МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра методів та приладів контролю якості і сертифікації продукції

О. Є. Середюк

ЕЛЕКТРИЧНИЙ, МАГНІТНИЙ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ВИДИ КОНТРОЛЮ

Лабораторний практикум

Для студентів напряму підготовки

6.051003 - “Приладобудування"

Рекомендовано методичною радою університету

Івано-Франківськ

2010

МВ 02070855 - 3199 - 2010

Середюк О.Є. Електричний, магнітний та електро-магнітний види контролю. Лабораторний практикум: Методичні вказівки. – 2-е вид.,перероб. і доп. / О.Є.Середюк. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. – 71 с.

Методичні вказівки складені згідно з програмою курсу з дисципліни “Електричний, магнітний та електромагнітний види контролю” для студентів напряму підготовки 6.051003 – “Приладобудування".

Вказівки призначені для самостійної роботи при підготовці до виконання лабораторних робіт з вказаної дисципліни студентами очної та заочної форм навчання . У вказівках приведений перелік вимог щодо підготовки, виконання і оформлення звітів з лабораторних робіт.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедри «Методи та прилади контролю якості і сертифікації продукції» ІФНТУНГ Витвицька Л.А.

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 7 від 23.09.2010 р.)

© Середюк О.Є., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………. 4

1. Лабораторна робота №1 Визначення товщини металізації отворів друкованих плат…………… 5

2. Лабораторна робота №2 Вивчення методики повірки вимірювача товщини металізації

ИТМ-11…………………………………..…… 16

3. Лабораторна робота №3 Визначення товщини матеріалів вихрострумовим методом

неруйнівного контролю………………………… 23

4. Лабораторна робота №4 Визначення

геометричних розмірів циліндричних виробів за допомогою параметричних вихрострумових перетворювачів…………………………………. 35

5. Лабораторна робота №5 Вивчення конструкції і експлуатаційних характеристик вихрострумового

дефектоскопа ВД-26Н………………………….. 47

6. Лабораторна робота №6 Вивчення конструкції і експлуатаційних характеристик електромагнітного товщиноміра КОНСТАНТА МК1……………… 57

7. Лабораторна робота №7 Вивчення конструкції і експлуатаційних характеристик магнітного товщиноміра МТ-41НЦ-М…….……………….. 62

Список рекомендованих джерел….………………... 71

ВСТУП

Дані методичні вказівки містять сім лабораторних робіт, які виконуються студентами напряму підготовки 6.051003 – “Приладобудування" при вивченні ними курсу “Електричний, магнітний та електромагнітний види контролю”.

Під час проведення занять студенти мають змогу засвоїти принцип дії, особливості конструкції і набути практичних навиків користування серійними приладами, що використовуються при вихрострумовому і магнітному методах неруйнівного контролю (лабораторні роботи №1, 2, 5, 6, 7).

Цикл із двох інших лабораторних робіт (№3 і №4) побудований на вивченні особливостей конструктивного виконання вихрострумових перетворювачів і особливостей їх застосування в складі лабораторних установок неруйнівного контролю при вимірюванні геометричних розмірів виробів і матеріалів.

В методичних вказівках особливу увагу приділено висвітленню конструкцій сучасних засобів неруйнівного контролю, порядку їх підготовки до роботи, функціонування з метою набуття студентами практичних навиків роботи з ними.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИЗНАЧЕННЯ ТОВЩИНИ МЕТАЛІЗАЦІЇ ОТВОРІВ ДРУКОВАНИХ ПЛАТ

Мета роботи:Вивчити принцип дії , будову і область застосування приладів електро-магнітного неруйнівного контролю для вимірювання товщини металізації отворів друкованих плат. Набути практичних навиків користування приладом типу ИТМ-11 при вимірюванні контрольованого параметру і при його настроюванні по спеціальному модулю.

1.1 Програма роботи

1.1.1 Отримання у викладача допуску до виконання роботи, який передбачає перевірку наявності письмової домашньої підготовки , а також перевірку засвоєння основних теоретичних положень , необхідних для виконання роботи.

Отримання вказівок викладача стосовно виконання конкретної роботи, а також вхідних даних для її проведення.

1.1.3 Виконання лабораторної роботи згідно порядку, поданого в розділі 1.4 методичних вказівок до цієї роботи.

1.1.4 Захист лабораторної роботи, який передбачає подання письмового звіту про її виконання з поясненнями студента до отриманих результатів згідно запитань викладача.

1.2 Основні теоретичні положення

1.2.1 Принцип дії і будова приладу ИТМ-11

Невід'ємною складовою процесу контролю при виготовленні друкованих плат є контроль за товщиною металізації їх отворів, в які вкладаються ніжки припаюваних електронних елементів. Якість металізації отворів плат безпосередньо впливає на надійність роботи зібраних на них електронних блоків різноманітної апаратури. Звідси є очевидною необхідність контролю товщини металізації отворів плат.

Суть металізації отворів плат зображена на рис.1.1.

Вимірюванню під час контролю підлягає базова товщина металізації Т, яка згідно термінології ГОСТ 25142 характеризується віддаллю між двома центральними лініями профілю зовнішньої і внутрішньої поверхні трубки металізації. При цьому базова довжина приймається рівною товщині S друкованої плати. Буквою d позначений дійсний діаметр отвору плати, який металізується.

Одним із приладів неруйнівного контролю за якістю мідної металізації є вимірювач товщини металізації типу ИТМ-11 (далі по тексту "вимірювач"), який призначений для безконтактного вимірювання товщини мідної металізації отворів друкованих плат в умовах заводів виготовлювачів.

1 – металізована частина отвору; 2 - плата

Рисунок 1.1 – Схема металізації отворів друкованих плат

Вимірювач складається з електронного блоку, двох змінних виносних пробників ВП-0,85 і ВП-0,7 і настро-ювального модуля.

Виносний пробник ВП-0,85 забезпечує вимірювання товщини мідної металізації з питомою електричною провідністю міді (44±2)МСм/м в отворах діаметром ( 1± 0,06 ) мм і (1,3 ±0,05 )мм в платах товщиною ( 1±0,03 )мм, (1,5 ±0,06)мм і (2 ±0,1)мм. Виносний пробник ВП-0,7 забезпечує вимірювання товщини аналогічної металізації в отворах діаметром (0,8 ±0,04)мм в платах товщиною (1 ±0,03) мм, (1,5 ±0,05) мм і (2 ±0,1) мм.

Технічні дані вимірювача ИТМ-11 такі:

- діапазон вимірювання товщини мідної металізації отворів - 5...50мкм;

- основна похибка вимірювача не більше ±10% від верхньої межі вимірювання товщини;

- границя допустимої похибки вимірювача в робочих умовах застосування не перевищує 15% від верхньої межі вимірювання товщини металізації;

- час встановлення показів приладу не більше 5с;

- живлення вимірювача здійснюється від мережі змінного струму напругою 220±22 В і частотою 50±0,5 Гц.

Принцип дії вимірювача - вихрострумовий [1,2]. Його суть полягає в тому, що поряд з електропровідним контрольованим об'єктом за допомогою вихрострумового перетворювача (індуктивної котушки) змінним струмом збуджується електромагнітне поле певної частоти,у відповідності з законом електромагнітної індукції це поле індукує в об'єкті вихрові струми. Останні, в свою чергу, створюють магнітне поле, яке змінює напругу вимірювальної обмотки перетворювача в залежності від параметрів об'єкта контролю. Основними частинами вихрострумових перетворювачів є збуджувальна і вимірювальна обмотки.

На рис.1.2 подана структурна схема вимірювача типу ИТМ-11. Він складається з генератора Г, компенсатора К, вихреструмового перетворювача ВСП, попереднього підсилювача ПП, керованого підсилювача КП, детектора Д і стрілкового мікроамперметра мкА.

Рисунок 1.2 – Структурна схема вимірювача типу ИТМ-11

Генератор Г виробляє синусоїдальні коливання фіксованої частоти (100кГц) які подаються на вихреструмовий перетворювач ВСП і компенсатор К.

Вихрострумові перетворювачі ВСП-0,85 і ВСП-0,7 призначені для створення збуджуючого поля і перетворення електромагнітного поля вихрових струмів в напругу вимірювальної обмотки. Обидва перетворювачі розташовані у виносних пробниках ВП, мають одинакову конструкцію і відрізняються зовнішнім діаметром чутливого елементу. При знаходженні перетворювача поза металізованого отвору в його вимірювальній обмотці наводиться початкова напруга. Вона компенсується за допомогою компенсатора К, завдяки чому стрілка мікроамперметра мкА встановлюється в нульове положення. При внесенні перетворювача в металізований отвір е.р.с. вимірювальної обмотки зменшується і стрілка мікроамперметра відхиляється. Її відхилення залежить від товщини металізації.

У виносному пробнику ВП змонтований попередній підсилювач ПП, що дає можливість уникнути впливу наведень і завад на з'єднувальний кабель виносного пробника ВП.

Коефіцієнт підсилення керованого підсилювача КП встановлюється за допомогою перемикачів діаметра отворів і товщини друкованої плати таким чином, щоб покази мікроамперметра відповідали товщині металізації в отворі.

1.2.2 Конструкція ИТМ-11

На передній панелі приладу розміщені наступні органи керування:

- клавіша “~” для ввімкнення приладу в електромережу;

- світловий індикатор для індикації ввімкнення приладу в електромережу;

клавіша для ввімкнення приладу в режим УСТАНОВКА НУЛЯ - ►0◄;

- клавіша “▼” для ввімкнення приладу в режим КАЛІБРОВКА;

- ручка потенціометра для калібрування приладу, розміщена під клавішею “▼”;

- клавіші “Ø”, для вибору діаметра контрольованих плат;

- клавіші “S”, для вибору товщини контрольованих плат;

- стрілочний індикатор для фіксування товщини металізації;

- роз’єм “→)” для підключення виносного пробника.

1.2.3 Підготовка приладу ИТМ-11 до роботи

1.2.3.1 Витягніть вимірювач з упаковки, проведіть зовнішній огляд, очистіть від пилу, перевірте комплектність і витримайте вимірювач в нормальних умовах протягом 8 год.

1.2.3.2 З’єднайте клему з шиною заземлення приміщення.

1.2.3.3 Встановіть клавішу “~” у відтиснуте положення.

1.2.3.4 Під’єднайте виносний пробник ВП-0,7, або ВП-0,85 в залежності від діаметру отворів в друкованій платі, що підлягає контролю.

1.2.3.5 Перевірте справність запобіжника. Під’єднайте шнур живлення до електромережі. Натисніть клавішу “~”, прийому повинен засвітитись індикатор.

У вимірювачі відсутні блокуючі пристосування, тому при знятті корпусі вимкнути вилку шнура живлення з мережі змінного струму.

При ремонті вимірювача, не допускати дотикань із струмопровідними елементами, оскільки в приладі є змінна напруга 220 В.

Вказана напруга присутня на:

- контактах силового трансформатора;

- мережевому шнурі;

- кнопці включення.

Всі інші напруги, що живлять вимірювач небезпеки для оператора не представляють.

Ремонтувати вимірювач можуть особи, що мають допуск до роботи з напругою до 1000В.

1.2.4 Послідовність операцій при роботі з приладом

Прогрійте перед проведенням вимірювань вимірювач протягом 30 хв.;

Встановіть режим УСТАНОВКА НУЛЯ, натиснувши відповідну клавішу. Почергово обертаючи, з допомогою викрутки, потенціометри встановлення нуля, досягніть мінімальних значень вимірювача, прийому ручка потенціометра для калібрування повинна знаходитись в крайньому правому положенні;

встановіть режим КАЛИБРОВКА натиснувши кнопку “▼”. Після цього введіть виносний пробник в отвір настроювального зразка, встановленого на корпусі вимірювача.

Увага! Вісь виносного пробника, введеного| в отвір, має бути перпендикулярна поверхні настроювального зразка| і збігатися з| віссю отвору.

- обертаючи ручку КАЛИБРОВКА встановіть показання вимірювача для ВП-0,85 – 40мкм, а ВП-0,7 – 30мкм.

- виведіть виносний пробник з отвору настроювального зразка і переведіть вимірювач в режим УСТАНОВКА НУЛЯ, при цьому покази приладу не повинні перевищувати 1 мкм|. Якщо покази перевищують 1 мкм|, повторіть операції по підготовці приладу до роботи.

1.2.5 Проведення вимірювань|вимірювань|

Для проведення вимірювань|вимірювань|:

- підготуйте вимірювач до вимірювань згідно розділу 1.2.3;

- встановіть положення|становище| перемикача "S" і "Ø" у відповідності з|із| товщиною контрольованої плати і діаметром отвору;

- введіть|запроваджуйте| виносний пробник в контрольований отвір і проведіть зчитування результату вимірювання по стрілковому пристрою вимірювача.

Увага! Вісь виносного пробника повинна бути перпендикулярна до поверхні друкованої плати і співпадати з віссю отвору.

Пробник необхідно вводити акуратно, без зусиль і по можливості, не торкаючись стінок отвору.

При відхиленні діаметрів отворів і відхилення товщини друкованої| плати, що перевищують вказані в пп. 1.2.1, межі, потрібно вносити поправки| в показання вимірювача по формулі:

(1.1)

де: Т – товщина металізації, в мкм;

А – покази вимірювача, мкм;

d_н – номінальне значення діаметра, мм;

d – дійсне значення діаметру отвору, мм;

S_н – номінальне значення товщини друкованої плати, мм;

S – дійсне значення товщини друкованої плати, мм;

1.3 Опис необхідного устаткування

Необхідні прилади та обладнання:

1.3.1. Вимірювач товщини металізації типу ИТМ-11.

1.3.2 Друкована плата з металізованими отворами.

1.3.3 Штангенциркуль з ціною поділки 0,1 мм.

1.3.4 Набір свердел діаметром від 1,0 мм до 2,0 мм з кроком через 0,1 мм.

Лабораторна установка складається з вимірювача товщини металізації типу ИТМ-11, який укомплектований відповідними виносними пробниками, і досліджуваної друкованої плати з металізованими отворами . В склад лабораторної установки також входять штангенциркуль (для вимірювання товщини плати) і набір свердл ( калібри для вимірювання діаметрів металізованих отворів).

1.4 Порядок виконання роботи

1.4.1 Ознайомитись з будовою, конструкцією, принциповими електричними схемами вимірювача ИТМ-11, використовуючи при цьому його паспорт, технічний опис і інструкцію по експлуатації.

1.4.2 Виміряти за допомогою калібрів (свердл) діаметри отворів d в друкованій платі і під'єднати відповідний виносний пробник ВП-0,7 або ВП-0,85.

1.4.3 Виміряти штангенциркулем товщину плати S.

1.4.4 Використовуючи інструкцію по експлуатації вимі-рювача,здійснити: 1.4.4.1 підготовку вимірювача ИТМ-11 до роботи;

1.4.4.2 настроювання вимірювача ИТМ-11 по спеці-альному модулю, який знаходиться на корпусі вимірювача;

1.4.4.3 вибір положення перемикачів товщини "S" і діаметра " " у вдповідності з товщиною контрольованої плати і діаметром отворів;

1.4.4.4 вимірювання товщини металізації отворів шляхом обережного введення виносного пробника в контрольовані отвори і відліку результатів вимірювання по стрілковому приладу вимірювача. При цьому особливу увагу слід зосередити на тому, щоб вісь виносного пробника була перпендикулярна поверхні друкованої плати і співпадала з віссю отвору.

1.4.5 Результати вимірювання певної кількості отворів (по вказівці викладача) по 5 разів кожного занести в протокол, який оформляється згідно форми табл. 1.1.

1.4.6 Змінити положення перемикача "S" і повторити операції згідно п. 1.4.4.4 і 1.4.5 для тих самих отворів.

1.4.7 Змінити положення перемикача " " і повторити операції згідно п.1.4.4.4 і 1.4.5 для тих самих отворів.

1.5 Обробка результатів , їх аналіз і висновки

1.5.1 Обробка результатів досліджень проводиться згідно протоколу, поданого табл. 1.1 , і у відповідності з записаними в ній формулами . При цьому індекс "і" відноситься до порядкового номера масиву результатів вимірювань при незмінних положеннях перемикачів режиму роботи вимірювача , а індекс "j" характеризує номер результату вимірювання в межах одного масиву . Позначення "Т_max" відповідає верхній границі вимірювання приладу для відповідного режиму його роботи .

1.5.2 Для обчислення товщини металізаціїї викорис-товується формула (1.1).

1.5.3 За результатами досліджень і оформленого прото-колу подаються в довільній формі аналіз отриманих результатів і письмовий висновок про похибку вимірювання для випадку зміни положення перемикачів "S" і " ".

1.6 Форма звітності по лабораторній роботі

Звіт про виконану роботу повинен містити:

1.6.1 Назву лабораторної роботи, її мету, програму і опис необхідного устаткування, а також структурну схему вимірювача ИТМ-11.

1.6.2 Порядок виконання роботи.

1.6.3 Заповнений протокол досліджень з результатами обробки даних .

1.6.4 Аналіз отриманих результатів і висновки до виконаної роботи .

1.7 Контрольні запитання для підготовки до лабораторної роботи

1.7.1 В чому полягає суть і необхідність неруйнівного методуконтролю товщини металізації отворів друкованих плат?

1.7.2 Який принцип дії вимірювача ИТМ-11? Назвіть основні блоки структурної схеми вимірювача ИТМ-11 і призначення кожного з них.

1.7.3 Яке призначення настроювального модуля приладу ИТМ-11?

1.7.4 Запишіть формулу для обчислення абсолютної похибки результатів вимірювань товщини металізації.

1.7.5 Чи змінюється похибка вимірювача при перемиканні діапазону вимірювання приладу (за результатами досліджень)?

1.7.6 Як впливає товщина металізації на результат вимірювання(з точки зору фізичних явищ)?

1.7.7 Чи впливає якісний склад матеріалу металізації на результати вимірювання приладом ИТМ-11і чому ?

Таблиця 1.1 – Форма протоколу до лабораторної роботи №1

ПРОТОКОЛ

вимірювання товщини металізації отворів друкованих плат

№ дослі-ду	Тип винос-ного проб-ника	d, мм	dн, мм	S, мм	Sн, мм	A, мка	Тij, мка	Середнє значення товщини Ті,мкм
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Продовження таблиці 1.1

№ досліду	СКВ вимірювання Т,мкм	Відносна похибка вимірювання	Відносна похибка від зміни діапазону вимірювання
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ВИВЧЕННЯ МЕТОДИКИ ПОВІРКИ ВИМІРЮВАЧА ТОВЩИНИ МЕТАЛІЗАЦІЇ ИТМ-11

Мета роботи: Вивчити методику повірки вимірювача товщини металі-зації отворів друкованих плат ИТМ-11 і набути практичних навиків для її проведення.

Програма роботи

2.1.1 Отримання у викладача допуску до виконання роботи, який передбачає перевірку наявності письмової домашньої підготовки, а також перевірку засвоєння основних теоретичних положень, необхідних для виконання роботи.

2.1.2 Отримання вказівок викладача стосовно виконання конкретної роботи, а також вхідних даних для її проведення.

2.1.3 Виконання лабораторної роботи згідно порядку, поданого в розділі 2.4 методичних вказівок до цієї роботи.

2.1.4 Захист лабораторної роботи, який передбачає подання письмового звіту про її виконання з поясненнями студента до отриманих результатів згідно запитань викладача.

Основні теоретичні положення

Принцип дії, структурна схема, конструкція і правила експлуатації вимірювача товщини металізації отворів друкованих плат ИТМ-11 наведені в лабораторній роботі №1

2.2.1 Операції і засоби перевірки.

2.2.2.1 При проведенні перевірки повинні викону-ватися операції і застосовуватися засоби повірки, вказані в табл.2.1

2.2.2 Умови повірки

При проведенні повірки необхідно витримати наступні умови :

- температура навколишнього середовища (20±5)°С;

- атмосферний тиск (84÷106.7) кПа;

- відносна вологість повітря (0÷80) %;

- напруга мережі живлення (220±4) В;

- частота мережі живлення (50±0,5)Гц.

Таблиця 2.1 – Операції, які слід виконувати пр. проведенні повірки приладу ИТМ-11

Наймнування операції	Обов’язковість проведення операції при		Найменування засобів повірки та їх технічна характеристика
	Первинній повірці	Експлуата-ції і зберіганні
Зовнішній огляд	так	так	-
Випробування	так	так	-
Повірка границі вимірів і основної похибки	так	так	Основна похибка 1,5% Діапазон вимірювань 0,01мВ – 300В Частотний діапазон 5 Гц – 5МГц Настроювальний модуль (входить в комплект приладу ИТМ-11)
Повірка еквіва-лентного значення товщини металізації настроювального зразка	так	ні	Зразковий іміта-тор Иа 5.170.086 Термометр ТЛ-6(№2) ГОСТ 215-64
Повірка питомої електричної провідності	так	так	Вимірювач питомої ефектричної провідності ВЭ-ІОНС Основна похибка 3% Діапазон вимірювань (0,5 – 58) МОм/м

2.2.3. Проведення повірки

2.2.3.1 Зовнішній огляд

При зовнішньому огляді приладу потрібно звернути увагу на те, щоб на ньому були чітко вказані назва підприємства-виробника, заводський номер, умовне позначення типу приладу, рік виготовлення. На корпусі приладу не повинно бути вм'ятин і пошкоджень, що впливають на працездатність. На металевих частинах не має бути слідів корозії. На виносних пробниках не повинно бути вм'ятин і пошкоджень, що впливають на працездатність. На передній панелі повинні бути чітко нанесені всі написи і позначення.

2.2.3.2. Визначення основної похибки вимірювання, меж вимірювання проводять з допомогою настроювального модуля (по “Методиці повірки приладу ИТМ-ІІ”).

2.2.3.3 Опробування

Послідовність операцій при опробуванні вказані в п.п. 1.2.3 : 1.2.4 лабораторної роботи №1 цих методичних вказівок.

2.2.3.4 Перевірка основної похибки і границі вимірювань

Підключити виносний пробник ВП-0,7, або ВП-0,85 до настроювального модуля. Настроювальний модуль підключити до приладу ИТМ-11 через гніздо →). Настроювальний модуль підключити до мікровольтметра за допомогою коаксіального кабелю.

Провести встановлення нуля приладу ИТМ-11 відповідно до пункту 1.2.4 вказівок до лабораторної роботи №1.

Примітка. Під час встановлення нуля, тумблер на настроювальному модулі повинен бути в положенні “Откл.”. Ручка змінного резистора настроювального модуля повинна бути в положенні, що відповідає нульовим показам вольтметра (до упору проти годинникової стрілки)

Перемикачі Ø і S встановити в положення 1 і 2 відповідно. Тумблер настроювального модуля встановити в положення “ВКЛ”. Ручкою резистора настроювального модуля встановити на вольтметрі покази 250±0,5 мВ. Ручкою ▼ приладу ИТМ-11 встановити покази 25±0,5 мкм.

Для кожного поєднання положення перемикачів Ø і S встановлювати значення напруг в співвідношенні з табл. 2.2 значень товщини металізації більше, ніж на ±5 мкм.

Проробити операції по вимірюванні напруги для двох режимів Ø=0,8, S=2 та Ø=1,2, S=1.

Таблиця 2.2 - Значення калібрувальних наруг по мілівольтметру, в мВ

Поло-ження переми-кача “”	Поло-ження переми-кача “S”	Покази приладу ИТМ-11, мкм
		46	35,4	25	15,4	5,4
1	1	127	106	84,6	63,4	42
	1,5	216	180	144	108	72
	2,0	300	250	200	150	100
1,2	1	92,8	77,4	62	46	31
	1,5	157,6	131,2	105	78,8	52
	2,0	219	182	146	109,4	73
0,8	1	147	122,6	98	73,4	49
	1,5	250	208	166,6	125	83,5
	2,0	347	290	232	173,4	115,6

Встановити перемикач приладу ИТМ-11 Ø і S в положення 1 і 2 відповідно.

Ввести чутливий елемент підключеного до приладу пробника ВП-0,85 в отвір взірцевого імітатора Иа 5.170.086. Ручкою приладу встановити покази приладу, що відповідають еквівалентній товщині металізації імітатора. Точність встановлення ±0,5 мкм.

Перенести пробник в отвір настроювального зразка приладу. Натиснути кнопку ▼ і зафіксувати значення приладу А_j.

Повторити операції цього пункту 5 разів.

Усереднити отримані покази приладу

(2.1)

Результат повірки вважається позитивним, якщо

2.2.3.5 Перевірка питомої електричної провідності настроювального взірця

Підготувати до роботи вимірювач питомої електричної провідності в відповідності з його паспортом.

Розмісити термометр в безпосередній близькості від вимірюваного зразка і витримати всі засоби при температурі вимірювань не менше 1 год.

Виміряти питому електричну провідність настроювального зразка σ і зафіксувати температуру вимірів t.

Розрахувати питому електричну провідність при 20^◦С за формулою:

(2.2)

Значення σ₂₀ не повинно відрізнятись від вказаного в паспорті на ИТМ-11 більш, ніж на 3%

Опис необхідного устаткування

Необхідні прилади та обладнання

2.3.1 Вимірювач товщини металізації ИТМ-11

2.3.2 Засоби для повірки із переліку табл. 2.1

2.4 Порядок виконання роботи

2.4.1 Ознайомитись з будовою, конструкцією, вимірювача ИТМ-11, використовуючи при цьому його паспорт, технічний опис та інструкцію з експлуатації.

2.4.2 Виконати операції, які вказані в п. 2.2.3 цих методичних вказівок.

2.4.3 Результати вимірювань занести в табл. 2.3

Таблиця 2.3 – Результати повірки вимірювача ИТМ-11

Номер вимірювання	Табличне значення товщини металізації АТ ,мкм	Покази приладу АХ , мкм	Основна приведена похибка приладу δ, %
1. 2. 3. … 15.

2.5 Обробка результатів, їх аналіз і висновки

2.5.1 Обробку результатів досліджень проводимо згідно протоколу, поданого в табл. 2.3.

2.5.2 Основна похибка вимірювання товщини металізації у відсотках визначається за формулою:

(2.3)

де основна похибка вимірювання в процентах від верхньої межі вимірювання;

– покази вимірювача в мкм;

- табличні значення товщини металізації

2.5.3 Результати досліджень за п.п. 2.2.3.4 і 2.2.3.5 записати в таблицю довільної форми.

2.5.4 За результатами досліджень і оформленого протоколу, що подається в довільні формі, зробити висновки про виконану роботу

2.6 Форма звітності по лабораторній роботі

Звіт про виконану роботу повинен містити:

2.6.1 Назву лабораторної роботи, її мету, програму і опис необхідного устаткування, а також структурну схему вимірювача ИТМ-11.

2.6.2 Порядок виконання роботи.

2.6.3 Заповнений протокол досліджень з результатами обробки даних .

2.6.4 Аналіз отриманих результатів і висновки до виконаної роботи .

2.7 Контрольні запитання для підготовки до лабораторної роботи

2.7.1 В чому полягає суть і мета проведення повірки вимірювача ИТМ-11?

2.7.2 Охарактеризуйте призначення настроювального модуля

2.7.3 Які операції виконують при визначенні границі вимірювань і основної похибки приладу ИТМ-11 ?

2.7.4 Який алгоритм визначення основної похибки приладу ИТМ-11?

2.7.5 Як здійснюють перевірку еквівалентного значення товщини металізації настроювального зразка?

2.7.6 Як здійснюють перевірку питомої електричної провідності настоюваного зразка?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

ВИЗНАЧЕННЯ ТОВЩИНИ МАТЕРІАЛІВ ВИХРОСТРУМОВИМ МЕТОДОМ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ

Мета роботи: Вивчити принцип дії,будову і область застосування приладів вихрострумового методу неруйнівного контролю для вимірювання товщини матеріалів. Експериментально оцінити можливості використання лабораторного пристрою для вимірювання товщини електро-провідних і діелектричних матеріалів.

3.1 Програма роботи

3.1.1 Отримання у викладача допуску до виконання роботи, який передбачає перевірку наявності письмової домашньої підготовки, а також перевірку засвоєння основних теоретичних положень, необхідних для виконання роботи.

3.1.2 Отримання вказівок викладача стосовно виконання конкретної роботи, а також вхідних даних для її проведення.

3.1.3 Виконання лабораторної роботи згідно порядку, поданого в розділі 3.4 методичних вказівок до цієї роботи.

3.1.4 Захист лабораторної роботи, який передбачає подання письмового звіту про її виконання з поясненнями студента до отриманих результатів згідно запитань викладача.

3.2 Основні теоретичні положення

Принцип дії вимірювача товщини матеріалів – вихрострумовий. Його суть полягає в тому, що поряд з електропровідним контрольованим об'єктом за допомогою вихрострумового перетворювача (індуктивної котушки) зі змінним струмом збуджується електромагнітне поле певної частоти. У відповідності з законом електромагнітної індукції це поле індукує в об'єкті вихрові струми. Вихрові струми в свою чергу створюють магнітне поле, яке змінює напругу вимірювальної обмотки перетворювача в залежності від параметрів об'єкта контролю. Основними частинами вихреструмових перетворювачів (ВСП) є збуджуюча і вимірювальна обмотки.

По робочому положенню відносно об'єкта контролю ВСП поділяються на прохідні, накладні і комбіновані [1]. Накладні ВСП конструктивно виконуються у вигляді одної або декількох котушок, до торців яких підводиться поверхня об'єкту. Накладні ВСП бувають з феромагнітними осердями і без них. Завдяки осердю (в більшості випадків феритовому) підвищується абсолютна чутливість перетворювача і зменшується зона контролю за рахунок локалізації магнітного потоку.

Прохідні ВСП поділяються на зовнішні, внутрішні, занурювальні. Особливість прохідних ВСП полягає в тому, що під час контролю вони проходять або зовні об'єкта,або всередині його, або занурюються в рідкий об'єкт. Комбіновані перетворювачі конструктивно зводяться до комбінації елементів з накладних і прохідних ВСП.

На рис.3.1 подана узагальнена схема вихрострумового методу контролю за допомогою накладного ВСП.

В основі вихрострумових методів лежить залежність інтенсивності і розподілу вихрових струмів в об'єкті контролю від його основних параметрів і від взаємного розташування ВСП і об'єкта. Змінний струм, який діє в котушках ВСП, створює електромагнітне поле, яке збуджує вихрові струми в електропровідному об'єкті контролю (див. рис. 3.1.). Густина вихрових струмів максимальна на поверхні об'єкта в контурі, діаметр якого близький до діаметра збуджуючої обмотки, і зменшується до нуля на вісі симетрії ВСП і при зростанні радіуса до нескінченості. Густина вихрових струмів зменшується також і по товщині об'єкта контролю. Для наближеної оцінки глибини проникнення електромагнітного поля накладного ВСП в об'єкт контролю можна використати формулу глибини проникнення плоскої хвилі [1]:

(3.1)

де – кругова частота струму збудження ВСП; – абсолютна магнітна проникливість, Гн/м; - питома електрична провідність матеріалу об'єкта контролю, См/м.

Вихрові струми протікають безпосередньо під ВСП в невеликому об'ємі виробу. Їх амплітуда і фази відмінні в кожній точці на поверхні виробу і в глибині його.

Аналіз просторової картини вихрових струмів (ВС) необхідний для розуміння основ методу і його ефективного практичного використання [3]. Так, тріщина краще всього виявляється в тому випадку, коли її стінки перпендикулярні до вектора густини ВС. При контролі властивостей металів або товщини виробів знання просторової картини струмів дає можливість судити про об'єм матеріалу, в якому приладом здійснюється осереднення контрольованого параметра.

У кожній точці простору розглядають густину ВС і їх фазу . Площини, в яких розміщені траєкторії ВС, перпендикулярні до ліній напруженості збуджуючого поля ВС, що збуджуються циліндричними обмотками ВСП, протікають по колах, співвісних з віссю ВСП. У випадку контролю однорідного ізотропного матеріалу значення і від координати не залежать g

Розподіл δ і ψ ВС у просторі при контролі немагнітних матеріалів накладними і прохідними давачами показані на рис.3.2 [3]. На рис.3.2. ВСП умовно зображений еквівалентним витком Координати ρ і z виражені через радіус еквівалентного контуру ВС, який рівний відповідно R_g, R_п, R_b, . Криві 1 і 2 дані для різних умов збудження: 1— для β₀=20 при порівняно великій частоті або електропровідності; 2 —для β₀=6 при сут-тєво менших значеннях цих величин. Густина ВС виражена через максимальне її значення δ₀₁ на поверхні при β₀=20.

При контролі накладним датчиком (рис.3.2,а,А, δ/ δ₀₁-ρ/R_q) на його вісі δ=0. Із збільшенням _ρ збільшується δ, досягаючи максимуму при ρ=R_q (при h=0). Віддалення ВСП, від поверхні виробу приводить до зменшення максимуму δ(ρ) у випадках а,б,в, а при використанні накладного ВСП - і до збільшення радіусу еквівалентного контуру ВС (крива 3).Фази струмів, які знаходяться всередині еквівалентного контуру, однакові (рис 3.2,а, А,ψ-ρ/R_q)

Рисунок 3.1 – узагальнена схема вихрострумового методу контролю за допомогою накладного ВСП.

При контролі короткими прохідними давачаами (рис.3.2, б, в , А , ) максимум знаходиться під еквівалентним витком. Фаза ВС δ/δ₀₁-z/R δ(z) змінюється вздовж осі z в обидві сторони від максимуму (рис. 3.2,б,в,А, ψ-ρ/R). На ефекті зміни фази ВС вздовж координати ρ>R_q (для накладних ВСП)

або z (для коротких прохідних) побудовані векторно-різницеві ВСП. На ефекті постійності фази ВС при 0<ρ<R_q для наклад-ного ВСП грунтуються деякі диференціальні ВСП.

У міру заглиблення в метал - збільшення z (рис.3.2,а,Б), зменшення ρ<R_п ( рис.3.2,б,Б ) або збільшення ρ>R_в (рис.3.2,в,Б) - спостерігається різке зменшення густини і запізнення ВС. У випадку великих значень _β0 зміна фази ВС по глибині має практично лінійний характер. Зміна фази ВС по глибині є основою багатопараметрового контролю.

Аналіз залежностей δ(z,ρ,β₀) для ВСП всіх типів показує, що на вищій частоті для більших значень електро-провідності в поверхневих шарах створюються ВС більшої густини.

З аналізу графіків δ(ρ), δ(z) витікає, що ВС зосе-реджуються в тому місці виробу, в якому проникаюче в нього поле має максимальне значенім.

Схема ВСП з однією обмоткою, що є одночасно збуджуючою і вимірювальною параметричного ВСП, застосована в лабораторному вихреструмовому вимірювачі товщини діелектричних матеріалів.

Такі схеми є дещо нестабільні. Тому для збільшення стабільності ВСП включають у послідовний резонансний контур. Чутливість перетворювача регулюють, підбираючи ємність коденсатора С і опір резистора R. Враховуючи простоту реалізації і достатню точність приладів, що побудовані за такою схемою, їх вигідно використовувати в якості лабораторних приладів біжучого контролю.

Функціональна схема такого приладу приведена на рис. 3.3. Сигнал з ВСП поступає на попередній підсилювач змінного струму (ППЗС), випрямляється на амплітудному детекторі (АД), звідки поступає на, підсилювач постійного струму (ППС) і індукується відліковим пристроєм (ВП).Покази приладу будуть залежати від віддалі між ВСП і металевою основою,а значить від товщини діелектричного або електропровідного матеріалу. Ця залежність може бути подана у вигляді градуювальної характеристики (рис.3.4).

1 – при високій частоті струму збудження; 2 – при низькій частоті; 3 – при наявності зазора між витком і виробом при високій частоті;

А – розподіл на поверхні виробу; Б – розподіл в глибині виробу;

а – вихрові струми в плоскому виробі; б – вихрові струми в прутку; в – вихрові струми навколо отвору;

Рисунок 3.2 – Розподіл густини і фази ψ вихрових струмів, збуджених еквівалентним витком.

Рисунок 3.3 – Функціональна схема вихрострумового товщиноміра з параметричним ВСП

Рисунок 3.4 – Градуювальна характеристика вихрострумового товщиноміра

3.3 Опис необхідного устаткування

Необхідні прилади та обладнання.

3.3.1 Прилад для вимірювання товщини матеріалів.

3.3.2 Блок живлення постійної напруги типу ВИП-010.

3.3.3 Міліамперметр типу Э523.

З 3 4 Набір зразків з діелектричних матеріалів.

3.3.5 Набір зразків з електропровідних матеріалів (сталь, алюміній).

3.3.6 Штангенциркуль з ціною поділки 0,1 мм.

Лабораторна установка складається з вимірювача товщини матеріалів, блоку живлення, вторинного приладу і набору діелектричних та електропровідних зразків. В її склад також входить штангенциркуль (для вимірювання товщини зразків). Загальний вигляд лабораторної установки подано на рис.3.5, а принципова електрична схема вихрострумового вимірювача приведена на рис.3.6.

Рисунок 3.5 – Загальний вигляд лабораторної установки

Рисунок 3.6 – Принципова електрична схема вихрострумового товщиноміра

3.4 Порядок виконання роботи

3.4.1 Провести зовнішній огляд приладів і переконатися у відсутності видимих пошкоджень на них.

3.4.2 Скласти лабораторну установку згідно рис.3.5, використовуючи маркування з'єднувачів, які припаяні до під'єднувальних виводів вимірювача товщини матеріалів.

3.4.3 Після перевірки викладачем правильності скла-деної лабораторної установки ввімкнути прилади і прогріти їх на протязі не менше 10 хвилин.

3.4.4 Під час прогрівання приладів виміряти штанген-циркулем товщини досліджуваних зразків матеріалів і результати занести в протокол №1, який оформляється згідно форми табл.3.1.

3.4.5 Провести п'ятиразове вимірювання вихрострумо-вим приладом товщини одного вказаного викладачем зразка. Результати занести в протокол №2 згідно форми табл.3.2.

3.4.6 Повторити операції п.3.4.5. для зразків з інших матеріалів (по вказівці викладача).

3.4.7 3дійснити вимірювання різних товщин зразків для побудови градуювальних характеристик для кожного досліджуваного матеріалу.

Результати занести в протокол №3 згідно форми табл.3.3.Обробка результатів, їх аналіз і висновки

3.5.1 Обробка результатів досліджень проводиться згідно протоколів досліджень, поданих таблицями 3.1....3.3. При цьому не вказані у таблицях формули обробки даних студентами вибираються самостійно, використовуючи знання з раніше засвоєного курсу "Основи вимірювальної техніки".

3.5.2 За результатами досліджень і оформлених протоколів подаються в довільній формі аналіз отриманих результатів і письмові висновки до виконаної роботи.

3.6 Форма звітності лабораторної роботи

Звіт про виконану лабораторну роботу повинен містити:

3.6.1 Назву лабораторної роботи, її мету, програму, загальний вигляд і опис лабораторної установки, а також структурну і принципову електричну схеми вимірювача товщини матеріалів.

3.6.2 Порядок виконання роботи.

3.6.3 Заповнені протоколи досліджень з результатами обробки даних, а також експериментально побудовані градуювальні характеристики.

3.6.4 Аналіз отриманих результатів і висновки до виконаної роботи.

3.7 Контрольні запитання для підготовки до лабораторної роботи

3.7.1 Охарактеризуйте принцип дії ВСП. Які типи ВСП вам відомі?

3.7.2 Назвіть основні функціональні блоки вихро-струмового вимірювача товщини матеріалів і призначення кожного з них.

3.7.3 Як здійснюється розподіл вихрових струмів в об'єкті контролю під час контролю різними типами ВСП?

3.7.4 Порівняйте функціонування вихрострумового вимірювача при контролі діелектричних і електропровідних матеріалів.

3.7.5 Від чого залежить похибка ВСП і як вона змінюється в часі?

3.7.6 Чи буде впливати зміна частоти генератора на результати контролю вихрострумовим товщиноміром?

3.7.7 Що розуміють під поняттям градуювальна характеристика товщиноміра?

3.7.8 Чи залежить поняттям градуювальна характеристика товщиноміра від фізичних властивостей об’єкту контролю?

3.7.9 Що таке чутливість вихрострумового товщиноміра? Як її визначити експериментально?

Таблиця 3.1— Форма протоколу №1 до лабораторної роботи №3

ПРОТОКОЛ №1 Вимірювання товщини досліджуваних зразків матеріалів.

Зразок №	Вид матеріалу	Товщина зразка, мм
1
2
3

Таблиця 3.2 – Форма протоколу №2 до лабораторної роботи №3

ПРОТОКОЛ №2 результатів контролю діелектричних та електропровідних матеріалів

Поряд-ковий номер вимірювання	Зразок №	Тип мате-ріалу	Пока-зи приладу h, мм	Товщи-на дійсна hд, мм	Серед-нє значен-ня товщини зразка , мм	СКВ резуль-татів вимірю-вань товщи-номіра %
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
…

Таблиця 3.3 – Форма протоколу №3 до лабораторної роботи №3

ПРОТОКОЛ №3 дослідження вихрострумового товщиноміра

№ дослі-ду	Вид ма-тері-алу	Товщи-на зразка hД, мм	Покази товщиноміра		Абсолютна похибка		Варі-ація , мм
			При прямому ході hП, мм	При зворот-ному ході hЗ, мм	При пря-мому ході , мм	При зворот-ному ході , мм
1
2
3
…

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

ВИЗНАЧЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ РОЗМІРІВ ЦИЛІНДРИЧНИХ ВИРОБІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ПАРАМЕТРИЧНИХ ВИХРОСТРУМОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Мета роботи: Вивчити принцип дії параметричних вихреструмових перетворювачів (ВСП) і експериментально дослідити вплив геометричних розмірів циліндричних об'єктів на інформативні параметри ВСП.

4.1 Програма роботи

4.1.1. Отримання у викладача допуску до виконання роботи, який передбачає перевірку наявності письмової домашньої підготовки, а також перевірку засвоєння основних теоретичних положень, необхідних для виконання роботи.

4.1.2. Отримання вказівок викладача стосовно виконання конкретної роботи, а також вхідних даних для її проведення.

4.1.3 Виконання лабораторної роботи згідно порядку, поданого в розділі 4.4 методичних вказівок до цієї роботи.

4.1.4. Захист лабораторної роботи який передбачає подання письмового звіту про її виконання з поясненнями студента до отриманих результатів згідно запитань викладача.

4.2 Основні теоретичні положення

При вихрострумовому методі контролю одним з основних елементів є вихрострумовий перетворювач (ВСП), який конструктивно виконується у вигляді одної або двох котушок [1].

В основі неруйнівного контролю методом вихрових струмів покладена залежність інтенсивності і розподілу вихрових струмів в об'єкті контролю від його геометричних, електромагнітних (і зв'язаних з ними) параметрів, а також від взаємного розташування ВСП і об'єкта контролю. Змінний струм,який діє в котушках ВСП створює електромагнітне поле, яке збуджує вихрові струми в електропровідному об'єкті контролю. Електромагнітне поле вихревих струмів діє на котушки ВСП, наводячи в них е.р.с. або змінюючи їх повний електричний опір. Таким чином, реєструючи напругу на клемах котушок ВСП або їх опір, отримуємо інформацію про властивості об'єкта контролю або про положення відносно нього.

Використання в якості інформативного параметра напруги свідчить про застосування трансформаторного ВСП, а комплексного опору-параметричного ВСП [1].

Комплексний опір Z параметричного ВСП визначається співвідношенням:

, (4.1)

або

, (4.2)

де — комплексна напруга на клемах котушки; - комплексний струм збудження обмотки котушки; R,L – активний опір і індуктивність котушки; – кругова частота змінного струму.

З наведених виразів слідує, що для вимірювання Z можна використовувати як непрямий метод згідно алгоритму (4.1.) так і пристрої безпосереднього вимірювання Z або L.

Для вимірювання індуктивності можна застосувати метод ватметра, амперметра, вольтметра, мости і компенсатори змінного струму, а також резонансний метод [9].

Ватметром доцільно користуватися для вимірювання порівняно великих індуктивностей, зокрема при дослідженні електричних машин і трансформаторів. Схеми вимірювання індуктивності аналогічні до схем вимірювання потужності в колах змінного струму.

Значення індуктивності розраховують за показами ватметра, амперметра і вольтметра на базі із співвідношень:

, (4.3)

, (4.4)

, (4.5)

. (4.6)

Враховуючи мале значення , доцільно застосувати малокосинусні ватметри.

При використанні компенсаторів змінного струму значення індуктивності визначають на основі виміряних значень напруги і струму досліджуваної індуктивності та кута зсуву фаз між ними.

Вимірювання індуктивності здійснюють за допомогою мостів змінного струму, які складаються з двох діагоналей: вимірювальної і живлення (рис 4.1. а), де невідомі значення розраховують за формулами:

, . (4.7)

Для вимірювання індуктивності і добротності можна також використати метод резонансу напруг.

На вимірювальну схему (рис.4.1.б) подають регульовану по частоті і амплітуді напругу, яку вимірюють електричним вольтметром діючого значення U₁. Проградуйований конденсатор змінної ємності C₀, призначений для настроювання контура в резонанс, що визначається за максимальним показом вольтметра V₂:

, . (4.8)

Враховуючи, що при резонансі _, маємо:

, (4.9)

. (4.10)

Отже, вольтметр V₂ може бути проградуйованим у значеннях добротності при U₁=const. Значення індуктивності можна розрахувати за формулою:

. (4.11)

а)

б)

а – міст змінного струму;

б – схема з використанням резонансного методу

Рисунок 4.1 – Схеми вимірювання індуктивності.

Відлік індуктивності можна також здійснити по значеннях ємності конденсатора С₀, проградуйованого в одиницях індуктивності для певної частоти f генератора.

Недоліком методу використання резонансу напруг за максимумом показів приладів с складність точної фіксації точки резонансу, особливо для кіл із значним активним опором. Тому резонансний метод дає добрі результати при великих значеннях добротності, коли резонансна крива має різко виражений максимум.

Аналізуючи особливості практичного застосування вимірювання індуктивності при вихреструмовому методі контролю, бачимо, що в якості інформативного параметра може бути використана взаємна індуктивність, бо на її зміну безпосередньо впливає взаємне розміщення ВСП і об'єкта контролю.

Найпростішим способом вимірювання взаємної індуктивності є вимірювання балістичним гальванометром [9] кількості електрики, що проходить у вторинному полі при зміні напрямку струму I₁ в первинному колі (рис.4.2):

, (4.12)

де R₂ – опір вторинного кола; Q – кількість електрики,що проходить через балістичний гальванометр;  - відхилення вказівника балістичного гальванометра; S_Q – чутливість балістичного гальванометра до кількості електрики.

Коли треба визначити взаємну індуктивність котушки при робочому струмі в її обмотці, то можна вимірювати е.р.с. Е₂, що індукується у обмотці, то можна вимірювати е.р.с. Е₂, що індукується у вторинному колі змінним струмом I₁ первинної обмотки.

При цьому треба користуватися вольтметром, що не споживає електричної енергії або компенсатором. Значення взаємної індуктивності (рис. 4.2.б) :

, (4.13)

де Е₂—діюче значення е.р.с. вторинної обмотки.

а)

б)

а- за допомогою балістичного гальванометра;

б – за допомогою амперметра і вольтметра

Рисунок 4.2 – Схеми вимірювання взаємної індуктивності

Описані методи вимірювання взаємної індуктивності не можуть забезпечити високу точність, оскільки результат визначається за показами приладів безпосередньої оцінки.

Для точнішого вимірювання взаємної індуктивності застосовують спеціальні мостові або компенсаційні схеми. Для вимірювання взаємної індуктивності можна також користуватися будь-яким методом вимірювання індуктивності, якщо вимірювати індуктивність послідовно з'єднаних обмоток при їх зустрічному і узгодженому ввімкненні.

Повна індуктивність при узгодженому вмиканні становить:

, (4.14)

а при зустрічному записується виразом:

, (4.15)

де L₁, L₂ - індуктивність первинної і вторинної обмоток досліджуваної котушки.

Тоді взаємна індуктивність дорівнюватиме:

(4.16)

Стосовно даної лабораторної роботи об'єктом контролю є циліндричне осердя, зокрема його зовнішній діаметр. Тому потрібно дослідити зміну індуктивності котушки від зміїні діаметра циліндричного осердя. В цьому випадку матеріал осердя приймаємо за вторинну обмотку трансформатора, а обмотку ВСП - за його первинну обмотку. Такий підхід дає можливість замінити вилив об'єкта контролю на котушку збудження дією на неї вторинної обмотки повітряного трансформатора

Прийнявши до уваги, що вторинною обмоткою повітряного трансформатора є об'єкт контролю, робимо припущення, що це є один виток, короткозамкнутий сам на себе. Оскільки індуктивність котушки збудження набагато більше індуктивності одного витка, то останньою можна знехтувати Залишається одна величино, яка впливає на зміну індуктивності обмотки збудження від діаметра циліндра - - взаємна індуктивність.

Взаємну індуктивність можна обчислити за формулою [5]:

, (4.17)

де Гн/м—-магнітна постійна, r₁—-радіус котушки збудження, r₂ – радіус об'єкта контролю (ОК), h—найкоротша відстань між ОК і витком збуджуючої обмотки. Ця формула справедлива, якщо котушка збудження має один виток . Тому ОК розбиваємо на "n" елементарних циліндрів висотою, що дає можливість його розглядати як котушку з"n" витками. Виходячи з них міркувань шукаємо взаємну індуктивність, як взаємну індуктивність двох соосних котушок [5]:

, (4.18)

де М—-взаємна індуктивність обмотки збудження і ОК; (k₁-k₂)h₂=h-відстань між витком обмотки збудження і елементарним циліндром на ОК; k₁ і k₂ - порядкові номери;іві©-кількість витків в котушці збудження.

Враховуючи індуктивність котушки збудження і її взаємну індуктивність з ОК, кінцева формула для обчислення загальної індуктивності набуває вигляду:

, (4.19)

де L—індуктивність котушки, яка обчислюється за формулою

. (4.20)

В (4.20) буквою D позначений середній діаметр котушки.

4.3 Опис необхідного устаткування

Необхідні прилади та обладнання.

4.3.1. Вимірювач індуктивності типу В7-13.

4.3.2. Параметричний вихреструмовий перетворювач з довжиною обмотки l=4 мм і кількістю витків =0.

4.3.3. Набір циліндричних контрольованих зразків довжиною 80 мм і діаметрами 28...30 мм.

4.3.4. Штангенциркуль з ціною поділки 0.1 мм.

Лабораторна установка складається з вимірювача індуктивності, який під'єднюється до ВСП. Її загальний вид зображений на рис.4.3. Під час вимірювання геометричних розмірів виробів один із них вставляється в котушку ВСП замість осердя. Штангенциркуль призначений для точного вимірювання геометричних розмірів контрольованих зразків.

1 – вимірювач індуктивності;

2 - об'єкт контролю;

3 – каркас вихреструмового перетворювача (ВСП);

4 – обмотка ВСП;

Рисунок 4.3 – Загальний вигляд лабораторної установки

4.4 Порядок виконання роботи

4.4.1 Ознайомитись з конструктивним виконанням ВСП та вимірювача індуктивності типу Е7-13.

4.4.2 Зібрати лабораторну установку шляхом електричного під'єднання ВСП до вимірювача індуктивності згідно рис.6.3.

4.4.3 Включити вимірювач та прогріти його на протязі 3...5 хвилин.

4.4.4 Виміряти штангенциркулем геометричні розміри (діаметр) зразків і результати занести в протокол, який оформлюється згідно форми табл. 4.1.

4.4.5 Провести вимірювання індуктивності обмотки ВСП на "холостому ході " , тобто без об'єкта контролю. Результат занести в протокол (див. табл. 4.1).

4.4.6 Провести почергове вимірювання індуктивності обмотки ВСП з кожним із контрольованих осердь (циліндрів) і результати занести в протокол (див. табл. 4.1).

4.4.7 Повторити операції п.п.4.4.4 - 4.4.5 ще чотири рази.

4.4.8 Здійснити теоретичний розрахунок вимірюваних значень індуктивності обмотки ВСП і занести в протокол (див. табл. 4.1).

4.4.9 Побудувати експериментальні та теоретичні градуювальні характеристики досліджуваного ВСП.

4.5 Обробка результатів, їх аналіз і висновки

4.5.1 Обробка результатів досліджень проводиться згідно протоко,-у , поданого таблицею 4.1 і у відповідності з поданими у ній формулами.

4.5.2 Розрахунок теоретичної градуювальної характеристики ВСП здійснюється за допомогою формул, поданих в розділі 4.2 даних методичних вказівок.

4.5.3 Побудова експериментальної градуювальної характеристики здійснюється по середніх значеннях результатів вимірювань для кожного контрольованого діаметра.

4.5.4 За результатами досліджень і оформленого протоколу подаються в довільній формі аналіз отриманих результатів і письмові висновки до виконаної роботи.

4.6 Форма звітності по роботі

Звіт про виконану роботу повинен містити:

4.6.1 Назву лабораторної роботи, її мету, програму і опис необхідного устаткування.

4.6.2 Порядок виконання роботи.

4.6.3 Заповнений протокол досліджень з результатами обробки даних.

4.6.4 Графіки теоретичних і експериментально отриманих градуювальних характеристик системи контролю.

4.6.5 Аналіз отриманих результатів і висновки до виконаної роботи.

4.7 Контрольні запитання для підготовки до лабораторної роботи

4.7.1 Охарактеризуйте суть вихреструмового методу контролю.

4.7.2 Які бувають ВСП і особливості проведення контролю кожним з них?

4.7.3 Які прилади і схеми використовуються для вимірювання індуктивності і взаємної індуктивності котушок.

4.7.4 Викладіть суть фізичного зв'язку контрольованого параметра (діаметра) з інформативними параметрами ВСП.

4.7.5 Що розуміється під поняттям градуювальної характеристики ВСП?

4.7.6 Які параметри необхідні при розрахунку індуктивності і взаємної індуктивності котушки?

4.7.7 Поясніть фізичну сторону впливу діаметра виробу на інформативні параметри трансформаторного і параметричного ВСП і конкретизуйте ці параметри.

Таблиця 4.1 – Форма протоколу до лабораторної роботи №6