Вихрострумовий спосіб вимірювання товщини та питомої електропровідності матеріалу оболонок виробів із неферомагнітних матеріалів із відлаштуванням від впливу зазору

Реферат: Винахід належить до неруйнівного вихрострумового контролю виробів із неферомагнітних електропровідних матеріалів і може бути використаний в авіації, машинобудуванні, енергетиці тощо. За вихрострумовим способом вимірювання товщини та питомої електропровідності матеріалу оболонок виробів із неферомагнітних матеріалів із відлаштуванням від впливу зазору вихострумовий перетворювач збуджують струмами двох частот окремо двома обмотками і знімають сигнал відгуку зі спільної вимірювальної обмотки. Першу із частот вибирають за умови оптимальної чутливості до товщини оболонки, а другу частоту вибирають за умови оптимальної чутливості вихрострумового перетворювача до змін питомої електричної провідності і нечутливості до зміни товщини оболонки контрольованого об'єкта. Перед початком вимірювань встановлюють вихрострумовий перетворювач на контрольному зразку із заданими номінальними значеннями товщини оболонки, питомої електричної провідності матеріалу оболонки та зазору між вихрострумовим перетворювачем і поверхнею контрольного зразка. Компенсують до нуля сигнал на виході вихрострумового перетворювача на першій та другій частоті. Встановлюють вихрострумовий перетворювач на контрольований об'єкт, змінюють зазор між вихрострумовим перетворювачем і поверхнею контрольованого об'єкта і при заданих наперед фазах опорних сигналів вимірюють одночасно на першій та другій частоті значення дійсних та уявних складових одержаного інформаційного сигналу. Коли під час зміни зазору дійсна складова на першій або другій частоті дорівнює нулю, фіксують відповідні до них поточні значення уявних складових, за якими за попередньо побудованими в результаті калібрування нелінійними залежностями визначають товщину і питому електропровідність матеріалу UA 105571 C2 (12) UA 105571 C2 оболонки контрольованого об'єкта. Спосіб забезпечує усунення методичної похибки від нелінійного впливу зазору та зменшення похибки, що регламентується технічними умовами, що підвищує точність вимірювання та ефективність діагностики. UA 105571 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до неруйнівного вихрострумового методу контролю виробів із неферомагнітних електропровідних матеріалів і призначений для селективних вимірювань товщини і питомої електропровідності матеріалу оболонок елементів конструкцій в авіації, машинобудуванні, енергетиці тощо. Відомий вихрострумовий спосіб фазових вимірювань товщини оболонок або питомої електропровідності матеріалу оболонок [1]. За цим методом зміна зазору між вихрострумовим перетворювачем і об'єктом контролю обумовлює похибку вимірювань, яку мінімизують шляхом векторного додавання до сигналу відгуку вихрострумового перетворювача сигналу компенсації і вимірювання фази сумарного сигналу, за якою визначають параметр, що контролюють. При цьому контроль товщини оболонок або питомої електричної провідності матеріалу проводять на різних частотах і реалізують різними типами приладів, а саме - вимірювачами товщини і вимірювачами питомої електричної провідності матеріалу. Недоліком фазового способу вимірювань є тільки часткове зменшення похибки від впливу зазору через нелінійний характер функції впливу зазору на сигнал відгуку вихрострумового перетворювача. Окрім цього, при вимірюванні товщини оболонок виникає ще додаткова похибка, обумовлена природною варіацією питомої електричної провідності матеріалу об'єкта контролю. Відомий спосіб електромагнітного контролю [2], за яким сигнал вихрострумового перетворювача компенсують до попадання робочої точки в центр гомотетії годографів сигналу залежно від зміни параметра, вплив якого заглушують, зокрема це зміна зазору. Визначають залежність амплітуди від фази вихідного сигналу при номінальній величині параметра, який контролюють, та зміні параметра, що заглушують, і використовують цю залежність для визначення контрольованого параметра. Недоліком зазначеного способу є значна похибка вимірювань, зумовлена недостатнім відлаштуванням від впливу зазору, через те, що годографи сигналу відгуку вихрострумових перетворювачів є складними нелінійними залежностями і не можуть бути з достатньою точністю гомотетичними. Відомий спосіб вимірювання питомої електропровідності немагнітних матеріалів, який дозволяє забезпечити більш точне відлаштування і зменшення похибки від впливу зазору [3]. За цим способом до вихідного сигналу вихрострумового перетворювача додають сигнал компенсації, який коректують залежно від фази сумарного сигналу. Для цього попередньо будують функцію поправки сигналу компенсації. Недоліком зазначеного способу є складність побудови функції поправки сигналу компенсації і обмежена можливість зменшення додаткової похибки вимірювань питомої електропровідності від впливу зазору. Відомий спосіб багаточастотного вихрострумового контролю виробів [4], за яким вихрострумовий перетворювач збуджують струмами декількох частот. Вихідні сигнали вихрострумового перетворювача перетворюють у сигнали однакової частоти і початкової фази і утворюють їх векторну суму. Регулюють амплітуди зазначених сигналів так, щоб виділити складову сигналу параметра, який підлягає контролю, і водночас заглушити вплив тих інших параметрів, які обумовлюють похибку контролю. Недоліком зазначеного способу є складність реалізації, що потребує оптимізації вибору частот і амплітуд сигналів та переносу їх на одну частоту. Окрім того, процедура формування інформаційного сигналу, за яким визначають контрольовані параметри, є лінійним перетворенням, що обмежує можливості зменшення похибок контролю. Загальним недоліком відомих способів є значна методична похибка при визначенні товщини та питомої електропровідності оболонок за їх одночасної зміни та зміні зазору. Це зумовлено тим, що відомі способи реалізують лінійні методи обробки сигналу відгуку вихрострумового перетворювача і цим принципово обмежені за точністю контролю, оскільки вплив параметрів об'єкта контролю на сигнал відгуку вихрострумового перетворювача є нелінійним і взаємозалежним. В основу винаходу поставлена задача усунення похибки вимірювання товщини і питомої електропровідності матеріалу оболонки від зміни зазору між вихрострумовим перетворювачем і об'єктом контролю та зменшення додаткової похибки при контролі товщини оболонки, зумовленої природною варіацією питомої електропровідності матеріалу об'єкта контролю, що регламентується технічними умовами. Поставлена задача вирішується тим, що в результаті амплітудно-фазових перетворень двочастотного сигналу відгуку вихрострумового перетворювача і специфіки вимірювань одержують характеристики двочастотного інформаційного сигналу, незалежні від зазору між вихрострумовим перетворювачем і поверхнею контрольованого об'єкта, за якими за їх 1 UA 105571 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нелінійним перетворенням визначають товщину оболонки та питому електропровідність матеріалу об'єкта, що контролюють. Для цього вихрострумовий перетворювач збуджують двома обмотками різного еквівалентного радіуса окремо на першій та другій частоті, а двочастотний сигнал відгуку знімають зі спільної вимірювальної обмотки. Перед проведенням контролю вихрострумовий перетворювач встановлюють на контрольний зразок із заданими номінальними значеннями товщини та питомої електропровідності матеріалу оболонки об'єкта, що контролюють, при заданому номінальному значенні зазору між вихрострумовим перетворювачем і поверхнею контрольного зразка. У двочастотному сигналі вимірювальної обмотки виділяють складові сигналу відгуку на першій та другій частоті і додають до зазначених сигналів відгуку сигнали компенсації відповідно на першій і другій частоті такої амплітуди і фази, щоб сумарний сигнал на кожній частоті дорівнював нулю. Після цього встановлюють вихрострумовий перетворювач на контрольованому об'єкті, змінюють зазор між вихрострумовим перетворювачем і поверхнею контрольованого об'єкта, і під час зміни зазору вимірюють поточні значення дійсних та уявних компонент одержаного двочастотного інформаційного сигналу відносно опорних сигналів, для яких наперед задано початкові фази на першій та другій частоті. У той момент, коли в процесі зміни зазору дійсна складова сигналу на першій або другій частоті дорівнює нулю, фіксують (запам'ятовують) відповідні до них поточні значення уявних складових. При цьому попередньо, до проведення контролю, проводять процедуру калібрування з використанням комплекту контрольних зразків. За даними, одержаними при калібруванні, будують нелінійні залежності кожного з параметрів оболонки від зафіксованих значень уявних складових двочастотного інформаційного сигналу, за якими під час контролю визначають товщину оболонки та питому електропровідність матеріалу контрольованого об'єкта. Щоб ефективно реалізувати запропонований спосіб оптимізують умови формування сигналу відгуку вихрострумового перетворювача. Для цього вихрострумовий перетворювач збуджують на першій частоті першою обмоткою із еквівалентним радіусом R1, а на другій частоті збуджують другою обмоткою меншого еквівалентного радіуса R2