RU2656115C1 - Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control - Google Patents
Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656115C1 RU2656115C1 RU2016147860A RU2016147860A RU2656115C1 RU 2656115 C1 RU2656115 C1 RU 2656115C1 RU 2016147860 A RU2016147860 A RU 2016147860A RU 2016147860 A RU2016147860 A RU 2016147860A RU 2656115 C1 RU2656115 C1 RU 2656115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- value
- wall thickness
- eddy current
- thickness
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation 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
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
- G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals
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)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам неразрушающего контроля немагнитных металлических изделий и может быть использовано для контроля толщины металлического изделия и толщины диэлектрического покрытия его поверхности.The invention relates to methods for non-destructive testing of non-magnetic metal products and can be used to control the thickness of the metal product and the thickness of the dielectric coating of its surface.
Известен способ вихретокового контроля толщины немагнитных электропроводящих металлических листов, основанный на возбуждении с помощью накладного трансформаторного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов одной частоты, измерении комплексного значения вносимого напряжения вихретокового преобразователя, по которому определяют значение контролируемого параметра объекта контроля (Неразрушающий контроль. Справочник / под ред. В.В. Клюева: в 8 томах. Т 2: в 2-х кн.: Кн. 1: Контроль герметичности. Кн. 2: Вихретоковый контроль. - М.: Машиностроение, 2003. - 688 с.: с. 418-422). Благодаря различному влиянию на значение вносимого напряжения толщины листа, зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью листа, а также удельной электрической проводимости материала при контроле толщины листа может быть осуществлена амплитудно-фазовая отстройка от влияния на результаты измерения толщины листа изменений электропроводности материала либо зазора.A known method of eddy current control of the thickness of non-magnetic electrically conductive metal sheets, based on the excitation using an overhead transformer eddy current transducer in the object of control of eddy currents of the same frequency, measuring the complex value of the applied voltage of the eddy current transducer, which determines the value of the controlled parameter of the object of control (Nondestructive testing. Reference / under Edited by V.V. Klyuyev: in 8 volumes, T 2: in 2 books: Book 1: Leak test, Book 2: Eddy current contact role. - M.: Mechanical Engineering, 2003. - 688 p.: p. 418-422). Due to the different influence on the value of the introduced voltage of the sheet thickness, the gap between the eddy current transducer and the sheet surface, as well as the electrical conductivity of the material, the amplitude-phase detuning from the influence of changes in the electrical conductivity of the material or the gap on the sheet thickness measurements can be carried out.
Недостатками этого способа являются отсутствие возможности отстройки от влияния изменений одновременно двух влияющих факторов и малые диапазоны отстройки от изменений каждого из них.The disadvantages of this method are the lack of detuning from the effects of changes simultaneously of two influencing factors and the small ranges of detuning from changes in each of them.
Известен способ вихретокового контроля толщины металлических объектов, реализованный в устройстве для контроля толщины металлических изделий (SU 375468 А1, МПК6 G01B 7/06, опубл. 23.03.1973 г., бюл. №16), основанный на возбуждении с помощью накладного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов двух частот и измерении вносимых напряжений двух частот. Частоты выбирают таким образом, что вносимое напряжение вихретокового преобразователя высокой частоты зависит только от зазора между преобразователем и объектом контроля и удельной электропроводности материала, а вносимое напряжение низкой частоты зависит от зазора, удельной электропроводности материала и толщины объекта. Способом предусмотрены фазовая отстройка от влияния на высокочастотный и низкочастотный сигналы вихретокового преобразователя изменений электропроводности материала, а также отстройка от влияния изменений зазора, осуществляемая путем корректировки фазы низкочастотного сигнала в зависимости от амплитуды и фазы высокочастотного. Благодаря наличию двухчастотного возбуждения вихретокового преобразователя обеспечивается эффективная отстройка от влияния на результаты измерения толщины изменений зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля в значительном диапазоне его изменений.A known method of eddy current control of the thickness of metal objects, implemented in a device for controlling the thickness of metal products (SU 375468 A1,
Недостатками этого способа являются малый диапазон и трудоемкость отстройки от влияния изменений электропроводности материала.The disadvantages of this method are the small range and the complexity of the detuning from the influence of changes in the electrical conductivity of the material.
Известен способ вихретокового контроля металлических немагнитных объектов (SU 1176231 А1, МПК4 G01N 27/90, опубл. 30.08.1985 г., бюл. №32), выбранный в качестве прототипа, основанный на возбуждении с помощью накладного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов трех частот, первая из которых выбирается из условия пренебрежимо малого значения глубины проникновения магнитного поля по сравнению с толщиной плоского объекта, вторая частота выбирается из условия приблизительного равенства глубины проникновения магнитного поля половине толщины объекта, третья частота выбирается из условия превышения глубины проникновения магнитного поля толщины объекта, измеряют вносимые напряжения трех частот. Вносимое напряжение вихретокового преобразователя на первой частоте зависит только от зазора h между преобразователем и объектом контроля, вносимое напряжение на второй частоте зависит от зазора h и удельной электрической проводимости материала σ, а вносимое напряжение на третьей частоте - от зазора h, удельной электрической проводимости материала σ и толщины объекта Т.A known method of eddy current control of metallic non-magnetic objects (SU 1176231 A1, IPC4 G01N 27/90, publ. 08/30/1985, bull. No. 32), selected as a prototype, based on the excitation using an overhead eddy current transducer in the object of control of eddy currents three frequencies, the first of which is selected from the condition of a negligible value of the depth of penetration of the magnetic field compared with the thickness of a flat object, the second frequency is selected from the condition of approximate equality of the depth of penetration of the magnetic field to half the thickness of the object, the third frequency is selected from the condition that the depth of penetration of the magnetic field of the thickness of the object is exceeded, the insertion stresses of three frequencies are measured. The insertion voltage of the eddy current transducer at the first frequency depends only on the gap h between the transducer and the test object, the insertion voltage on the second frequency depends on the gap h and the specific electrical conductivity of the material σ, and the introduced voltage at the third frequency depends on the gap h, the specific electrical conductivity of the material σ and the thickness of the object T.
По значению амплитуды вносимого напряжения первой частоты определяют значение зазора h между вихретоковым преобразователем и объектом контроля. По значениям комплексных составляющих вносимого напряжения второй частоты и рассчитанному значению зазора определяют значение удельной электрической проводимости материала σ, а по значениям комплексных составляющих вносимого напряжения третьей частоты и рассчитанным значениям зазора h и удельной электрической проводимости материала а определяют значение толщины объекта Т. Для определения параметров объекта контроля: зазора h, удельной электрической проводимости материала σ и толщины объекта Т используются функции обратного преобразования, полученные в результате численного анализа функциональных зависимостей вносимых напряжений вихретокового преобразователя от указанных параметров объекта. Таким образом, обеспечивается возможность раздельного контроля величин h, σ и Т.The value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency determines the value of the gap h between the eddy current transducer and the control object. The value of the specific components of the applied voltage of the second frequency and the calculated value of the gap determine the value of the specific electrical conductivity of the material σ, and the values of the complex components of the applied voltage of the third frequency and the calculated values of the gap h and the specific electrical conductivity of the material a determine the thickness of the object T. To determine the parameters of the object control: the gap h, the electrical conductivity of the material σ and the thickness of the object T, the functions of the inverse azovaniya obtained by numerical analysis of functional dependencies introduced by the eddy current transducer voltages from said object parameters. Thus, it is possible to separately control the values of h, σ, and T.
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля толщины стенки металлических немагнитных труб при значительных диапазонах изменения параметров объекта. Это обусловлено высокими погрешностями аппроксимации реальных функциональных зависимостей вносимых напряжений вихретокового преобразователя от параметров объекта предлагаемыми аналитическими выражениями даже в случае плоского объекта контроля и значительным возрастанием этих погрешностей в случае криволинейной формы объекта, что имеет место при контроле труб. Другим недостатком известного способа является сложность определения функции преобразования значений вносимых напряжений вихретокового преобразователя в значение контролируемого параметра особенно при отличии формы объекта контроля от плоской.The disadvantage of this method is the low reliability of the control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes with significant ranges of changes in the parameters of the object. This is due to the high errors of approximation of the real functional dependences of the introduced voltages of the eddy current transducer on the parameters of the object by the proposed analytical expressions even in the case of a planar object of control and a significant increase in these errors in the case of a curvilinear shape of the object, which occurs when testing pipes. Another disadvantage of the known method is the difficulty of determining the function of converting the values of the introduced voltages of the eddy current transducer into the value of the controlled parameter, especially when the shape of the control object differs from the flat one.
Предложенное изобретение позволяет повысить достоверность контроля толщины стенки металлических немагнитных труб и упростить определение функции преобразования значений вносимых напряжений вихретокового преобразователя в значение контролируемого параметра.The proposed invention allows to increase the reliability of controlling the wall thickness of metal non-magnetic pipes and simplify the determination of the function of converting the values of the introduced voltages of the eddy current transducer into the value of the controlled parameter.
Согласно способу вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб в объекте контроля с помощью накладного вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи трех частот, первую из которых выбирают из условия пренебрежимо малого значения глубины проникновения магнитного поля по сравнению с толщиной стенки, вторую частоту выбирают из условия приблизительного равенства глубины проникновения магнитного поля половине толщины стенки, третью частоту выбирают из условия превышения глубины проникновения магнитного поля толщины стенки, измеряют вносимые напряжения трех частот. По значению амплитуды вносимого напряжения первой частоты определяют значение зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля. Толщину стенки определяют на основе экспериментальной функциональной зависимости фазы вносимого напряжения третьей частоты от значения зазора и толщины стенки для фиксированного значения удельной электрической проводимости металла стенки трубы, соответствующего используемым при нахождении функциональной зависимости образцам труб. При этом для определения толщины стенки измеренное значение фазы вносимого напряжения третьей частоты корректируют на величину поправки, пропорциональной разности измеренного значения фазы вносимого напряжения второй частоты и ее значения для образцов, используемых при определении функциональной зависимости фазы вносимого напряжения третьей частоты от значения зазора и толщины стенки.According to the method of eddy current control of the wall thickness of non-magnetic metal pipes in the test object, eddy currents of three frequencies are excited using an overhead eddy current transducer, the first of which is selected from the condition of a negligible depth of penetration of the magnetic field compared to the wall thickness, the second frequency is selected from the condition of an approximate equality of depth magnetic field penetration half the wall thickness, the third frequency is selected from the condition that the penetration depth is exceeded magnetically Field of the wall thickness measured voltage introduced three frequencies. The value of the amplitude of the applied voltage of the first frequency determines the gap between the eddy current transducer and the control object. The wall thickness is determined on the basis of the experimental functional dependence of the phase of the applied voltage of the third frequency on the value of the gap and wall thickness for a fixed value of the specific electrical conductivity of the metal of the pipe wall corresponding to the pipe samples used to find the functional dependence. At the same time, to determine the wall thickness, the measured phase value of the applied voltage of the third frequency is adjusted by the amount of correction proportional to the difference between the measured phase value of the applied voltage of the second frequency and its value for the samples used to determine the functional dependence of the phase of the applied voltage of the third frequency on the value of the gap and wall thickness.
Основное отличие, обеспечивающее технический результат: использование в качестве функции преобразования экспериментальной зависимости фазы вносимого напряжения третьей частоты от значения зазора и толщины стенки для фиксированного значения удельной электрической проводимости металла стенки трубы с коррекцией измеренной в процессе контроля фазы этого вносимого напряжения на величину, пропорциональную разности фаз измеренного вносимого напряжения второй частоты и ее значения, соответствующего используемым при нахождении функции преобразования образцам труб.The main difference that provides the technical result: the use of the experimental dependence of the phase of the applied voltage of the third frequency as a function of the transformation on the gap and wall thickness for a fixed value of the specific electrical conductivity of the metal of the pipe wall with the correction of the voltage measured during the phase control by a value proportional to the phase difference the measured applied voltage of the second frequency and its value corresponding to those used to find the function conversion to pipe samples.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method.
На фиг. 2 показано поперечное сечение вихретокового преобразователя и части трубы.In FIG. 2 shows a cross section of an eddy current transducer and part of a pipe.
На фиг. 3 изображен вид функции обратного преобразования относительного значения амплитуды вносимого напряжения первой частоты А1 в значение зазора h.In FIG. 3 shows a view of the function of the inverse transformation of the relative value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency A 1 into the gap value h.
На фиг. 4 изображен вид функции обратного преобразования фазы ϕ3 вносимого напряжения третьей частоты в значение толщины стенки трубы Т для разных значений зазора h при фиксированном значении удельной электрической проводимости материала σ0.In FIG. 4 shows the function of the inverse transformation of the phase ϕ 3 of the introduced voltage of the third frequency to the pipe wall thickness T for different values of the gap h with a fixed value of the specific electrical conductivity of the material σ 0 .
На фиг. 5 представлен вид функциональной зависимости фазы ϕ20 вносимого напряжения второй частоты от зазора h при фиксированном значении удельной электрической проводимости материала σ0.In FIG. 5 shows the functional dependence of the phase ϕ 20 of the applied voltage of the second frequency on the gap h at a fixed value of the specific electrical conductivity of the material σ 0 .
Устройство (фиг. 1), реализующее способ вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб, содержит первый 1 (Г1), второй 2 (Г2) и третий 3 (Г3) генераторы гармонических сигналов, накладной вихретоковый преобразователь 4 (ВТП), блок аналогового преобразования 5 (БАП), вычислительный блок 6 (ВБ), блок индикации 7 (БИ).The device (Fig. 1) that implements a method of eddy current control of the wall thickness of non-magnetic metal pipes contains the first 1 (G1), second 2 (G2) and third 3 (G3) harmonic signal generators, overhead eddy current transducer 4 (ETC), an analog conversion unit 5 (BAP), computing unit 6 (WB), display unit 7 (BI).
Выходы первого, второго и третьего генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП) и с первым, вторым и третьим входами блока аналогового преобразования 5 (БАП). Выход вихретокового преобразователя 4 (ВТП) соединен с четвертым входом блока аналогового преобразования 5 (БАП). Шесть выходов блока аналогового преобразования 5 (БАП) соединены каждый с отдельным входом вычислительного блока 6 (ВБ). Выход вычислительного блока 6 (ВБ) соединен со входом блока индикации 7 (БИ).The outputs of the first, second and third harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) are connected respectively with the first, second and third inputs of the overhead eddy current transducer 4 (ETC) and with the first, second and third inputs of the analog conversion unit 5 (BAP). The output of the eddy current transducer 4 (VTP) is connected to the fourth input of the analog conversion unit 5 (BAP). Six outputs of the block analog conversion 5 (BAP) are each connected to a separate input of the computing unit 6 (WB). The output of the computing unit 6 (WB) is connected to the input of the indicating unit 7 (BI).
Один из возможных вариантов конструкции накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП), наиболее часто используемый в вихретоковых толщиномерах, содержит обмотку возбуждения 8 (фиг. 2), измерительную обмотку 9 и компенсационную обмотку 10. Измерительная обмотка 9 и компенсационная обмотка 10 включены встречно.One of the possible design options for the overhead eddy current transducer 4 (ETC), most often used in eddy current thickness gauges, contains an excitation winding 8 (Fig. 2), a measuring winding 9 and a compensation winding 10. The measuring winding 9 and the compensation winding 10 are included in the opposite direction.
При осуществлении контроля вихретоковый преобразователь 4 (ВТП) располагают вблизи объекта контроля 11. Генераторы гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) вырабатывают гармонические сигналы с частотами ƒ1, ƒ2 и ƒ3.When monitoring, the eddy current transducer 4 (ETC) is located near the
Значения частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 должны удовлетворять условиям, при которых глубина проникновения магнитного поля первой частоты пренебрежимо мала по сравнению с толщиной стенки трубы, глубина проникновения магнитного поля второй частоты приблизительного равна половине толщины стенки, глубина проникновения магнитного поля третьей частота превышает толщину стенки трубы.The frequencies ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 must satisfy the conditions under which the depth of penetration of the magnetic field of the first frequency is negligible compared to the thickness of the pipe wall, the depth of penetration of the magnetic field of the second frequency is approximately equal to half the wall thickness, the depth of penetration of the magnetic field of the third frequency exceeds pipe wall thickness.
Выходные сигналы генераторов 1-3 (Г1-Г3) подают на обмотку возбуждения 8 накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП). Ток этой обмотки имеет три гармонические составляющие частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 и создает трехчастотное магнитное поле. Измерительная 9 и компенсационная 10 обмотки вихретокового преобразователя 4 (ВТП) включены встречно, поэтому при отсутствии вблизи вихретокового преобразователя электропроводящего объекта выходной сигнал вихретокового преобразователя равен нулю. При наличии вблизи вихретокового преобразователя 4 (ВТП) электропроводящего объекта трехчастотное магнитное поле возбуждения наводит в контролируемом изделии вихревые токи трех частот. Магнитное поле этих вихревых токов обуславливает возникновение выходного сигнала (вносимого напряжения) вихретокового преобразователя 4 (ВТП). Блоком аналогового преобразования 5 (БАП) осуществляют выделение комплексных составляющих сигнала вихретокового преобразователя, обусловленных каждой из трех частотных составляющих магнитного поля вихревых токов. Для выполнения этой функции в состав блока аналогового преобразования 5 (БАП) входят частотно-избирательные блоки и блоки амплитудно-фазового детектирования, используемые, например, в устройстве, реализующем способ-прототип.The output signals of the generators 1-3 (G1-G3) are fed to the field winding 8 of the overhead eddy current transducer 4 (ETC). The current of this winding has three harmonic components of the frequencies ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 and creates a three-frequency magnetic field. The measuring 9 and
Выходные сигналы блока аналогового преобразования 5 (БАП) пропорциональны амплитудам действительной и мнимой комплексных составляющих вносимых напряжений частот ƒ1, ƒ2, ƒ3: , , , , , .The output signals of the analog conversion unit 5 (BAP) are proportional to the amplitudes of the real and imaginary complex components of the introduced voltage frequencies ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 : , , , , , .
Благодаря указанному ранее выбору частот генераторов гармонических сигналов, выделенные составляющие сигнала вихретокового преобразователя на первой частоте зависят только от зазора h между вихретоковым преобразователем 4 (ВТП) и объектом 11, составляющие сигнала на второй частоте зависят от зазора h и удельной электропроводности материала σ, а составляющие сигнала на третьей частоте - от зазора h, удельной электропроводности материала σ и толщины Т объекта.Owing to the previously indicated choice of frequencies of harmonic signal generators, the extracted components of the eddy current transducer signal at the first frequency depend only on the gap h between the eddy current transducer 4 (ECP) and
Вычислительным блоком 6 (ВБ) осуществляется вычислительное преобразование выходных сигналов блока аналогового преобразования 5 (БАП) в измеряемое значение контролируемого параметра. Для этого вычисляются амплитуда вносимого напряжения первой частоты А1 и фазы ϕ2 и ϕ3 вносимых напряжений второй и третьей частот:Computing unit 6 (WB) performs the computational conversion of the output signals of the analog conversion unit 5 (BAP) into the measured value of the monitored parameter. For this, the amplitude of the applied voltage of the first frequency A 1 and the phases ϕ 2 and ϕ 3 of the applied voltage of the second and third frequencies are calculated:
; ;
; ;
. .
Дальнейшее вычислительное преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с использованием функций преобразования, определяемых экспериментально с использованием образцов труб различной толщины Т с фиксированной удельной электрической проводимостью материала σ0 при различных значениях зазора h. Количества используемых образцов толщины и зазора определяются требуемыми точностью и диапазоном измерения и для широкого круга задач контроля составляют порядка десяти.Further computational conversion of the measurement information signals is carried out using conversion functions determined experimentally using pipe samples of various thicknesses T with a fixed specific electrical conductivity of the material σ 0 at various clearance values h. The quantities of thickness and clearance samples used are determined by the required accuracy and measurement range, and for a wide range of control tasks are about ten.
В соответствии с предлагаемым способом вычислительным блоком 6 (ВБ) вычисляется значение зазора h. Для этого используется функция обратного преобразования относительного значения амплитуды А1 вносимого напряжения первой частоты в значение зазора h (фиг. 3), определяемая путем численного анализа экспериментальной зависимости амплитуды А1 от зазора h. Данная функция с достаточной для решения широкого круга задач контроля точностью аппроксимируется зависимостью видаIn accordance with the proposed method, the computing unit 6 (WB) calculates the value of the gap h. To do this, use the function of the inverse transformation of the relative value of the amplitude A 1 of the introduced voltage of the first frequency to the value of the gap h (Fig. 3), determined by numerically analyzing the experimental dependence of the amplitude A 1 on the gap h. This function is approximated by a dependence of the form with sufficient accuracy to solve a wide range of control problems
, ,
где а - коэффициент, зависящий от наружного диаметра трубы, конструктивных параметров вихретокового преобразователя и диапазона изменений зазора h;where a is a coefficient depending on the outer diameter of the pipe, the design parameters of the eddy current transducer and the range of changes in the gap h;
А10 - значение амплитуды при h=0.And 10 is the value of the amplitude at h = 0.
Далее осуществляется вычисление промежуточного значения толщины стенки Т в предположении, что удельная электрическая проводимость материала трубы σ равна удельной электрической проводимости образцов σ0. Для этого используется функциональная зависимость толщины стенки трубы T(h, ϕ3) от зазора h и фазы ϕ3. Вид этой функциональной зависимости показан на фиг. 4. Для определения значения Т сначала определяют ближайшие к измеренному значению h его дискретные значения hi и hi+1, соответствующие толщинам образцов, использованных для определения зависимости, показанной на фиг. 4. Далее производится расчет соответствующих значений Ti(hi, ϕ3) и Ti+1(hi+1, ϕ3). Значение толщины Т вычисляется в предположении линейности зависимости в малом диапазоне изменений зазора h:Next, the intermediate value of the wall thickness T is calculated under the assumption that the specific electrical conductivity of the pipe material σ is equal to the specific electrical conductivity of the samples σ 0 . For this, the functional dependence of the pipe wall thickness T (h, ϕ 3 ) on the gap h and phase ϕ 3 is used . A view of this functional relationship is shown in FIG. 4. To determine the value of T, first determine the discrete values h i and h i + 1 closest to the measured value h corresponding to the thicknesses of the samples used to determine the dependence shown in FIG. 4. Next, the corresponding values of T i (h i , ϕ 3 ) and T i + 1 (h i + 1 , ϕ 3 ) are calculated. The thickness T is calculated under the assumption that the dependence is linear in a small range of changes in the gap h:
. .
Дальнейшие вычислительные преобразования обеспечивают отстройку от влияния на результат контроля изменений удельной электрической проводимости материала σ. Для этого определяется значение фазы ϕ20 вносимого напряжения второй частоты при измеренном зазоре h и значении удельной электрической проводимости σ0, соответствующей используемым для определения функций преобразования образцам. Вид экспериментальной зависимости фазы ϕ20 от зазора h показан на фиг. 5. С высокой степенью приближения данная зависимость аппроксимируется функциейFurther computational transformations provide detuning from the influence on the result of monitoring changes in the specific electrical conductivity of the material σ. For this, the phase value ϕ 20 of the applied voltage of the second frequency is determined for the measured gap h and the value of the specific electrical conductivity σ 0 corresponding to the samples used to determine the conversion functions. The experimental dependence of the phase ϕ 20 on the gap h is shown in FIG. 5. With a high degree of approximation, this dependence is approximated by the function
ϕ20=-ехр(b+ch+dh2),ϕ 20 = -exp (b + ch + dh 2 ),
где b, с и d - экспериментально определяемые коэффициенты, зависящие от наружного диаметра трубы, частоты ƒ2, значения удельной электрической проводимости σ0 и конструктивных параметров вихретокового преобразователя.where b, c, and d are experimentally determined coefficients depending on the outer diameter of the pipe, frequency ƒ 2 , electrical conductivity σ 0 and the design parameters of the eddy current transducer.
Далее вычисляется разность фаз Δϕ2 между измеренным значением фазы ϕ2 вносимого напряжения второй частоты и ее значением ϕ20 для используемых при определении функций преобразования образцов труб:Next, the phase difference Δϕ 2 between the measured value of the phase ϕ 2 of the applied voltage of the second frequency and its value ϕ 20 is calculated for the pipe samples used in determining the conversion functions:
Δϕ2=ϕ2-ϕ20.Δϕ 2 = ϕ 2 -ϕ 20 .
Следующей вычислительной операцией является определение разности фаз Δϕ3 между измеренным значением фазы ϕ3 вносимого напряжения третьей частоты и ее значением ϕ30 для используемых при определении функций преобразования образцов. Как показывают результаты математического и физического моделирования разность фаз Δϕ3, обусловленная отличием значения удельной электрической проводимости материала контролируемой трубы σ от ее значения σ0, соответствующего используемым для определения функций преобразования образцам, связана с разностью фаз Δϕ2, обусловленной этой же причиной, линейной зависимостью видаThe next computational operation is to determine the phase difference Δϕ 3 between the measured value of the phase ϕ 3 of the introduced voltage of the third frequency and its value ϕ 30 for those used in determining the conversion functions of the samples. As the results of mathematical and physical modeling show, the phase difference Δϕ 3 , due to the difference in the specific electric conductivity of the material of the controlled pipe σ from its value σ 0 corresponding to the samples used to determine the conversion functions, is related to the phase difference Δϕ 2 due to the same reason, a linear dependence kind of
Δϕ3=s Δϕ2,Δϕ 3 = s Δϕ 2 ,
где множитель s является функцией толщины стенки трубы Т:where the factor s is a function of the pipe wall thickness T:
s=s(T).s = s (T).
Зависимость s(T) с высокой степенью приближения описывается функцией s(T)=exp(k+mT+nT2),The dependence s (T) with a high degree of approximation is described by the function s (T) = exp (k + mT + nT 2 ),
где k, m и n - экспериментально определяемые коэффициенты, зависящие от наружного диаметра трубы, значения удельной электрической проводимости σ0, значений второй ƒ2 и третьей ƒ3 частот и конструктивных параметров вихретокового преобразователя.where k, m, and n are experimentally determined coefficients depending on the outer diameter of the pipe, electrical conductivity σ 0 , values of the second ƒ 2 and third ƒ 3 frequencies and design parameters of the eddy current transducer.
При определении значения множителя s, необходимого для вычисления значения величины Δϕ3, используется рассчитанное ранее значение толщины Т. Затем вычисляется скорректированное значение фазы вносимого напряжения третьей частоты, соответствующее используемым для определения функций преобразования образцам:When determining the value of the factor s necessary for calculating the value of Δϕ 3 , the previously calculated thickness T is used. Then, the corrected phase value of the applied voltage of the third frequency is calculated, which corresponds to the samples used to determine the conversion functions:
ϕ30=ϕ3-Δϕ3.ϕ 30 = ϕ 3 -Δϕ 3 .
Далее с использованием нового скорректированного значения фазы вносимого напряжения третьей частоты ϕ30 осуществляется повторное вычисление уточненного значения толщины T с использованием зависимости фиг. 4. Найденное уточненное значение толщины Т вновь используется для последовательных вычислений значений величин s, Δϕ3, ϕ30 и нового уточненного значения толщины Т. Описанный цикл вычислений повторяется (2…5) раз в зависимости от требуемой точности и степени дискретности значений зазоров. Значение толщины Т, рассчитанное в последнем цикле, принимается в качестве результата измерения контролируемого параметра Т.Then, using the new corrected phase value of the applied voltage of the third frequency ϕ 30 , the specified value of the thickness T is recalculated using the dependence of FIG. 4. The found updated value of the thickness T is again used for sequential calculations of the values of s, Δϕ 3 , ϕ 30 and the new updated value of the thickness T. The described cycle of calculations is repeated (2 ... 5) times depending on the required accuracy and degree of discreteness of the gap values. The thickness value T calculated in the last cycle is taken as the measurement result of the controlled parameter T.
Блоком индикации 7 (БИ) осуществляется индикация результата контроля.The display unit 7 (BI) displays the result of the control.
Эффективность использования предлагаемого способа вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб в условиях значительных изменений зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью объекта и удельной электрической проводимости материала была подтверждена результатами лабораторных и производственных испытаний опытного образца устройства при контроле толщины стенки легкосплавных бурильных труб из дюраля Д16Т с наружным диаметром 147 мм и толщиной стенки в диапазоне (5…15) мм. Был использован накладной трансформаторный дифференциальный вихретоковый преобразователь, конструкция которого схематично показана на фиг. 2. Использовались частоты составляющих тока возбуждения 80 кГц, 2500 Гц и 125 Гц. Для определения функций преобразования использовались 11 образцов труб с толщинами стенки из указанного диапазона и с удельной электрической проводимостью материала 16 МСм/м. Для изменения значения зазора использовались 12 образцов зазора (диэлектрических пластинок) толщиной (1…15) мм. Для определения функциональной зависимости измеряемых сигналов от изменений удельной электрической проводимости применялось изменение температуры образцов в диапазоне (-12…+85)°С. Для проверки эффективности отстройки от влияния изменений электропроводности использовались образцы с удельной электрической проводимостью материала 18 МСм/м и 20 МСм/м. Диапазон изменения значений множителя s, используемого для корректировки значений фазы вносимого напряжения третьей частоты по результатам измерения фазы второй частоты, составлял от 3,1 до 4,3.The effectiveness of using the proposed method of eddy current control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes under conditions of significant changes in the gap between the eddy current transducer and the surface of the object and the electrical conductivity of the material was confirmed by laboratory and production tests of a prototype of the device when controlling the wall thickness of light-alloy drill pipes made of D16T duralumin with an outer diameter 147 mm and wall thickness in the range (5 ... 15) mm. An overhead transformer eddy current differential transducer was used, the design of which is schematically shown in FIG. 2. The frequencies of the components of the excitation current of 80 kHz, 2500 Hz, and 125 Hz were used. To determine the conversion functions, 11 pipe samples with wall thicknesses from the specified range and with a specific electric conductivity of the material of 16 MSm / m were used. To change the gap value, 12 gap samples (dielectric plates) with a thickness of (1 ... 15) mm were used. To determine the functional dependence of the measured signals on the changes in the electrical conductivity, a change in the temperature of the samples was used in the range (-12 ... + 85) ° С. To test the detuning efficiency from the influence of changes in electrical conductivity, samples with a specific electrical conductivity of 18 MSm / m and 20 MSm / m were used. The range of variation of the values of the factor s used to adjust the phase values of the applied voltage of the third frequency according to the results of measuring the phase of the second frequency was from 3.1 to 4.3.
Результаты испытаний опытного образца устройства показали, что при использовании предлагаемого способа контроля в указанном диапазоне изменений влияющих параметров абсолютная погрешность измерения толщины стенки не превышает (0,2…0,3) мм. Без использования отстройки от мешающих факторов (например, от изменений электропроводности при изменении температуры в указанном диапазоне) погрешность измерения возрастает на порядок.The test results of the prototype of the device showed that when using the proposed control method in the specified range of changes of the influencing parameters, the absolute error of measuring the wall thickness does not exceed (0.2 ... 0.3) mm. Without the use of detuning from interfering factors (for example, from changes in electrical conductivity with a change in temperature in the indicated range), the measurement error increases by an order of magnitude.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147860A RU2656115C1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147860A RU2656115C1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656115C1 true RU2656115C1 (en) | 2018-05-31 |
Family
ID=62560249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016147860A RU2656115C1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656115C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2784787C1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-11-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) | Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176231A1 (en) * | 1983-01-18 | 1985-08-30 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects |
SU1335861A1 (en) * | 1985-07-29 | 1987-09-07 | Саратовский Институт Механизации Сельского Хозяйства Им.М.И.Калинина | Method of eddy-current flaw detector |
US6424151B2 (en) * | 2000-07-06 | 2002-07-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for evaluation of eddy current testing signal |
US6566871B2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-05-20 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Process and device for testing a workpiece by means of eddy currents |
RU2456589C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-07-20 | Закрытое Акционерное Общество "КОНСТАНТА" | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings |
-
2016
- 2016-12-07 RU RU2016147860A patent/RU2656115C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176231A1 (en) * | 1983-01-18 | 1985-08-30 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects |
SU1335861A1 (en) * | 1985-07-29 | 1987-09-07 | Саратовский Институт Механизации Сельского Хозяйства Им.М.И.Калинина | Method of eddy-current flaw detector |
US6424151B2 (en) * | 2000-07-06 | 2002-07-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for evaluation of eddy current testing signal |
US6566871B2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-05-20 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Process and device for testing a workpiece by means of eddy currents |
RU2456589C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-07-20 | Закрытое Акционерное Общество "КОНСТАНТА" | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2784787C1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-11-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) | Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Egorov et al. | Inspection of aluminum alloys by a multi-frequency eddy current method | |
Wang et al. | Novel noncontact eddy current measurement of electrical conductivity | |
Wang et al. | Measurement of coating thickness using lift-off point of intersection features from pulsed eddy current signals | |
Fan et al. | Thickness measurement using liftoff point of intersection in pulsed eddy current responses for elimination of liftoff effect | |
Arjun et al. | Optimisation of pulsed eddy current probe for detection of sub-surface defects in stainless steel plates | |
EP2707705B1 (en) | Surface property inspection device and surface property inspection method | |
Dziczkowski | Elimination of coil liftoff from eddy current measurements of conductivity | |
JP5383597B2 (en) | Eddy current inspection apparatus and inspection method | |
Rodrigues et al. | A portable embedded contactless system for the measurement of metallic material conductivity and lift-off | |
Sardellitti et al. | A fast ECT measurement method for the thickness of metallic plates | |
Cao et al. | Analytical modelling and simulations for high-frequency eddy current testing with planar spiral coils | |
RU2656115C1 (en) | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control | |
Malikov et al. | Subminiature eddy-current transducers for conductive materials research | |
RU2784787C1 (en) | Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes | |
JP4551035B2 (en) | Conductor thickness measuring device | |
Brauer et al. | Defect detection in conducting materials using eddy current testing techniques | |
RU2610350C1 (en) | Eddy current testing method | |
Dmitriev et al. | Subminiature eddy current transducers for thickness measurement problems | |
Egorov et al. | Using signals of special form in multi-frequency eddy current testing | |
Cai et al. | A study on influence of plastic deformation on the global conductivity and permeability of carbon steel | |
JP2015049224A (en) | Electromagnetic induction type inspection device and electromagnetic induction type inspection method | |
RU2456589C1 (en) | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings | |
Egorov et al. | The Use of Projection Methods of Multivariate Analysis in Eddy Current Thickness Measurement | |
Martens et al. | Fast precise eddy current measurement of metals | |
Terekhin et al. | Evaluating specific electrical conductivity of two-layered nonmagnetic objects by pulsed eddy-current method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191208 |