2. Магнітні товщиноміри(типи, загальна характеристика). Магнітний товщиномір мт-41нц.

Магнітні товщиноміри призначені для контролю товщини захисного покриття на виробах з феромагнітних матеріалів або для вимірювання товщини феромагнітних листів.

Велику групу таких приладів складають товщиноміри пондеромоторної дії, принцип дії яких базується на вимірюванні сили відриву чи притягування постійних магнітів і електромагнітів до контрольованого об’єкту. Сила притягування пропорційна квадрату магнітної індукції в зазорі між феромагнітним виробом і намагніченим тілом. Індукція залежить від намагнічуючої сили і зазору. На результати вимірювань товщини покриття в значній мірі впливають магнітні властивості матеріалу деталей, на які нанесено покриття. Тому магнітні товщиноміри калібруються за допомогою робочих зразків, виготовлених з тієї ж сталі, що й контрольовані деталі, з покриттям заданої товщини. Стан поверхні (її шорсткість) cуттєво впливає на похибки магнітних товщиномірів.

Головний недолік приладів пондеромоторної групи - циклічність процесу вимірювання (через необхідність ретельного дослідження значення сили до моменту відриву магніту), що утруднує автоматизацію процесу контролю.

Цих недоліків не мають прилади магнітостатичного типу. Їх принцип дії базується на визначенні зміни напруженості магнітного поля (за допомогою перетворювачів Холла, ферозондів, тощо) в колі електромагніту чи постійного магніту при зміні відстані між ними і феромагнітним виробом через наявність немагнітного покриття.

9.1 Фізичні основи магнітної товщинометрії

В магнітних товщиномірах використовується залежність магнітного опору ділянки магнітного кола від зазору, що ілюструється за допомогою рис.9.1. При малому зазорі δ поле в магнітопроводі і зазорі однорідне і тоді, згідно закону повного струму

(9.1)

де - довжина магнітопроводу перетворювача;

- число витків обмотки;

– напруженість магнітного поля в осереді і зазорі відповідно;

– струм обмоткі збудження.

Рисунок 9.1 – До ілюстрації принципу магнітної товщинометрії

Якщо зазор малий (δ << ), то і напруженість магнітного поля в осерді

, (9.2)

де – відносна магнітна проникність матеріалу осердя.

При цих умовах і з врахуванням (9.2) рівняння (9.1) набуває вигляду

, (9.3)

а залежність магнітної індукції від зазору записується формулою:

. (9.4)

Залежність (9.4) ілюструється рис. 9.2, який свідчить про нелінійність залежності .

По принципу дії магнітні товщиноміри можна розділити на три групи: магнітовідривні (пондеромоторної дії), магнітостатичні та індукційні.

Рисунок 9.2 – Залежність магнітної індукції від товщини неферомагнітного покриття

9.4 Індукційні товщиноміри

На рис. 9.6 схематично зображено перетворювач індукційного магнітного товщиноміра. Феритовий стрижень розташований перпендикулярно поверхні ОК. На стрижні розміщено котушку W_B, яка збуджує змінне електромагнітне поле, а також дві ідентичні вимірювальні котушки і , які з’єднані зустрічно. У відсутності ОК е.р.с вимірювальних котушок взаємно компенсуються. При встановленні перетворювача на поверхню ОК порушується симетрія магнітного поля, створеного збуджувальною котушкою. Із зменшенням товщини покриття асиметрія магнітного поля зростає і відповідно зростає вихідна напруга перетворювача, яка несе інформацію про товщину покриття.

На рис. 9.7 подана структурна схема індукційного товщиноміра. Збуджувальна котушка 1 перетворювача живиться від генератора 2. Осердя 3 перетворювача встановлюється на об’єкт контролю. Дві диференціально з’єднані вимірювальні котушки 5 приєднані до блоку обробки сигналу 6, на виході якого встановлені блок індикації 7 і блок автоматики 8.

Рисунок 9.6 – Перетворювач індукційного товщиноміра

Рисунок 9.7 – Структурна схема індукційного товщиноміра (а) і зовнішній вигляд портативного приладу “Duocheck S” (б)

Частота збуджуючого струму в магнітних товщиномірах зазвичай низька, тому, хоча конструктивно магнітний перетворювач досить схожий з вихрострумовим, дія його базується тільки на вимірюванні опору магнітного кола. Вплив вихрових струмів в приладах такого типу несуттєвий і електропровідність матеріалу практично не впливає на їх покази. Тому для вимірювання практично застосовується одна і та ж шкала для всіх неферомагнітних покрить.

В індукційних товщиномірах використовуються накладні перетворювачі двох типів. Перетворювачі першого типу у вигляді стрижня призначені для вимірювання товщини покриття на деталях невеликих розмірів з криволінійною поверхнею і складною конфігурацією. Перетворювач другого типу з підпружиненою робочою поверхнею і трьохточковою стійкою на поверхні опорою застосовують для вимірювання товщини покриття на плоских поверхнях. Характеристики індукційних товщиномірів наведені в табл. 9.2.

Таблиця 9.2 – Характеристики індукційних товщиномірів

Тип	Діапазон вимірювання, мкм	Похибка, %	Габарити, мм	Маса, кг
ММТ-41НЦ	0 … 20 20 … 200 200 … 2000	5	127х200х280	3.5
“Monimetr 3.3.10”	0 … 200 0 … 2000	0.5 мкм 2 мкм	115х60х200	0.7
“Minitset FD”	1 … 1250	1 мкм 3 мкм	145х80х36	0.45
“Deltascope”	0 … 2000 0 … 4000 100 … 6000	1	150х80х30	0.35
“Permascope”	0 … 1000 100 … 5000	1 2	290х205х100	3.5
“Fischerscope Magna 460”	0 … 1000	±1 + 0.05	335х135х340	8

На теренах СНД із вказаних в табл.9.2 промисловістю серійно випускається товщиномір МТ-41НЦ. В НВО “Спектр” розроблено більш сучасний портативний товщиномір МТ-50 НЦ, який призначений для вимірювання товщини неферомагнітного покриття (лаків, фарб, гальванічного покриття), яке нанесене на основу з феромагнітних сталей. Діапазон вимірюваних товщини (5 – 2000) мкм, основна похибка (0.3 – 0.5) мкм. Товщиномір має вбудований імітатор, який дозволяє здійснювати підготовку до роботи без використання мір товщини.

Крім розглянутих, існують товщиноміри для вимірювання товщини шарів об’єктів із феромагнітних матеріалів. Ці товщиноміри поширені значно менше через складність досягнення високої точності, особливо при вимірюванні великих товщин.

В Інституті Фьорста (Німеччина) випускають магнітостатичні вимірювачі товщини жерсті типу 2.203 і 2.215. Перетворювачі виконані у вигляді двохполюсних магнітів (рис. 9.5, б) з датчиками Холла. Прилад 2.203 вимірює товщину шарів в межах 0 – 6000 і 0 – 25000 мкм. Він призначений для контролю товщини жерсті для консервних банок, трансформаторного заліза. Прилад 2.215, який має межі вимірювань 0 – 50; 0 – 100; 0 – 250; 0 – 500; 0 – 1000; 0 – 2500 і 0 – 5000 мкм, призначений для вимірювання відхилень від заданої товщини феромагнітної жерсті.

3. УЗ-дефектоскопія кутових зварних швів. Схеми прозвучування і їх обгрунтування.

Для контролю кутових з‘єднань застосовуються схеми:

1. 

Схема I виявляє всі види внутрішніх дефектів в кутових швах при мінімальному рівні хибних сигналів.

Контроль ведеться нахиленим ПЕП з кутом 55º.

Схема ІІ виявляє всі пори, шлакові включення, несплави і тріщини, орієнтовані перпендикулярно до УЗ-променів. Схема вимагає орієнтування ПЕП відносно з‘єднання і хибний сигнал тут більший за корисний. Також неможливо виявити непровар в корені шва.

Схема ІІІ якраз дозволяє виявити такий серйозний дефект, як непровар в корені шва, тому що він доступний лише з полички з зовнішньої сторони. Роздільно-суміщені перетворювачі по цій схемі застосовуються для тонких поличок, а прямі – для товщих, 40мм і більше.

Схема ІІ і ІІІ застосовується тоді, коли неможливо застосувати схему І через обмежений доступ.

4. Скануючі та нескануючі пристрої для візуалізації теплових полів.

Дуже часто з метою дефектоскопії достовірна інформація про стан ОК може бути одержана шляхом аналізу розподілу температури в просторі, що можливо за рахунок використання різних способів сканування. Так, якщо повертати чи коливати радіаційний пірометр, можна одержати інформацію про зміну температури навколо нього. Але застосування радіаційного пірометра з цією метою утруднене великою інерційністю процесів одержання сигналів про температуру і необхідністю організації рівномірного сканування. У звязку з цим були створені прилади, які дозволяють спостерігати розподіл температури по одній координаті з великою швидкодією, які одержали назву скануючі радіометри, термографи чи прилади типу термопрофіль. Вони призначені для одержання на екрані осцилоскопа зображення розподілу на поверхні ОК в одній площині (по лінії розгортки) і вимірювання температури в будь-якій з її точок (рис.2.23).

Тепловий потік від ОК проходить через фільтр Ф, який пропускає ІЧВ, фокусується об’єктивом за допомогою дзеркала Дз1 на перетворювач П. Для розширення діапазону в області низьких температур, які треба вимірювати, і підвищення роздільної здатності перетворювач П розміщений в холодильнику X, його роль виконує посудина Дюара з рідким азотом, який забезпечує стабільну низьку температуру. Об’єктив забезпечує високу спрямованість випромінювання і високу роздільну здатність.

Сканування в секторі 80 здійснюється шляхом обертання дзеркала Дз двигуном, який також створює імпульси для запуску генератора розгортки. Для наведення в центр ОК служать візир, телескоп, або вузький промінь освітлювача.

Рисунок 2.23- Функціональна схема скануючого радіометра.

Перетворювач П – напівпровідниковий терморезистор з антимоніду індію (InSb), під’єднаний в балансно-перетворюючий пристрій на базі мостової схеми з використанням підсилюючих елементів і лінеаризаторів. Характеристики лінеаризаторів мають обернену залежність потоку теплового випромінювання від температури. Сигнал від ІЧВ частково компенсується з допомогою калібратора рівня, зібраного на основі потенціометрів. Дальше підсилений сигнал поступає на суматор. Крім того на суматор поступає напруга від формувача рівня ФР та імпульсна напруга з пристрою покажчика центру ПЦ. Результуюча напруга з суматора підводиться до пластин вертикального відхилення осцилоскопічного індикатора та створює зображення на його екрані.

На виході підсилювача під’єднані сигналізатори с₁ і с₂, які спрацьовують при виході температури за верхню (Т₁) та нижню (Т₂) межу, що встановлюються оператором.

Генератор розгортки після подачі імпульсу з блоку синхронізації за один оберт дзеркала формує пилоподібну напругу двічі: один раз під час сканування ОК і другий раз – в час, що залишився для висвічення на екрані лінії рівня відліку температури. Цей рівень задається оператором від калібратора рівня і знімається по шкалах за положенням ручок його установлення. При більш детальному вивченні розподілу температури в вузькому секторі температур (10, 20, 40) розгортка основного циклу, коли зображається розподіл температури на ОК, починається з затримкою і йде з більшою швидкістю, яку також задає оператор, регулюючи ручками блоків покажчика центру і блока сектора сканування СС. Блок покажчика центру виробляє імпульс напруги, який відповідає центрові, вибраному оператором на ОК, і що висвічується на екрані.

Блок покажчика центру взаємодіє також з імпульсним блоком сектору сканування СС так, щоб розгортка здійснювалась симетрично відносно вибраного сектору сканування.

Таким чином, зображення на екрані має криву розподілу температури РТ на вибраній лінії сканування АА, імпульс покажчика центру ІЦ і лінію каліброваного рівня температури РТ на вибраній лінії сканування АА’, імпульс показчика центру ІЦ: лінію каліброваного рівня температури КТ.

Конструктивно прилади типу "термопрофіль" виконуються у вигляді двох блоків: сканування та індикатора. При налагоджуванні приладу наводять блок сканування на найцікавішу ділянку ОК, вибирають діапазон вимірювання температури, встановлюють калібрувальний рівень температури, якщо необхідно – встановлюють сектор менших розмірів, попередньо вказавши його центр; при великому об’ємі НК вмикають автоматичну сигналізацію і встановлюють рівень її спрацювання.

Відлік температури за допомогою екрану проводиться за формулою:

T=T_p+S_Tl_T, (2.61)

де Т_р – температура калібрувального рівня (виставляється за допомогою ручок); S_T – встановлена чутливість до температури; l_T – віддаль на екрані від лінії калібровки до точки, в якій проводиться вимірювання температури.

Крім розрахунку температури за чутливістю з точністю до поділки шкали перемикача калібрувального рівня температури вона може бути виміряна шляхом суміщення рівня калібрування температури з точкою, в якій проводяться вимірювання. Для реальних, не абсолютно чорних тіл, після проведення вимірювання треба вводити корекцію на коефіцієнт теплового випромінювання _n.

Похибка вимірювання скануючим радіометром визначається так, як у радіаційних пірометрів, апаратурною похибкою і ступенем невідомості параметрів ОК, в першу чергу коефіцієнта випромінювання _n, та іншими умовами проведення НК.

Скануючі пірометри особливо зручні при НК видовжених об’єктів, в т.ч. і рухомих в просторі. Наприклад, якщо розмістити блок сканування перпендикулярно напрямку руху (по ширині) ОК у вигляді листа, полотна, і т.п., можна, таким чином, організувати 100%-ий НК виробів в технологічному потоці. Застосування з цією метою вбудованих сигналізаторів виходу температури за межі допуску дає можливість автоматизувати НК. Скануючі радіометри дають можливість вирішити більшість задач ТНК, пов’язаних з аналізом одномірного розподілу температури.

З розвитком мікропроцесорної техніки і більшими можливостями термовізорів, які дозволяють вивчати розподіл температури на площині, застосування скануючих радіометрів обмежене.