Физические принципы метода вихревых токов (ВТ)

Физическую сущность метода легко пояснить, если рассмотреть принцип работы трансформатора без стального сердечника рис.4.4.1 индукционный метод, в котором имеются первичная и вторичная обмотки (катушки).

В радиотехнике такую систему называют индуктивно связанными контурами. По закону индукции, в первые сформулированному М. Фарадеем, любое относительное перемещение магнитного поля и проволочной катушки наводит в последней электродвижущую силу Э Д С. Если по одной из катушек пропустить электрический ток, а ко второй подключить быстродействующий вольтметр, то он покажет наличие ЭДС как при изменении силы тока в возбуждающей катушке, так и при изменении положения катушек.

Если возбуждающая катушка питается переменным синусоидальным током ~I,то во вторичной индукционной катушке наводится синусоидальная ЭДС. На величину ЭДС влияют: взаимосвязь между катушками, сила тока и число витков.

При контроле индукционным методом вторичную катушку заменяет собой материал контролируемого объекта рис. 4.4.2. Система из двух взаимосвязанных контуров. Индуцируемые в нем вихревые токи текут по кольцевому замкнутому пути.

Воздействие, которое оказывает испытываемый металл на

возбуждающую катушку, можно заменить воздействием вторичной катушки при условии, что по этой катушке течет ток определенной величины.

I- первичная катушка

подача переменного синусоидального тока,

образование магнитных силовых линий

возникновение индукции в катушке II

ЭДС

во вторичной катушке -II- возникает индукция

по закону Фарадея (в катушке наводится синусоидальная ЭДС )

Рис. 4.4.1.Индукционный метод – принцип работы трансформатора без стального сердечника ( индукционно связанный контур) со вторичной катушкой

I-первичная катушка

поступает переменный

синусоидальный ток

магнитные силовые линии

вызывают вихревые токи

в объекте контроля

объект контроля -

(II-вторичная катушка )

Рис. 4.4.2. Вихретоковый метод – принцип работы трансформатора без стального сердечника ( индукционно связанный контур), вторичная катушка -II c вихревыми токами в материале контролируемого объекта

Рис. 4.4.3. Эквивалентная электрическая схема индукционного однокатушечного датчика при его взаимодействии с обьектом контроля

Вихревые токи в металле текут в поверхностных слоях со стороны источника поля. Глубина проникновения вихревых токов в металл зависит:

- от частоты электромагнитных колебаний;

- электропроводности;

- магнитной проницаемости;

- коэрцетивной силы;

- формы источника поля;

- геометрии контролируемого объекта.

При очень высокой рабочей частоте f в несколько МГц глубина поверхностного контролируемого слоя оценивается всего в несколько десятков микрон и зависит в основном от удельной электропроводности контролируемого объекта (величины,обратной удельному электрическому сопротивлению) и относительной магнитной проницаемости (для магнитных материалов). На рис.4.4.4 отображена зависимость глубины проникновения вихревых токов от частоты для различных значений электропроводности σ.

Кроме того, серьезным фактором, определяющим величину вихревых токов и , следовательно, наиболее сильно воздействующим на катушку-датчик является расстояние между катушкой и металлом контролируемого объекта, а также качество обработки поверхности и многих других факторов.

Нарушения сплошности (трещины) являются препятствием для вихревых токов. Их действие аналогично увеличению сопротивления поверхностного слоя.

Перечисленные факторы определяются тремя основными направлениями по применению метода вихревых токов, связанных с электропроводностью которые зависят от химического состава, структурного состояния, состояния со структуроскопией, выявлением несплошностей и толщинометрией.

В вихретоковых преобразователях сигнал, снимаемый с катушек-датчиков, усиливается, корректируется и анализируется с помощью простых и сложных электрических схем. На выходе которых устанавливается стрелочный микроамперметр, электронно-оптические трубки самописцы, релейно-контактные устройства.

Z_0,мм0,01