Магнитные потоки преобразователя

Общая характеристика вихретоковых методов измерения толщины покрытий и изделий

Вихретоковый вид неразрушающего контроля применим для контроля изделий из электропроводящих ферро- и неферромагнитных материалов. Основан на анализе взаимодействия собственного электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте и зависящих от электрофизических и геометрических параметров основного металла и покрытия.

В зависимости от задачи и свойств материала изделия и покрытия могут применяться различные функции изменения во времени электромагнитного поля (пробной энергии) и различные первичные информативные параметры, определяемые способом получения первичной информации.

С использованием вихретоковых методов производят измерение толщины диэлектрических покрытий на электропроводящих ферро- и неферромагнитных основаниях, электропроводящих ферро- и неферромагнитных покрытий на электропроводящих ферро- и неферромагнитных основаниях, в разных сочетаниях, а также листовых электропроводящих материалов.

Для описания сути вихретокового вида измерения и основных параметров, характеризующих его, рассмотрим явления взаимодействия вихретокового преобразователя с электропроводящим объектом на примере абсолютного трансформаторного двухобмоточного преобразователя без ферритовых (ферромагнитных) сердечника и экрана, возбуждаемого гармоническим напряжением.

Функциональная модель абсолютного трансформаторного двухобмоточного первичного измерительного преобразователя без ферритовых сердечника и экрана, удаленного от электропроводящего объекта, приведена на рис 2.1.

Рис. 2.1. Функциональная модель абсолютного трансформаторного двухобмоточного первичного измерительного преобразователя без ферритовых сердечника и экрана. W_в – обмотка возбуждения (первичная); W_и – измерительная (вторичная) обмотка

Магнитные потоки преобразователя

Витки обмотки возбуждения W_в сцеплены с магнитным потоком самоиндукции Ф₁₁, а витки измерительной обмотки W_и с магнитным потоком взаимной индукции Ф₂₁. Магнитный поток Ф₂₁, индуцирующий на вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции равен:

Ф₂₁ = Ф₁₁ – Ф_р, (2.1.1)

где Ф_р – магнитный поток рассеяния.

Амплитуда магнитного потока самоиндукции Ф₁₁ [Вб] определяется по формуле:

Ф₁₁ = L_в I_в, (2.1.2)

где L_в – индуктивность обмотки возбуждения, [Гн]; I_в – амплитуда тока обмотки возбуждения, [А].

Индуктивность L_в обмотки возбуждения определяется ее геометрическими характеристиками:

L_в = m₀ W_в² S_в/ l, (2.1.3)

где m₀ – магнитная постоянная; W_в – число витков обмотки возбуждения; S_в – площадь эквивалентного витка обмотки возбуждения [м²]; l – средняя длина магнитных линий контура, [м].

За счет существования магнитных потоков рассеяния Ф_р, магнитный поток взаимоиндукции Ф₂₁ всегда меньше магнитного потока самоиндукции Ф₁₁.

Амплитуда магнитного потока взаимоиндукции Ф₂₁ определяется следующим соотношением:

Ф₂₁ = М₁₂ I_в/ W_и, (2.1.4)

где W_и – число витков измерительной обмотки, М₁₂ – коэффициент взаимной индукции между возбуждающей и измерительной обмотками [Гн].

Коэффициент взаимной индукции М₁₂ определяется по формуле:

_____

М₁₂ = КÖ(L_вL_и), (2.1.5)

где L_в и L_и –индуктивности обмоток возбуждения и измерительной, соответственно; К – коэффициент связи, определяемый геометрией и взаимным расположением обмоток. Для рассматриваемого случая (отсутствуют ферритовые сердечник и экран) можно утверждать, что коэффициент связи обратно пропорционален потоку рассеяния.

Таким образом, ЭДС взаимоиндукции e(t) будет равна:

e(t) = - W_и(dФ₂₁(t)/dt) = - M₁₂(di_в(t)/dt) (2.1.6 )

Если ток обмотки возбуждения гармонический, i_в (t) = I_мsin(wt), где w = 2pf – круговая частота, то ЭДС взаимоиндукции:

e(t) = - wW_иФ₂₁ cos(wt).