Сигнал ВТП. Обобщенный параметр контроля.

Сигналом ВТП принято считать комплексную величину, состоящую в случае параметрического датчика из вносимого активного и индуктивного сопротивлений

, (3.56)

в случае трансформаторного датчика – из активной и реактивной составляющих вносимого напряжения

. (3.57)

При этом вносимыми называются приращения сопротивления или напряжения, вызванные внесением объекта контроля в электромагнитное поле преобразователя.

На рис. 3.14 приведена схема формирования сигнала вихретокового преобразователя, показывающая каким образом контролируемые параметры трансформируются в сигнал ВТП.

В принципе можно анализировать сигнал ВТП раздельно по составляющим. Однако общепринятым является рассмотрение сигнала как радиус-вектора на комплексной плоскости сопротивлений или напряжений.

Для получения обобщенных зависимостей сигнала от контролируемых параметров изделия принято использовать относительные (нормированные) величины. Так, например, расстояние между катушкой параметрического датчика и поверхностью объекта (т.е. зазор) можно характеризовать нормированной величиной , где - расстояние между ВТП и ОК; - диаметр эквивалентного контура вихревых токов в объекте, практически совпадающий с диаметром катушки ВТП. Такая нормировка обусловлена тем, что глубина проникновения вихревых токов в объект и степень влияния зазора на сигнал зависят от размеров ВТП.

Рис. 3.14. Схема влияния свойств изделия на сигнал ВТП

Для круглого накладного преобразователя при нулевом зазоре (датчик на поверхности контролируемого изделия) величина практически равна диаметру обмотки возбуждения вихретокового преобразователя. При появлении зазора, т.е. при удалении датчика от объекта, значение меняется. При различных значениях расстояния эквивалентного витка обмотки возбуждения до изделия диаметр эквивалентного контура вихревых токов можно приближенно вычислить по формуле:

, (3.58)

где – средний диаметр накладного параметрического датчика или обмотки возбуждения накладного трансформаторного датчика. На практике можно принимать , что не вносит значительных погрешностей в оценки сигнала ВТП, поскольку накладной датчик выполняется таким образом, чтобы отношение высоты его обмоток к среднему диаметру было минимальным, а в процессе контроля датчик на изделии размещают с минимальным зазором.

Для проходного преобразователя, охватывающего цилиндрический объект контроля (проволока, труба и т. д.), величина практически равна внешнему диаметру контролируемого объекта, поскольку вихревые токи концентрируются у его поверхности.

Аналогично вводят и другие нормированные характеристики. Зазор между объектом и обмоткой параметрического проходного преобразователя учитывает коэффициент заполнения , равный отношению площади поперечного сечения ОК к площади поперечного сечения обмотки: при контроле прутка ; шара ; трубы . Для трансформаторного ВТП коэффициент заполнения равен отношению площади поперечного сечения ОК к площади поперечного сечения наименьшей (по площади) обмотки. Толщина ( ) листа или стенки трубы в относительных единицах записывается как .

Для получения общих закономерностей нормируют также составляющие сигнала, причем и делят на , а и делят на начальное напряжение на разомкнутой измерительной обмотке ВТП в свободном пространстве (т.е. при отсутствии вблизи ВТП электропроводящих или ферромагнитных объектов). Таким образом, нормированные (относительные) составляющие сигнала:

и - для параметрического ВТП;

и - для трансформаторного ВТП.

При решении ряда задач вихретокового контроля была установлена зависимость сигналов различных ВТП от переменной, учитывающей свойства материала изделия ( , ) и условия контроля (частоту тока возбуждения ), а также зависящей от радиуса контура вихревых токов в объекте контроля ( ). Эта переменная была названа обобщенным параметром вихретокового контроля:

. (3.59)

Кроме указанных в (3.59) переменных и зазора на сигнал ВТП оказывают влияние размеры и форма ОК, сплошность и другие параметры.

Зависимость сигнала от удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости материала ОК, от размеров и формы ОК, его сплошности и других параметров представляет собой сложную комплексную функцию. Нормированные сигналы параметрического и трансформаторного ВТП выражаются уравнениями

; (3.60)

. (3.61)

Влияние каждого параметра на сигнал изображается графиком на комплексной плоскости сопротивлений ( , ) для параметрического ВТП или на плоскости напряжений ( , ) - для трансформаторного преобразователя. Значения одного из влияющих параметров ( или , выраженные через значения обобщенного параметра, зазор, сплошность и т. д.) указывают непосредственно на линии графика, которую называют годографом. Годограф представляет собой геометрическое место концов вектора напряжения или сопротивления на комплексной плоскости ВТП, полученное при изменении электропроводности, магнитной проницаемости, зазора, размеров ОК, других влияющих параметров или образованных из них обобщенных величин.

Рис. 3.15. Изменение нормированных вносимых активного и индуктивного

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: