Требования к преобразователям

Основными требованиями к преобразователям с магнитопроводами являются:

· возможность контроля магнитных характеристик ферромагнитных изделий замкнутой и разомкнутой форм широкого ассортимента, т. е. универсальность;

· минимальное магнитное сопротивление магнитопровода и полюсных наконечников преобразователя, минимальные рассеяния основного магнитного потока, а также полное промагничивание изделия в поперечном сечении и вдоль длины, что обеспечивает заданную точность контроля;

· высокая чувствительность при определении магнитных характеристик;

· удобство и простота эксплуатации.

Проанализируем на примере рассмотренного устройства (см. рис. 5.1), что необходимо учитывать для выполнения поставленных требований при разработке конструкций универсальных измерительных преобразователей с магнитопроводами.

Для выполнения первого требования универсальности контроля по отношению к формам изделий предусмотрено следующее.

Длина магнитопровода 1 и длина центрирующего приспособления 7 выбираются с учетом возможности испытаний изделий различных типоразмеров и форм (замкнутой, разомкнутой). Этой же цели служит и выполнение струбцин 4 (сопряженных с наконечниками 3 Г - образными выступами 13) подвижными вдоль магнитопровода 1 (рис. 5.1, 5.2). Такими решениями обеспечивается универсальность применения преобразователя.

Одним из основных требований к конструкциям преобразователей с позиции точности контроля является то, что сумма магнитных сопротивлений всех элементов магнитопровода и зазоров должна быть существенно меньше магнитного сопротивления испытуемого образца. Чтобы выполнить это условие, необходимо свести к минимуму воздушные зазоры в магнитной цепи системы «преобразователь – образец». Также требуется выполнять элементы магнитопровода с площадью их поперечного сечения, значительно (примерно в 100 раз и более) превышающей площадь сечения испытуемых образцов.

Чтобы выработать конструктивные меры для повышения точности контроля, проанализируем распределение магнитных потоков в системе «преобразователь – образец». Для этого вначале рассмотрим магнитную цепь этого преобразователя с тороидальным образцом (рис. 5.3) и ее эквивалентную схему (рис. 5.4).

Рисунок 5.1 – Преобразователь с кольцевым образцом

Рисунок 5.2 – Преобразователь с полосовым образцом

Рисунок 5.3 – Магнитная цепь преобразователя с тороидальным образцом

Рисунок 5.4 – Эквивалентная схема преобразователя

Анализ магнитных потоков в системе «преобразователь–образец» показывает следующее. Основной магнитный поток Ф_å создается в центральном магнитопроводе преобразователя при протекании тока по его намагничивающей обмотке. При проведении магнитного контроля изделия поток Ф_å разветвляется на два потока Ф, растекающихся по половинам кольцевого образца (полукольцам), а также на несколько характерных потоков рассеяния Ф_р0, Ф_р1, Ф_рз, шунтирующих рабочие потоки Ф.

Применение в конструкции рассматриваемого преобразователя полюсных наконечников 3 предусматривает достаточное увеличение расстояния (воздушного зазора) между магнитопроводом 1 и образцом 14. Тем самым практически устраняется поток рассеяния Ф_р.з (рис. 5.3).

Размещение каркасов 11, 12 с секциями измерительной обмотки на краях наконечников 3 (рис. 5.1) позволяет измерять только рабочие магнитные потоки Ф, зондирующие испытуемый образец. Потоки рассеяния Ф_р0, Ф_р1 и Ф_р.з не учитываются, поскольку они не пересекают плоскость измерительных катушек 11 и 12 (рис. 5.3). Кроме этого, наличие двух секций измерительной обмотки дает возможность увеличить чувствительность преобразователя к измеряемым величинам. Приспособление 7 необходимо для точного центрирования образцов различных типоразмеров и форм относительно осей симметрии преобразователя, что особенно важно для обеспечения заданной точности измерений при испытаниях замкнутых образцов.

Таким образом, все перечисленные конструктивные решения в совокупности позволяют реализовать в конструкции преобразователя отстройку от влияния ряда потоков рассеяния на результаты контроля, улучшить характеристики точности измерений с помощью преобразователя, повысить его чувствительность.

Однако и такому преобразователю свойственны влияющие на точность измерений факторы. Это магнитные сопротивления воздушных зазоров в зонах контактов полюсных наконечников с магнитопроводом и образцом, а также проводимости путей утечек магнитного потока в воздухе, шунтирующие магнитные сопротивления образцов (либо половин детали замкнутой формы).

Для существенного уменьшения влияния магнитных сопротивлений указанных зазоров в конструкции преобразователя также предусмотрен ряд конструктивных и подготовительных мер.

Во-первых, это достаточно сильное и стабильное прижатие образца к полюсным наконечникам и последних к магнитопроводу посредством упоров пружин прижимного приспособления.

Во-вторых, контактные поверхности наконечников и магнитопровода тщательно пришлифованы.

Кроме того, влияние проводимостей путей утечек потока в воздухе, шунтирующих магнитные сопротивления изделия, можно значительно уменьшить, используя предварительную градуировку преобразователя с использованием аттестованных стандартных образцов серийной продукции.

При работе преобразователя в режиме измерений динамических магнитных характеристик для выполнения требования полного промагничивания изделия в его поперечном сечении необходимо выполнение еще двух условий:

· глубина d проникновения переменного магнитного поля должна быть больше половины толщины контролируемого образца;

· глубина d проникновения переменного магнитного поля должна быть больше половины толщины пластины шихтованного магнитопровода.

Указанные требования можно представить в виде

, (5.1)

, (5.2)

где – магнитная постоянная, Гн/м, и – магнитные проницаемости материала образца и пластины шихтованного магнитопровода соответственно; и – удельные электрические проводимости материала образца и пластины магнитопровода соответственно; w – круговая частота изменения магнитного поля; и – толщина образца и пластины магнитопровода соответственно.

Это требование выполняется путем предварительных расчетов величин указанных глубин проникновения и последующего выбора пластин для шихтованного магнитопровода преобразователя с толщиной не более величины с учетом использования его для испытаний образцов, толщина которых не превышает величины .

Удобство применения обеспечивается практически всеми узлами конструкции, в частности элементами прижимного и центрирующего устройств.