2.Фізичні основи, конструкція і область застосування методу контролю виробів зовнішніми прохідними вихрострумовими перетворювачами (всп).

Такими ВСП контролюються геометричні розміри, електричні і магнітні параметри циліндричних об’єктів кругового січення (контроль прутків, біметалічних та багатошарових циліндрів). Для визначення оптимальних умов контролю необхідно знайти залежність вихідної е.р.с від параметрів об’єкта контролю.

З цією метою знаходять розподіл напруженості магнітного поля Н і обчислюють магнітний потік Φ в середині об’єкта контролю або векторний потенціал А і визначають миттєве е(t) або комплексне значення е.р.с вимірювальної обмотки:

(13.1)

, (13.2)

де l - довжина контура вимірювальної обмотки, яка коаксіальна до збуджуючої;

W_B - кількість витків вимірювальної обмотки.

З врахуванням геометричних розмірів ОК і ВСП формула (13.2) має вигляд:

, (13.3)

де – напруженість магнітного поля за межами об’єкту контролю;

R_В – радіус контура, який охоплюється вимірювальною обмоткою ВСП;

R – радіус об’єкта контролю;

μ – відносна магнітна проникність ОК;

- магнітна стала;

I₀,, I₁ – модифіковані циліндричні функції І роду 0-го та 1-ого порядку;

ω – кругова частота струму збудження ВСП;

- комплексний параметр, який визначається функціональною залежністю від абсолютної магнітної проникності , питомої електропровідності і частоти струму збудження :

(13.4)

При відсутності ОК в середині ВСП маємо на його виході е.р.с “холостого ходу”, яка дорівнює:

, (13.5)

де - е.р.с холостого ходу (комплексна величина).

При цьому значення відносної вихідної напруги вимірювальної обмотки визначається з виразу:

(13.6)

де η – коефіцієнт заповнення, який визначається радіусом R циліндра і радіусом обмоток збуджувальної або вимірювальної з врахуванням нижче вказаних умов:

(13.7)

(13.8)

Використовуючи поняття ефективної магнітної проникності циліндра:

(13.9)

і провівши заміну , отримаємо:

(13.10)

Параметр комплексна величина і характеризує ступінь зменшення магнітного потоку за рахунок вихрових струмів для немагнітного об’єкту контролю.

На практиці здійснюється компенсація е.р.с холостого ходу, тому часто використовують значення відносної вносимої напруги перетворювача, яка розраховується за формулою

(13.1)

На рис. 13.1 приведені годографи відносної напруги перетворювача для провідного немагнітного циліндра ( ) при . З рис. 13.1 видно, що зміни R і циліндра викликають різні напрями зміни векторів напруги на комплексній площині. Це дозволяє роздільно контролювати вказані параметри циліндра. Найкращі умови роздільного контролю R і існують тоді, коли кути між годографами і прямують до . При ці кути досягають величини .

Рисунок 13.1 – Годографи відносної напруги прохідного ВСП при зміні параметрів немагнітного циліндра

При визначенні оптимальних умов контролю будь-якого параметру ОК необхідно знайти похідні даного вихідного сигналу по цьому контрольованому параметру. Наприклад, похідна - визначає чутливість ВСП стосовно контрольованого параметра R (радіуса циліндра) і записується виразом:

(13.2)

Аналогічно можна отримати формули для визначення чутливості ВСП стосовно параметрів і :

(13.13)

(13.14)

Тут зауважимо, що формули (13.12) – (13.14) справедливі при створення ОК однорідного вздовж його осі магнітного поля і дотриманні умови .

1 – об’єкт контролю; 2 – збуджувальна обмотка; 3 – вимірювальна обмотка

Рисунок 12.4 - Види прохідних ВСП

Прохідні ВСП класифікують на зовнішні, внутрішні і занурювальні. Відмінна особливість прохідних ВСП полягає в тому, що під час процесу контролю вони проходять або ззовні об’єкту, охоплюючи його (рис. 12.4, а-в), або всередині нього (рис. 12.4, г-д), або занурюються у рідкий об’єкт (рис. 12.4, е-ж).