ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Лабораторная работа Ф-2

Изучение влияния свойств сплошных проводников на вносимое напряжение

Цель работы: Установить закономерности влияния параметров ОК на вносимое напряжение.

Постановка задачи

В теоретическом введении (глава 1) описан механизм возникновения вихревых токов и их влияния на ЭДС, наводимую в измерительной катушке (или в катушке возбуждения). В работе Ф-2 необходимо установить степень влияния ОК на напряжение в измерительной катушке, равное наводимой в катушке ЭДС индукции, взятой со знаком минус.

Для решения поставленной задачи используется установка, описанная в работе Ф-1 (Рис. 22). В качестве образцов имитирующих ОК используются диски (позиция 5) различной проводимости, магнитной проницаемости и толщины, которые устанавливаются соосно возбуждающей катушке.

Порядок выполнения работы

1.Аналогично пунктам 1 и 2 предыдущей работы подготовить к работе лабораторную установку. При этом использовать те же частоты и амплитуды возбуждения.

2.Установить измерительный диск вплотную к возбуждающей катушке. По результатам предыдущей работы выбрать одну из измерительных катушек (измерительного диска) на которой ожидается наибольшая чувствительность измерения. В дальнейшем измерения проводить только с этой катушкой.

3.Последовательно устанавливая диски различной проводимости, магнитной проницаемости и толщины провести измерения на частотах и амплитудах возбуждения из предыдущей работы. Выполнить программную обработку результатов измерения.

4.Используя значения напряжений предыдущей работы вычислить относительные вносимые напряжения в каждом случае вариации параметров (частота, проводимость, магнитная проницаемость и толщина ОК).

5.Построить годографы относительного вносимого напряжения для различных вариаций параметров. Провести анализ степени влияния параметров ОК на характер годографов.

6.Для одного из модельных дисков рассчитать электрическое сопротивление Ro эффективного кольцевого контура вдоль линий поля.

7.Используя экспериментальные данные, уравнения (15) и (17) оценить величину индуктивности Lo контура вихревых токов.

28

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Лабораторная работа Ф-3

Влияние дефектов сплошности

Цель работы: Установить закономерности влияния параметров дефекта сплошности в объекте контроля.

Постановка задачи

В разделе 1.5. была показана модель влияния поперечной трещины на вносимое напряжение. В настоящей работе предстоит экспериментально показать это. Для этого в качестве объекта контроля, содержащего дефект, используются рассечённые пополам металлические диски аналогичные по диаметру, толщине и материалу, цельным дискам (Рис. 22, поз.5). Ожидается изменение фазы и амплитуды вносимого напряжения по сравнению с результатами работы Ф-2.

Порядок выполнения работы

1.На основании уравнения (16) и оценённых в работе Ф-2 значений Ro и Lo спрогнозировать влияние трещины на относительное вносимое напряжение.

Величину RT принять равной (0,6 0,7)Ro, Ёмкость С вычислить по размерам трещины как для плоского конденсатора.

2.Используя модельные диски с трещинами согласно методике описанной в работе Ф-2 построить годографы относительного вносимого напряжения.

3.Выполнить сравнение с годографом, полученным в работе Ф-2. Сделать вывод о характере влияния трещины на относительное вносимое напряжение.

4.Сделать вывод о применимости конденсаторной модели трещины.

Контрольные вопросы к лабораторным работам Ф-1, Ф-2, Ф-3.

1.Объяснить характер распределения величины напряжённости электрического поля вдоль радиуса.

2.Как влияет проводящая среда на распределение вихревого электрического поля?

3.Оцените предельную толщину пластины, величину которой ещё можно контролировать.

4.Будет ли зависеть глубина проникновения вихревых токов от диаметра возбуждающей катушки и диаметра измерительной катушки?

5.Исходя из экспериментальных наблюдений и (или) теоретических расчётов предложите оптимальное значение зазора между катушкой и объектом контроля.

6.Схематично изобразить линии вихревого тока вокруг дефектов, предложенных преподавателем.

29

4. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ВИХРЕТОКОВОГО ПРИБОРА

Работы П-1,2,3 направлены на освоение работы с вихретоковым прибором. В лабораторном практикуме

используется универсальный вихретоковый дефектоскоп с возможностью отображения сигнала в комплексной плоскости (Рис. 23).

В основу работы дефектоскопа заложено измерение параметров электромагнитного поля (амплитуды, фазы), создаваемого вихревыми токами, возбуждаемыми преобразователем дефектоскопа в поверхностном слое металлов, обусловленных изменением однородности или проводимости материала.

Принятый сигнал усиливается, после чего преобразуется в цифровую форму,

Рис. 23. Универсальный

обрабатывается микропроцессором и отображается на индикаторе в графическом

вихретоковый дефектоскоп

виде. Амплитуда, фаза или координаты конца вектора сигнала отображаются в поле значений на индикаторе в цифровом виде. При калибровке дефектоскопа в поле значений отображается значение измеряемого параметра (толщина покрытия, глубина трещин, электропроводность или ферритная фаза). [6]

Для правильной настройки прибора, следовательно, получения корректных результатов контроля необходимо знать устройство прибора и понимать принципы его работы.

Принципиальная блок-схема дефектоскопа приведена на Рис. 24. Управляемый микропроцессором генератор создаёт переменный ток в катушке преобразователя. Ответный сигнал преобразователя обрабатывается усилителем, величина усиления которого регулируется микропроцессором посредствам цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Затем усиленный информативный сигнал передаётся в квадратичный детектор, который выделяет фазу и амплитуду сигнала. Далее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) полученную аналоговую информацию от квадратичного детектора преобразует в цифровую форму и передаёт микропроцессору. Взаимодействие прибора с оператором производится с помощью клавиатуры, дисплея (ЖКИ), блока автоматической сигнализации дефектов (АСД) и порта RS-232.

30

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ВИХРЕТОКОВОГО ПРИБОРА

Рис. 24 Блок-схема прибора

Описание работы прибора, его настройки представлены в руководстве пользователя [5] и в настоящем учебном пособии не изложены. Во избежание повреждения прибора и датчиков, неправильной настройки прибора студент должен предварительно изучить руководство пользователя и приступать к выполнению лабораторной работы только после получения допуска преподавателя. Для получения допуска необходимо знать устройство прибора, последовательность подключения ВТП, структуру меню настройки прибора. Кроме того подключение ВТП к прибору и его настройку необходимо выполнять в присутствии преподавателя!

Лабораторная работа П-1

Обнаружение поверхностных дефектов

Цель работы: Приобрести навыки обнаружения поверхностных дефектов вихретоковым прибором.

Постановка задачи

Дефекты металлов имеют различную природу происхождения, форму, габариты и ориентацию. Это в результате диктует как выбор ВТП для их обнаружения, так и режимы возбуждения, регистрации и способ выделения полезной информации. В лабораторной работе необходимо выявить скрытые поверхностные дефекты в трёх предложенных преподавателем образцах. Виды дефектов заранее оговорены, но не указаны. Для их обнаружения в наличии имеются четыре типа ВТП: ПВР-1, ПВД-1, ПВД-1000 и ПВДТ-500. Информация о преобразователях представлена в их паспортах.

31

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ВИХРЕТОКОВОГО ПРИБОРА

Нормативные документы и документы по оценке зависят от принадлежности объекта контроля к тем или иным группам изделий по их назначению и уровню опасности (ж/д транспорт, подъёмники, турбины и т.д.). Информация об объекте контроля, его материале и соответствующие документы предоставляются преподавателем.

Порядок выполнения работы

1.Согласно паспорту предоставленного для выполнения работы ВТП выбрать три рабочие частоты, шаг сканирования.

2.Для предоставленных объектов контроля выполнить эскиз с указанием отдельных зон контроля и схемой сканирования в каждой из них. Примеры и рекомендации по выполнению схем контроля представлены в РД 13-03- 2006 [7].

3.Согласно руководству пользователя [5] настроить порог чувствительности прибора по образцу СО-1. Кроме того настроить прибор на измерение глубины дефекта. Настроить сигнализацию прибора на наличие дефекта и увеличение зазора (зоны сектор и коробка). Для удобства разделения сигналов дефекта и зазора можно изменить фазу сигнала.

4.Обратить внимание на влияние ориентации преобразователя на выходной сигнал: угловое отклонение от вертикали, влияние зазора, а для ПВДТ-500 угловое положение относительно его оси.

5.Выполнить поиск дефектов, результаты занести в технологическую карту (Приложение 2). Технологическую карту составить для каждого образца и настройки ВТП. Записать во внутреннюю память прибора и распечатать годографы, полученные на дефектах.

6.Для каждого образца дать заключение (Приложение 3) о выявленных дефектах.

7.Дать общие рекомендации об оптимальных режимах работы преобразователя. Сделать оценку возможности использования амплитудного или фазового дефектоскопов.

32