а к выходу - вольтметр 5 марки В7-35. Устройство снабжено алюминиевым защитным корпусом 6 цилиндрической формы, внутри которого на его круглом основании установлен постоянный магнит 1 и датчик 2 Холла, закрепленный на подложке 3 из парамагнитного материала.A device for local non-destructive monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels (Fig. 1) includes a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Для работы устройства вход датчика 2 Холла подключают к источнику 4 постоянного тока, а выход - к вольтметру 5. При отсутствии внешних магнитных полей рассеяния от намагниченных объектов ЭДС на выходе датчика 2 Холла равна нулю, т.к. поля рассеяния постоянного магнита 1 проходят вдоль плоской стороны датчика 2 Холла (см. фиг. 1) и не регистрируются им. Для проведения измерений содержания ферромагнитных фаз в стали устройство устанавливают круглым основанием защитного корпуса 6, на котором закреплен постоянный магнит 1, подложка 3 из парамагнитного материала и датчик 2 Холла, на поверхность образца или контролируемого изделия. При этом происходит намагничивание ферромагнитных фаз в зоне контроля до величины близкой к техническому насыщению. Глубина и диаметр зоны контроля определяются геометрическими размерами постоянного магнита 1. В зоне контроля возникают магнитные поля рассеяния, источниками которых являются намагниченные ферромагнитные фазы. Как было показано с помощью выражения (1), напряженность полей рассеяния от ферромагнитных фаз пропорциональна содержанию этих фаз в зоне контроля. В отличие от полей рассеяния постоянного магнита 1 поля рассеяния от намагниченных ферромагнитных фаз не проходят вдоль плоской стороны датчика 2 Холла, а входят в нее под некоторым углом (см. фиг. 2А). Величина ЭДС на выходе датчика 2 Холла пропорциональна следующему выражениюFor the operation of the device, the input of the
где Н - напряженность полей рассеяния от намагниченной области в объекте контроля;where H is the intensity of the scattering fields from the magnetized region in the control object;
ε - ЭДС на выходе датчика Холла;ε - EMF at the output of the Hall sensor;
α - угол между вектором магнитного поля и плоской стороной датчика Холла, величина угла лежит в диапазоне 0°≤α≤90°.α is the angle between the magnetic field vector and the flat side of the Hall sensor, the angle lies in the range 0 ° ≤α≤90 °.
Из выражения (2) следует, что датчик 2 Холла необходимо расположить так, чтобы величина угла между вектором полей рассеяния от ферромагнитных фаз и плоской стороной датчика 2 Холла была максимально близка к значению 90°. При этом будет расти величина ЭДС, измеряемая на выходе датчика 2 Холла, и, как следствие, повышаться его чувствительность даже к небольшому (менее 1%) содержанию ферромагнитных фаз в исследуемой стали. Для этой цели в измерительной системе устройства используется подложка 3 из парамагнитного материала толщиной 1-3 мм. Она расположена между постоянным магнитом 1 и датчиком 2 Холла, что обеспечивает размещение датчика 2 Холла таким образом, чтобы угол между его плоской стороной и вектором полей рассеяния от ферромагнитных фаз был максимально близок к значению 90°. Данный эффект от использования подложки 3 проиллюстрирован на фиг. 2Б и 2В, где показано, что угол α1 между вектором магнитного поля рассеяния от ферромагнитных фаз и плоской поверхностью датчика 2 Холла при отсутствии подложки 3 (фиг. 2Б) оказывается меньше угла α2 при наличии подложки 3 в измерительной системе устройства (фиг. 2В). Следовательно, величина ЭДС на выходе датчика 2 Холла в измерительной системе на фиг. 2Б меньше величины ЭДС на выходе датчика 2 Холла в измерительной системе на фиг. 2В. Для доказательства данного утверждения был проведен ряд экспериментов для образцов из сталей с различным содержанием ферромагнитных фаз, в ходе которых исследовалось влияние толщины подложки 3 на величину ЭДС, измеряемую на выходе датчика 2 Холла (см. фиг. 3). Результаты эксперимента представлены также в таблице. Как видно из фиг. 3 и таблицы, наличие подложки 3 в измерительной системе приводит к росту ЭДС, измеряемой на выходе датчика 2 Холла, на 10 и более процентов при толщине подложки 1-3 мм.From the expression (2) it follows that the
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает повышение верхнего предела измерения напряженности магнитных полей рассеяния от ферромагнитных фаз, а, соответственно, и верхний предел измерения содержания ферромагнитных фаз в сталях, увеличение локальности и чувствительности измерений, а, следовательно, достоверности проводимых измерений. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет сделать более компактной часть измерительной системы, размещенной внутри защитного корпуса, а также уменьшить габариты самого корпуса, упростить конструкцию устройства за счет уменьшения количества магниточувствительных элементов и использования источника постоянного тока.Thus, the claimed device provides an increase in the upper limit of measuring the intensity of magnetic fields of scattering from ferromagnetic phases, and, accordingly, the upper limit of measuring the content of ferromagnetic phases in steels, increasing the locality and sensitivity of measurements, and, therefore, the reliability of the measurements. In addition, the proposed device allows to make a more compact part of the measuring system located inside the protective housing, as well as to reduce the dimensions of the housing itself, to simplify the design of the device by reducing the number of magnetically sensitive elements and using a direct current source.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144940U RU179750U1 (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144940U RU179750U1 (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU179750U1 true RU179750U1 (en) | 2018-05-23 |
Family
ID=62203254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144940U RU179750U1 (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU179750U1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130609C1 (en) * | 1997-07-31 | 1999-05-20 | Пудов Владимир Иванович | Device for local measurement of ferromagnetic phase of austenitic steel |
| EP1308721B1 (en) * | 2001-11-02 | 2006-07-26 | Corus Technology BV | Device and method for detecting magnetic properties of a metal object |
| RU108626U1 (en) * | 2011-02-07 | 2011-09-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН | DEVICE FOR LOCAL MEASUREMENT OF FERROMAGNETIC PHASE OF MATERIALS |
-
2017
- 2017-12-20 RU RU2017144940U patent/RU179750U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130609C1 (en) * | 1997-07-31 | 1999-05-20 | Пудов Владимир Иванович | Device for local measurement of ferromagnetic phase of austenitic steel |
| EP1308721B1 (en) * | 2001-11-02 | 2006-07-26 | Corus Technology BV | Device and method for detecting magnetic properties of a metal object |
| RU108626U1 (en) * | 2011-02-07 | 2011-09-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН | DEVICE FOR LOCAL MEASUREMENT OF FERROMAGNETIC PHASE OF MATERIALS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2593677C2 (en) | Electromagnetic sensor and calibration thereof | |
| Cardelli et al. | Surface field measurements in vector characterization of Si-Fe magnetic steel samples | |
| US3440527A (en) | Magnetic thickness gauge having shielded magnet | |
| JPH03255380A (en) | Apparatus for measuring magnetic permeability | |
| Abdallh et al. | A Rogowski–Chattock coil for local magnetic field measurements: sources of error | |
| RU179750U1 (en) | Device for local monitoring of the content of ferromagnetic phases in austenitic steels | |
| US3611119A (en) | Method for measuring the ferrite content of a material | |
| RU108626U1 (en) | DEVICE FOR LOCAL MEASUREMENT OF FERROMAGNETIC PHASE OF MATERIALS | |
| RU2566416C1 (en) | Device for eddy-current magnetic examination of ferromagnetic objects | |
| US5122743A (en) | Apparatus and method of non-destructively testing ferromagnetic materials including flux density measurement and ambient field cancellation | |
| JP2005127963A (en) | Nondestructive inspection method and its apparatus | |
| KR101001616B1 (en) | Reversible Magnetic Permeability Measurement Apparatus | |
| RU2130609C1 (en) | Device for local measurement of ferromagnetic phase of austenitic steel | |
| RU103926U1 (en) | ELECTROMAGNETIC CONVERTER TO DEFECTOSCOPE | |
| RU179753U1 (en) | A device for local measurement of the ferromagnetic phase in austenitic steels | |
| JP2005315732A (en) | Instrument for measuring displacement of ferromagnetic body | |
| STANĚK et al. | Experimental Gaussmeter For Circular Magnetization | |
| RU2492459C1 (en) | Magnetoelastic transducer for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials | |
| RU111686U1 (en) | Coercimeter Sensor | |
| FI85772C (en) | Methods for proving the adequacy of magnetic flux induced by a magnetization yoke in magnetic troubleshooting | |
| Reutov et al. | On complex permeability in eddy-current flaw detection | |
| SU144546A1 (en) | Magnetometer | |
| JP4267389B2 (en) | Non-contact flow rate measuring method and apparatus | |
| Song et al. | A study on the magnetic distribution of Nd-Fe-B permanent magnets in pipeline in line inspection tool | |
| SU1315888A1 (en) | Method and apparatus for measuring coefficient of conductance anisotropy of non-magnetic materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201221 |