UA138680U - Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів - Google Patents

Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів Download PDF

Info

Publication number
UA138680U
UA138680U UAU201904862U UAU201904862U UA138680U UA 138680 U UA138680 U UA 138680U UA U201904862 U UAU201904862 U UA U201904862U UA U201904862 U UAU201904862 U UA U201904862U UA 138680 U UA138680 U UA 138680U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
electromagnetic field
anisotropy
sensitive elements
electrical conductivity
alternating electromagnetic
Prior art date
Application number
UAU201904862U
Other languages
English (en)
Inventor
Валентин Миколайович Учанін
Володимир Георгійович Рибачук
Ярослав Петрович Кулинич
Original Assignee
Фізико-Механічний Інститут Ім. Г.В. Карпенка Нан України
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фізико-Механічний Інститут Ім. Г.В. Карпенка Нан України filed Critical Фізико-Механічний Інститут Ім. Г.В. Карпенка Нан України
Priority to UAU201904862U priority Critical patent/UA138680U/uk
Publication of UA138680U publication Critical patent/UA138680U/uk

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів, при якому на поверхню об'єкта контролю встановлюють локальне джерело змінного електромагнітного поля і два чутливих елементи, розташованих на однаковій відстані від джерела змінного електромагнітного поля і рознесених на кут 90° по кутовій координаті, за допомогою локального джерела змінного електромагнітного поля збуджують в матеріалі об'єкта контролю вихрові струми і за сигналами чутливих елементів визначають параметри анізотропії електричної провідності. Локальне джерело змінного електромагнітного поля і чутливі елементи встановлюють таким чином, що лінії, які з'єднують центри локального джерела змінного електромагнітного поля і центри двох чутливих елементів, орієнтовано вздовж головних осей анізотропії, а параметри анізотропії електричної провідності визначають з використанням різниці або відношення складових сигналів чутливих елементів, пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкта контролю.

Description

Корисна модель належить до технологій вихрострумового неруйнівного контролю і може бути використаний для структуроскопії виробів із електропровідних неферомагнітних конструкційних матеріалів в авіації, машинобудуванні, енергетиці, транспорті тощо.
Відомий вихрострумовий спосіб вимірювання питомої електричної провідності немагнітних матеріалів, який побудований на визначенні фазового кута вихідного сигналу вихрострумового перетворювача з круговими обмотками |11.
Недоліком відомого способу є неможливість дати об'єктивну оцінку матеріалу об'єкта контролю, так як він не дозволяє визначити параметри анізотропії питомої електропровідності.
Тому відомий спосіб можна успішно використовувати тільки для контролю ізотропних за питомою електричною провідністю матеріалу об'єктів контролю.
Відомий спосіб визначення анізотропії питомого електричного опору металів та сплавів, який полягає у вимірюванні питомого електричного опору ділянки листа з визначеними геометричними розмірами за допомогою двох щупів, підключених до потенціометру або моста (2). У першому щупі зовнішні струмові зонди розміщені по колу, в центрі якого розміщено внутрішній струмовий зонд, а потенційні зонди круглої форми розміщені між ними, у другому зонді зовнішні струмові зонди розміщені вздовж замкнутого контуру протяжної форми, видовжені сторони якого є паралельними прямими, паралельно до яких розміщені у лінію внутрішні струмові зонди, а його точкові потенційні зонди розміщені між струмовими.
Вимірюваний електричний опір залежить від кута орієнтації другого щупа відносно напрямку прокату листа.
Недоліками відомого способу є необхідність забезпечення надійного електричного контакту зондів щупів з матеріалом листа, неможливість визначення анізотропії матеріалів з діелектричними покриттями (наприклад, лакофарбовими), низька точність через вплив контактних опорів.
Відомий вихрострумовий спосіб вимірювання анізотропних властивостей немагнітних провідних матеріалів, який полягає у збудженні у приповерхневому шарі матеріалу вихрових струмів у взаємно перпендикулярних напрямках за допомогою двох видовжених і розміщених навхрест індуктивних обмоток і вимірюванні різниці їх параметрів за допомогою мостової вимірювальної схеми |ЗІ.
Зо Недоліком відомого способу є залежність результату вимірювання анізотропії від видовження індуктивних обмоток. З видовженням обмоток чутливість до анізотропії зростає, але погіршується локальність контролю.
Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є вихрострумовий спосіб вимірювання коефіцієнта анізотропії електропровідності немагнітних матеріалів, який полягає у тому, що у матеріалі збуджують вихрові струми за допомогою круглої індукційної обмотки збудження, повздовжня вісь якої орієнтована перпендикулярно до поверхні матеріалу. За допомогою чотирьох вимірювальних обмоток індуктивності, осі чутливості яких орієнтовано перпендикулярно до повздовжньої осі обмотки збудження і паралельно поверхні матеріалу, вимірюють різницю фаз радіальної складової поля вихрових струмів у чотирьох точках на поверхні матеріалу, які знаходяться на однаковій відстані від центру обмотки збудження та рознесені між собою на кут п/2 вздовж кутової координати. Синхронно змінюють положення точок вимірювання вздовж кутової координати до моменту, коли різниця фаз радіальної складової поля вихрових струмів у точках, рознесених на кут л/2 вздовж кутової координати, стане максимальною. За цією різницею фаз визначають параметр анізотропії електропровідності |4|.
Недоліком відомого способу є низька точність вимірювання коефіцієнта анізотропії та складність реалізації способу, пов'язані з необхідністю синхронного обертання точок вимірювання радіальної складової поля вихрових струмів та точного визначення їх положення, за якого різниця фаз радіальної складової поля вихрових струмів є максимальною.
В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності та спрощення процедури вимірювання анізотропії електропровідності немагнітних матеріалів.
Поставлена задача вирішується тим, що вихрострумовий спосіб визначення параметрів анізотропії електричної провідності немагнітних матеріалів, при якому на поверхню об'єкта контролю встановлюють локальне джерело змінного електромагнітного поля і два чутливих елементи, розташованих на однаковій відстані від джерела змінного електромагнітного поля і рознесених на кут 90" по кутовій координаті, за допомогою локального джерела змінного електромагнітного поля збуджують в матеріалі об'єкта контролю вихрові струми і за сигналами чутливих елементів визначають параметри анізотропії електричної провідності, який відрізняється тим, що локальне джерело змінного електромагнітного поля і чутливі елементи бо встановлюють таким чином, що лінії, які з'єднують центри локального джерела змінного електромагнітного поля і центри двох чутливих елементів, орієнтовано вздовж головних осей анізотропії, а параметри анізотропії електричної провідності визначають з використанням різниці або відношення складових сигналів чутливих елементів, пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкта контролю.
Спосіб, при якому попередньо встановлюють джерело змінного електромагнітного поля збудження вихрових струмів і два чутливих елементи на зразок із матеріалу об'єкта контролю, параметри якого є ізотропними за електричною провідністю, за допомогою локального джерела змінного електромагнітного поля збуджують в матеріалі зразка вихрові струми, визначають сигнали чутливих елементів, які використовують для відокремлення складових сигналів чутливих елементів, пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкта контролю.
Спосіб, при якому як параметр анізотропії електричної провідної о використовують коефіцієнт одновісної анізотропії ХО ТУЛх де Ох | 7 У- питома електрична провідність матеріалу об'єкта контролю в напрямку головних осей одновісної анізотропії.
Спосіб, при якому як джерело змінного електромагнітного поля і чутливих елементів використовують обмотки індуктивності, розміщені на феритових осердях.
Спосіб, при якому локальне джерело орієнтують для створення нормальної до поверхні об'єкта контролю магнітної компоненти змінного електромагнітного поля, а осі чутливості чутливих елементів орієнтують для реєстрації нормальної відносно поверхні об'єкта контролю складової електромагнітного поля.
На фіг. 1 представлено схему реалізації запропонованого вихрострумового способу визначення параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів: 1 - обмотка індуктивності збудження вихрових струмів на феритовому осерді, 2 і З вимірювальні обмотки індуктивності на феритових осердях, 4 - об'єкт контролю, Х і М - головні осі анізотропії,
Ох ЗУ - головні значення тензору одновісної анізотропії електричної провідності матеріалу об'єкта контролю.
На фіг. 2 представлено схему визначення сигналів чутливих елементів, коли вони разом із локальним джерелом змінного електромагнітного поля збудження вихрових струмів встановлені на зразку з ізотропними за електричною провідністю властивостям: 1 - обмотка індуктивності
Зо збудження вихрових струмів на феритовому осерді, 2 і З - вимірювальні обмотки індуктивності на феритових осердях, 4 - зразок, Х і М - координатні осі, (Ох Щі бу) - умова ізотропності зразка за електричною провідністю.
На фіг. З представлено залежність різниці складових сигналів вимірювальних обмоток індуктивності цу в» від коефіцієнта анізотропії електричної провідності 7: о. складова а сигналу вимірювальної обмотки індуктивності 2, О2. складова сигналу вимірювальної обмотки індуктивності 3.
Розглянемо приклад реалізації запропонованого вихрострумового способу вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності алюмінієвого сплаву на робочій частоті 100 кГц для випадку, коли як джерело змінного електромагнітного поля і як чутливі елементи використовують обмотку індуктивності збудження і вимірювальні обмотки індуктивності на феритових осердях відповідно. Розглянемо випадок, коли обмотку збудження орієнтують для створення нормальної до поверхні об'єкта контролю магнітної компоненти змінного електромагнітного поля, а осі чутливості вимірювальних обмоток орієнтують для визначення нормальної відносно поверхні об'єкта контролю складової електромагнітного поля (фіг. 1). Крім того (ов нашдму випадку як параметр анізотропії приймемо коефіцієнт одновісної анізотропії
ХУ хх де: Ух Її У питома електропровідність матеріалу об'єкта контролю в напрямку головних осей одновісної анізотропії, а як параметр чутливого до анізотропії будемо розглядати різницю сигналів вимірювальних обмоток індуктивності.
Обмотка індуктивності збудження 1 і вимірювальні обмотки індуктивності 2 та З встановлюють на поверхню об'єкта контролю 4 таким чином, що вимірювальні обмотки 2 і З знаходяться на однаковій відстані від обмотки індуктивності збудження 1 та рознесені одна відносно іншої на кут 907 по кутовій координаті (фіг. 1). При цьому вимірювальні обмотки 2 і З орієнтують відносно головних осей анізотропії таким чином, що лінія, що з'єднує центри обмотки індуктивності збудження 1 і вимірювальної обмотки 2, співпадає з напрямком головної осі анізотропії Х, а лінія, що з'єднує центри обмотки індуктивності збудження 1 і вимірювальної обмотки 3, співпадає з напрямком головної осі анізотропії У. Під дією електромагнітного поля обмотки індуктивності збудження 1 в матеріалі об'єкта контролю 4 виникають вихрові струми, характер протікання яких залежить від анізотропних за електричною провідністю властивостей матеріалу об'єкта контролю. Тобто, електромагнітне поле вихрових струмів залежить не тільки від абсолютного значення електричної провідності матеріалу, а і від її анізотропії. Під дією цього поля на виході вимірювальних обмоток індуктивності 2 і З виникають сигнали 77, та 72, які містять у собі складові, які пов'язані з анізотропією електричної провідності Контрольованого матеріалу. За ідеального розташування вимірювальних обмоток сигнали 7! і 72 будуть рівними длл ізотропного матеріалу і будуть відрізнятися для анізотропного матеріалу. Різниця сигналів 71 ії 72 або їх відношення може слугувати як інформативний параметр для визначення параметрів анізотропії питомої електропровідності матеріалу об'єкта контролю. у
Для підвищення чутливості до анізотропії електричної провідності в сигналах 71, та 72 можна виділити складові, які не несуть інформацію про анізотропні властивості. Це також зменшує можливі похибки, пов'язані з неідентичністю вимірювальних обмоток індуктивності 2 і З та порушенням оптимальної геометрії їх розміщення (відстані від обмотки індуктивності збудження 1 і рознесення на кут 907 по кутовій координаті). Для відокремлення складових сигналів, пов'язаних тільки з анізотропією електричної провідності матеріалу об'єкта контролю в запропонованому способі передбачено можливість попереднього визначення складових цих сигналів, не пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкту контролю. Для цього обмотку індуктивності збудження 1 і вимірювальні обмотки індуктивності 2 та З встановлюють на зразок 4, виготовлений із тієї самої марки алюмінієвого сплаву, що і об'єкт контролю, але який є ізотропним за електричною провідністю матеріалу (фіг. 2). Тобто для матеріалу зразка діє умова бх У, Для виготовлення таких зразків можна використати, зокрема, спосіб, запропонований нами раніше (І5|Ї1. Вимірювальні обмотки індуктивності розміщують відносно збуджуючої обмотки ідентично, як і при встановленні на поверхню об'єкта контролю. Під дією електромагнітного поля вихрових струмів, які протікають в ізотропному зразку 4, на виході . . о . . вимірювальних обмоток 2 і З виникають сигнали 7! та 72, які визначаються тільки електричною провідністю матеріалу ізотропного зразка. ! а ! . 07 -Щ5-Ц, 05-05 - .
Використовуючи їх визначають складові та сигналів вимірювальних обмоток індуктивності відповідно 2 та 3, які визначаються тільки анізотропією електричної провідності матеріалу об'єкта контролю. Таким чином, ми відокремлюємо у сигналі вимірювальних обмоток складові, які пов'язані тільки 3, анізотропними властивостями. Різниця 0 -и . . в) . г. . м цих складових 1 2г або їх відношення 7! "2гзалежать від коефіцієнта анізотропії ца - ув ца /ув - - - Х, - 1 2 - 1 2 - електричної провідності - Різниця або відношення сигналів можна
ЦО ! - ! ! пронормувати, наприклад, до сигналу 7!, вимірювальної обмотки за відсутності об'єкта контролю, тобто при розміщенні усіх обмоток у повітрі зі збереженням заданої геометрії їх взаємного розташування. Таке нормування дозволяє виключити вплив параметрів обмоток (число витків та їх розташування, параметрів феритового осердя тощо) на Я відповідної . . 2. . А - 2-05. . залежності. Приклад залежності пронормованої різниці сигналів 1 2/1 від Х подано на фіг. 3. На основі цієї залежності за величиною складових сигналів вимірювальних обмоток 2 і 3, які залежать від анізотропії, можна визначати значення коефіцієнта анізотропії електричної провідності матеріалу об'єкта контролю.
Запропонований спосіб дозволяє підвищити точність та спростити процедуру вимірювання коефіцієнта анізотропії електричної провідності немагнітних матеріалів. Спосіб дозволяє дати об'єктивнішу характеристику матеріалу об'єкта контролю і може застосовуватись, зокрема, для контролю виробів із вальцьованих алюмінієвих сплавів або вуглеволокнистих композитних матеріалів, які мають анізотропні властивості.
Джерела інформації: 1. Пат. 98206 України, МПК 201 М27/90. Спосіб вимірювання електропровідності немагнітних матеріалів / В.М. Учанін. - Заявл. 30.08.2010; Опубл. 25.04.2012, Бюл. Мо 28. 2. А.С. Мо 230289 СССР, МПК С 01 В, с 01 М. Устройство для определения анизотропий удельного злектросопротивления листових металлов и сплавов / Н.В. Зибров (СССР). - 1180648/26-10; Заявл. 17.08.67; Опубл. 30.10.68, Бюл. Мо 34.
З. А.С. Мо 151080 СССР, Класс 42К, 2102. Щуп для измерения механических напряжений на поверхности металлических изделий / М.М. Шель, 9З.Б. Станкевич, В.В. Шаров (СССР). - 747340/25-8; Заявл. 09.10.61; Опубл. 1962, Бюл. Мо 20. 4. А.С. Мо 1315888 СССР, МКИ С 01 М 27/90. Способ измерения козффициента анизотропий злектропроводности немагнитньїх материалов и устройство для его реализации / В.И.
Гордиенко, Б.И. Колодий, В.Г. Рьібачук, А.Я. Тетерко (СССР). - 3944997/25-28; Заявл. 19.08.85;
Опубл. 07.06.87, Бюл. Мо 21. 5. Патент Мо 101421 України, МПК С: 01 М27/90. Спосіб виготовлення стандартних зразків для настроювання структуроскопів / В.Г. Рибачук, В.М. Учанін (Україна). - Заявл. 20.07.2011;
Опубл. 25.07.2013, Бюл. Мо 6.

Claims (5)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ
1. Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів, при якому на поверхню об'єкта контролю встановлюють локальне джерело змінного електромагнітного поля і два чутливих елементи, розташованих на однаковій відстані від джерела змінного електромагнітного поля і рознесених на кут 907 по кутовій координаті, за допомогою локального джерела змінного електромагнітного поля збуджують в матеріалі об'єкта контролю вихрові струми і за сигналами чутливих елементів визначають параметри анізотропії електричної провідності, який відрізняється тим, що локальне джерело змінного електромагнітного поля і чутливі елементи встановлюють таким чином, що лінії, які з'єднують центри локального джерела змінного електромагнітного поля і центри двох чутливих елементів, орієнтовано вздовж головних осей анізотропії, а параметри анізотропії електричної провідності визначають з використанням різниці або відношення складових сигналів чутливих елементів, пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкта контролю.
2. Спосіб за п. 1, при якому попередньо встановлюють джерело змінного електромагнітного поля збудження вихрових струмів і два чутливих елементи на зразок із матеріалу об'єкта контролю, параметри якого є ізотропними за електричною провідністю, за допомогою локального джерела змінного електромагнітного поля збуджують в матеріалі зразка вихрові струми, визначають сигнали чутливих елементів, які використовують для відокремлення складових сигналів чутливих елементів, пов'язаних з анізотропними властивостями матеріалу об'єкта контролю.
3. Спосіб за п. 1, при якому як параметр анізотропії електдичної провідності о використовують коефіцієнт одновісної анізотропії ху х дехї Ох | 7 У- питома електрична провідність матеріалу об'єкта контролю в напрямку головних осей одновісної анізотропії.
4. Спосіб за п. 1, при якому як джерело змінного електромагнітного поля і чутливих елементів використовують обмотки індуктивності, розміщені на феритових осердях.
5. Спосіб за п.1, при якому локальне джерело орієнтують для створення нормальної до поверхні об'єкта контролю магнітної компоненти змінного електромагнітного поля, а осі чутливості чутливих елементів орієнтують для реєстрації нормальної відносно поверхні об'єкта контролю складової електромагнітного поля. ше й я я й. і Кк Шо -З я , Ка о - ; во й рі х х нн нан С май ц ше одн я в поета дян в нн
Фіг.
UAU201904862U 2019-05-07 2019-05-07 Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів UA138680U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201904862U UA138680U (uk) 2019-05-07 2019-05-07 Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201904862U UA138680U (uk) 2019-05-07 2019-05-07 Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA138680U true UA138680U (uk) 2019-12-10

Family

ID=71114778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201904862U UA138680U (uk) 2019-05-07 2019-05-07 Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA138680U (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107907455B (zh) 一种磁感应颗粒检测装置及浓度检测方法
Fan et al. Thickness measurement using liftoff point of intersection in pulsed eddy current responses for elimination of liftoff effect
EP1810046B1 (en) Sensor for measuring magnetic flux
Zhao et al. Uniaxial ACFM detection system for metal crack size estimation using magnetic signature waveform analysis
CN103238064B (zh) 淬火深度测定方法以及淬火深度测定装置
US3764897A (en) Electromagnetic thickness gauging using a transmitting coil shaped to provide a constant field over a range of measuring distances
Yin et al. Thickness measurement of metallic plates with an electromagnetic sensor using phase signature analysis
Yin et al. Permeability invariance phenomenon and measurement of electrical conductivity for ferrite metallic plates
JP5156432B2 (ja) 渦電流式試料測定方法と渦電流センサ
CN203465407U (zh) 基于示波器和信号发生器的软磁材料磁导率测量实验装置
EP3376216B1 (en) Method for eddy-current testing of electrically conductive objects and device for realizing said method
Stupakov Local non-contact evaluation of the ac magnetic hysteresis parameters of electrical steels by the Barkhausen noise technique
Syas’ ko et al. Measurement of electromagnetic parameters of metal-coating thickness measures
Abdallh et al. A Rogowski–Chattock coil for local magnetic field measurements: sources of error
CN109540053A (zh) 一种基于单线圈的金属母材及表面非金属涂层快速测厚方法
JP6388672B2 (ja) 硬貨検出システム
CN115857026B (zh) 一种探测方法
UA138680U (uk) Вихрострумовий спосіб вимірювання параметрів анізотропії електричної провідності неферомагнітних матеріалів
US20140055131A1 (en) Magnetic field sensor
Martens et al. High-accuracy eddy current measurements of metals
Rybachuk et al. Influence of anisotropy on eddy current conductivity measurement
Martens et al. Adaptive-rate inductive impedance based coin validation
Sandovskii Resonance phenomena during reversal magnetization of cylindrical specimens in an inhomogeneous alternating field
Íñiguez et al. Contactless technique for low-frequency measurement of resistivity in nonmagnetic conductive tubes
RU2421748C2 (ru) Способ испытания изделий из магнитомягких материалов