SE467176B - Anordning foer att reducera daempning vid/av virvelstroemsgivare - Google Patents

Description

467 176 2 att tillräcklig känslighet skall erhållas. Givaren blir på detta sätt lätt skadad och allmänt utsatt för mekanisk åverkan m m. Problemet förvärras om provobjektet är varmt, t ex 1000 OC, då ju härvid givaren måste kylas och kylarrangemanget även måste vara mekaniskt robust och därigenom utrymmes- krävande. Som skydd mellan t ex givarspole och provobjekt har man sedan ålänge använt sig av tunna skivor/membran av keramiskt material eller omagnetiskt rostfritt stål. Det keramiska materialet är skört och går lätt sönder och det rostfria stålet dämpar virvelströmsfältet kraftigt vid högre frekvenser. Inget av alternativen är med andra ord bra. Föreliggande upp- finning anger en lösning på detta och andra härmed sammanhängande problem.

Följande beskrivning skall ses som ett av många tänkbara sätt att förverk- liga uppfinningen. Uppfinningen som är synnerligen enkel beskrivs lämpligen utifrån bifogade figurer.

Figur 1 visar ett provobjekt 1, t ex ämne, på vars yta en defekt 8, t ex spricka, finns. Inuti en givarkapsling 6, 7 är en s k ytgivarspole 2 place- rad. Mellan spolen 2 och provobjektets yta 1 är som skydd en delanordning 4 monterad. Denna delanordning består av helt eller delvis elektriskt ledande material, t ex rostfri stålbricka. Denna bricka skulle om den var helt homogen utgöra ett effektivt hinder för det magnetfält som utgör kopplingen mellan provobjekt och spole och därigenom förhindras en optimal detektering av sprickan 8.

Orsaken till detta är att magnetfältet, som är av "virvelströmstyp", inducerar virvelströmmar 11 i stålbrickan 4. Dessa oönskade virvelströmmar motverkar strömmarna i spolen 2 och dämpar därigenom magnetflödet som når provobjektet 1. Virvelströmmarna 11 i stålbrickan 4 går på grund av ström- förträngningen i huvudsak på ytan av brickan 4, vilket medför att ju tjockare brickan är desto svårare har fältet att passera igenom brickan, och dämpningen av virvelströmmarna i provobjektets yta blir större. För att underlätta för magnetflödet är det vanligt att placera en ferrittapp 3 igenom spolen 2. Om man då som i figur 1 låter ferriten 3 sticka ned igenom ett hål/kanal 9 i brickan 4 utgör brickan ett kortslutet varv kring den flödesledande ferritpolen 3. Virvelströmmarna i brickan förstärks härvid och dämpningen blir stor.

Figur 2 visar brickan 4 sedd uppifrån. Den består av t ex omagnetiskt rostfritt stål, t ex SIS 2333, och är t ex 1 mm tjock. Den har stålets 3 1 467 176 mekaniska hållfasthet och miljötålighet. Genom att i brickan ta upp ett spår 10 utgör spåret/slitsen ett effektivt hinder för de cirkulära virvel- strömsbanorna 11. Brickan/delanordningen utgör ej längre ett kortslutet varv utan arrangemanget/spåret 10 medför att virvelströmmarna i brickan 4 kraftigt reduceras. Därigenom kan flödet via ferritpolen, igenom kanalen 9 i brickan U, passera utan större dämpning.

För att förstå hur effektivt spåret 10 är kan nämnas att vid ovan beskrivna bricka och en frekvens av 500 KHz är förhållandet för flödet lä mellan polen och provobjektet med respektive utan spår 10 cirka 5. Spåret ökar med andra ord flödet cirka 5 gånger, vilket i motsvarande grad förbättrar mät- förutsättningarna.

Det är inget som hindrar att delanordningen 4, dvs brickan i figur 1 och 2, är en integrerad del av omgivande väggar eller kapsling 6, men om t ex kapslingen 6 utgörs av metall kommer spåret 10 i brickan att överbryggas i sin yttre kant och virvelströmmen 11 kan smita runt spåret 10 och förorsaka viss dämpning. Visserligen är virvelströmmarna som störst närmast ferrit- polen 3, men dämpningen blir dock påtaglig även vid yttre överbryggning.

För att komma runt detta problem kan man isolera brickan H med t ex ett isolerande skikt 18, mellan brickan 4 och kapslingen 6. Det är givetvis viktigt att även skydda spåret 10 så att inga överbryggningar sker på grund av t ex metallflagor och dylikt. Silikonfilm är ett lämpligt skydd som man lätt kan anbringa över brickan, som exemel. Ju högre frekvens desto bättre effekt har givetvis spåret.

Vid modern virvelströmsteknik utnyttjas i allt större utsträckning flera s k bärfrekvenser. Dessa olika frekvenser dämpas då även olika av en homogen (ej spårförsedd) bricka, men om brickan förses med spår eller liknande, som hindrar eller försvårar bildandet av virvelströmsbanor, kommer de olika frekvenserna att dämpas avsevärt mindre olika. Detta gör att man med föreliggande uppfinning underlättar användandet av s k fler- frekvensprinciper.

Spåret 10, i figur 2, har en bredd SB som kan vara endast någon bråkdel av en millimeter. Bredden är okritisk och väljes lämpligen så att den kan fyllas med något lämpligt, ej elektriskt ledande material. Detta material 5 kan även täcka brickan 4 helt om så är lämpligt. 467 176 “ I de fall man arbetar med flera bärfrekvenser och har försökt använda en homogen metallbricka 4 har de högre frekvenserna och därav bildade flödena dämpats kraftigt i relation till de lägre. Detta har försvårat s k lift- off-undertryckning och vektortransformation baserad på att även höga frekvenser kommer till användning. Detta är sannolikt den största orsaken till varför t ex valstrådsprovning, där inget annat än metallrörsskydd stoppar, fortfarande sker med primitiv differensmätning med en frekvens.

Föreliggande uppfinning kan här i all sin enkelhet öppna dörren för vals- trådsprovning med fler än en frekvens.

Av figur 1 framgår även hur man låter kylmedia, t ex vatten (H20) passera mellan spolen 2 och brickan 4. Brickan fungerar alltså här även som ledare för vattenflödet. Skyddsanordningen/brickan kan som framgår ha flera funk- tioner att fylla, och antalet spår eller andra arrangemang som kan försvåra virvelströmsbildandet i brickan kan varieras på mångahanda sätt. Brickan kan givetvis även bestå av flera separata delar. Brickan kan tillverkas av rostfritt stål, som har relativt dålig elektrisk ledningsförmåga, men även vanligt stål går bra då den magnetiska permeabiliteten höjer strömförträng- ningen och försvårar virvelströmsbildandet. Brickan kan även göras lamine- rad, men då går enkelheten i viss mån förlorad, liksom ofta värmebeständig- heten.

Figur 3 visar ett exempel på hur man kan låta ferritpolen 3 kompletteras med ytterligare ferrit 12, så att flödet på så sätt riktas och förstärks samtidigt som det lätt kan passera brickan 4.

Av samma figur framgår att förutom det nyttiga flödet 14 finns det även ett onyttigt läckflöde 13 mellan spole 2 och bricka 4. Detta läckflöde minskar relativt på grund av spåret 10, men kan reduceras ytterligare genom att som i figur 4 fylla upp utrymmet under spolen med elektriskt ledande material, t ex genom att göra brickan 4 tjockare. Även denna tjockare bricka eller liknande kan ha arrangemang som försvårar bildandet av dämpande virvel- strömsbanor. Genom att förse det utfyllande materialet med kanaler 17 kan effektiv kylning t ex via vatten erhållas. Förutom att man på detta sätt försvårar bildandet av läckflöden 13 leds och/eller riktas magnetflödet ned mot provobjektets 1 yta, vilket naturligtvis är en stor mätteknisk fördel.

Samtidigt kan den känsliga spolen 2 fjärmas från provobjektet och placeras mer skyddat, samtidigt som brickan 4 fungerar som ett robust och starkt f\ 5 467 176 mekaniskt skydd. Spolen 2 kan med fördel lindas av kopparfolie, t ex 3 mm bred och 0,1 mm tjock och försedd med plastfilm som isolering, då härigenom den effektiva koppararean blir stor på grund av mindre påverkan av ström- förträngning i folien.

Figurerna 1 till och med 4 visar s k ytgivare. Figur 5A och 5B visar hur föreliggande uppfinning som exempel kan användas vid s k genomgàngsgivare 2, 22. Provobjektet 1 utgörs här av en rund stång som rör sig med hastig- heten VV igenom de differentialkopplade spolarna 2 och 22. Dessa spolar omsluts delvis av ferritoken 3, som sticker in i hål/kanaler i skydds- röret/delanordningen 4. Lindningarna/spolarna 2, 22 är fast förbundna med stativet/höljet 7 via fästanordningarna 16. Ferritoken 3 och röret 4 kan dock rotera på grund av lagringen 15. Rörets cirkulära rotationshastighet är V .

R Om man tänker sig röret uppskuret och utrullat som i figur 5B ser man hålen 9, i vilka ferritpolerna sticker in i eller igenom, och spåren 10, som för- svàrar virvelströmsbildningen i röret. Man ser även riktningen på de vir- velströmsbanor A resp B som vill bildas om spåren ej funnits.

Om man via någon lämplig drivanordning roterar rör och ferritok kommer t ex en lång axiell ytspricka 8 att passeras av resp ferritok och tillhörande fältbild en gång per rotationsvarv så länge sprickan befinner sig inuti spolarna. Om då ferritpolerna är förskjutna något, S, realtivt varandra kommer flödespassagen över sprickan att ske något förskjutet i tid relativt varandra för resp spole 2 och 22. På grund av den differentiella spolkopp- lingen kommer man härigenom att generera en signal som kan användas för detektering av sprickan 8.

Variationsmöjligheterna är mycket stora, vilket även inkluderar ferritok, spolarrangemang, placering m m.

I figur 5A är spolen/lindningen 2 fast monterad medan de ganska tätt omslutande ferritoken 3 kan utföras roterande. För att kunna montera ett sådant arrangemang måste man som framgår kunna dela på ferritoken eller tillverka dem i segment eller liknande.

Figur 5 kan även ses som ett exempel på hur en konventionell differens- givare, bestående av de två motriktade genomgångsspolarna 2 och 22, kan 467 176 6 kompletteras med roterande ferritok 3. På detta sätt kan det differentiella spolarrangemanget förutom s k "korta fel" även detektera s k "långa fel", typ långa axiella sprickor och dylikt. Utan slitsarna 10 skulle detta ej gå att göra effektivt, speciellt ej vid högre bärfrekvenser. Grundare sprickor kräver högre frekvenser och därav följande kraftigare strömförträngning. ' ll Spolarrangemanget i figur 5 kan med andra ord dels fungera som en konven- tionell differentiell givare för korta defekter, men via föreliggande uppfinning kompletteras så att även långa defekter kan detekteras via det differentiella spolarrangemanget.

Antalet t ex U-formade ferritok kan varieras beroende på aktuell storhet som skall detekteras.

Vid virvelströmsprovning krävs det ofta att givaren rör sig fort över prov- objektets yta för att ytavsökningsmönstret skall blir tillräckligt tätt och finmaskigt. I det svenska patentet 8503894-1 beskrivs ett sätt att via s k "snurra" snabbt rotera en virvelströmsgivare. Om man här använder en kera- misk bricka som skydd kommer kylvattnet att spränga brickan på grund av den stora centrifugalkraft som uppstår som följd av det höga rotationsvarv- talet, ofta många tusen varv per minut. Om man i stället för den keramiska brickan använder t ek en stålbricka enligt föreliggande uppfinning finns ej längre någon sprängningsrisk.

Figur 6 visar en ytgivare 2 inklusive ferritok monterat i en kapsling 6.

Den skyddande brickan 4 är limmad på en keramisk bricka 40, som ej är elektriskt ledande. Brickan 4 består av två delar som alltså hålls ihop av den keramiska brickan 40. Samtidigt tätar den keramiska brickan spåret 10 och skyddar ferritpolens 3 nedre ände. I den keramiska brickan 40 finns ett urtag 23, som tillåter vatten som kommer via hålröret 19 i ferritpolen 3 att passera och kyla ferrittappen 3 och lindningen/spolen 2, detta som ytterligare en variant och exempel. f! Den keramiska brickan 40 i kombination med den rostfria stålbrickan 4 utgör ett mycket bra skydd i flera hänseenden, såväl mekaniskt som elektriskt. u: Sammanfattningsvis kan föreliggande uppfinning även beskrivas på följande koncentrerade sätt i all enkelhet.

Claims (13)

7 467 176 Anordning, t ex mäthuvud, baserat på virvelströmsteknik, och innefattande en delanordning 4 av elektriskt ledande material, t ex stål, innehållande en kanal, t ex hål eller liknande, och att denna kanal i sin tur innehåller rel > 1)' Del av delanordningen 4, som omslutes av magnetflödet, är försedd med material med goda magnetflödesledande egenskaper, t ex ferrit (p arrangemang, t ex spår/slits 10, som försvårar eller helt hindrar bildandet av virvelströmmar i delanordningen i anslutning till givaren/sensorn 2. Uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. PATENTKRAV

1. Anordning för på virvelströmsteknik baserad mätning och/eller provning av ett provobjekt (1) med avseende på en storhet, innefattande åtminstone ett organ (2, 22) för alstring och/eller avkänning av magnetiskt flöde (14) med åtminstone en till organet (2, 22) hörande flödespåverkande första delanordning (3, 12) av ett material med hög magnetisk ledningsförmåga, en mellan organet (2, 22) och provobjektet (1) placerad andra delanordning (4) för skydd av organet (2, 22) mot mekanisk och/eller termisk pâkänning, vilken andra delanordning (4) innehåller elektriskt ledande material, k ä n n e t e c k n a d av att den andra delanordningen (4) uppvisar åtminstone en kanal (9) genom vilken en del av den första delanordningen (3, 12) passerar samt är utförd med och/eller försedd med arrangemang (10) för att försvåra bildandet av virvelströmmar (11) i den andra delanord- ningen (4), varigenom dessas dämpande inverkan på magnetflödet (14) redu- CeraS .

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att orga- net (2, 22) är anordnat att alstra och/eller avkänna magnetiskt flöde (14) av olika eller varierande frekvens.

3. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den första delanordnignen (3, 12) är av ferrit.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra delanordningen (4) är en del av organets (2, 22) kapsling (6). 467 176 8

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra delanordningen (4) är utformad som en bricka (4).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att arrangemangen (10) utgörs av ett sammanhängande spår (10) mellan kanalen (9) och brickans (4) periferi. Iï

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att den andra delanordningen (4) är utformad som ett rör (4).

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att prov- objektet (1) passerar genom röret (4).

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav 7-8, k ä n n e - t e c k n a d av att röret (4) i en lagring (15) är anordnat rörligt åtminstone i en rotationsriktning (VR) relativt organet (2, 22) och/eller provobjektet (1).

10. Anordning enligt något av föregående patentkrav 7-9, k ä n n e- t e c k n a d av att röret (4) uppvisar kanaler (9) med en, företrädesvis i rörets (4) rotationsriktning (VR), viss förskjutning (S) relativt var- andra.

11. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den första delanordningen (3, 12) består av åtminstone två delar och/eller är delbar.

12. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra delanordningen (4) helt eller delvis är kyld medelst ett vattenflöde mellan organet (2, 22) och den andra delanord- ningen (4).

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d a v att den andra delanordningen (4) helt eller delvis är belagd med ett isolerande och/eller skyddande material.