4.5. Области применения и классификация методов вихревых токов
При контроле методами вихревых токов (МВТ) используют зависимость амплитуды, фазы, троекторий, переходных характеристик и спектра частот токов, возбуждаемых в изделии, от его формы и размеров, физико-механических свойств и сплошности материала, расстояния до датчика, частоты и скорости перемещений, в том числе вибрации.
Соответственно этому различают четыре области применения МВТ (рис. 4.5.1).
Для контроля все изделия или их часть помещают в поле датчика.
Вихревые токи ( ВТ ) возбуждают переменным магнитным потоком.
Информацию о свойствах изделия датчик получает через магнитный поток, созданный ВТ с плотностью δ. Векторы напряженности возбуждающего поля и поля ВТ направлены навстречу друг другу; ЭДС в обмотке датчика пропорциональна разности магнитных потоков.
К особенностям МВТ относятся:
- возможность проверки большого числа параметров изделия ;
- проверке подвергаются слои материала небольшой толщины;
- не требуется электрического и даже механического контакта датчика с изделием;
- большая скорость и незначительная трудоемкость контроля;
- сравнительная простота реализации дистанционного контроля деталей и изделий, установленных в малодоступных местах машин;
- возможность измерения толщины листов, стенки труб и деталей при при одностороннем доступе;
- электрическая природа сигнала, быстродействие, что позволяет легко автоматизировать контроль;
- возможность контроля быстро движущихся изделий.
Рис. 4.5.1 Области применения МВТ
Рис. 4.5.2. Классификация методов вихревых токов
По виду зависимости сигнала датчика от времени различают четыре метода контроля ВТ: основной гармоники, высших гармоник, переходных характеристик (импульсный), многопараметровый на рис. 4.5.2 представлена классификация методов вихревых токов.
Датчики и характерные физические процессы
Типы датчиков. Возбудителем ВТ может быть поле движущего магнита, переменное поле тока в проводе, волна радиоизлучения. Самым распространенным в МВТ датчиком является катушка индуктивности с переменным током или комбинация нескольких катушек (рис.4.6.1). Конструктивные схемы датчиков вихревых токов: I – возбуждающая обмотка; II – измерительная обмотка; 1- плоская деталь (полупространство); 2 – пруток; 3 – труба; 4 – лист. По электрическим свойствам сигнала различают параметрические (рис.4.6.1 а-в) и трансформаторные (рис.4.6.2) датчики. В первых сигналом служит приращение комплексного напряжения (ЭДС), возникающее в одной или нескольких измерительных обмотках II. В первых датчиках сигнал формируется в той же обмотке I, по которой идет возбуждающий ток. Трансформаторные датчики характеризуются повышенной температурной стабильностью. Параметрические датчики более просты, частотный диапазон их работы шире.
По способу расположения изделия относительно обмотки датчики делят на накладные (рис.4.6.2), щелевые и проходные. Последние бывают наружные и внутренние. Один и тот же датчик можно использовать в различных вариантах (рис. 4.6.1) .
Можно выделить датчики отраженного поля и датчики проходящего поля или экранные. Последние могут быть только трансформаторными. Наружные проходные датчики применяют для контроля прутков (2), проволоки, профилей, шаров, роликов, обойм подшипников и т. п. Внутренними проходными проверяют трубы (3), отверстия. Накладными датчиками отраженного поля контролируют изделия (1) любой формы и размеров. Экранными проверяют трубы (проходными) и листы, ленты (4) (накладными). Конструкция и размеры датчика зависят от формы и размеров изделия и цели контроля. По виду графика зависимости сигнала от свойств изделия различают классические и неклассические датчики.
Рис.4.6.1. Конструктивные схемы датчиков вихревых токов: I – возбуждающая обмотка; II – измерительная обмотка; 1- плоская деталь ( полупространство ); 2 – пруток; 3 – труба; 4 – лист
К неклассическим относят векторно-разностные и дифференциальные датчики имеющие по две встречно включенные измерительные обмотки. проходными проверяют трубы (3), отверстия. Накладными датчиками отраженного поля контролируют изделия (1) любой формы и размеров. Экранными проверяют трубы (проходными) и листы, ленты. Конструкция и размеры датчика зависят от формы и размеров изделия и цели контроля. По виду графика зависимости сигнала от свойств изделия различают классические и неклассические датчики.
Классические датчики являются абсолютными. Они дают на выходе сигнал, зависящий от абсолютного значения параметров изделия и их изменения. Сигнал дифференциальных датчиков зависит только от разницы свойств двух рядом расположенных участков. Абсолютные датчики используют для контроля электропроводности и проницаемости материала и других свойств, с ними связанных на рис. 4.6.2 , а также диаметра, толщины стенки, сплошности, а дифференциальные – для оценки неоднородности структуры, нарушений сплошности материалов. Следует отличать дифференцированные датчики от дифференциальной схемы включения абсолютных датчиков, в которой выходной сигнал зависит от разности значений параметров проверяемого изделия и контрольного образца.
На схеме, приведенной на рис. 4.6.2, классификация датчиков сплошными линиями показана классификация параметрических датчиков, а штриховыми – трансформаторных.
Для упрощения расчета каждую обмотку датчика заменяют эквивалентным витком, а вихревые токи – эквивалентным контуром тока (рис. 4.6.3).
Рис.4.6.2 . Классификация датчиков
Рис. 4.6.3.Схемы замены обмоток датчиков эквивалентными витками ( а ), вихревых токов – эквивалентным контуром тока ( б )