Пристрій для неруйнівного контролю вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах

Пристрій для неруйнівного контролю вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах, що містить постійний магніт, механічно з'єднаний з ним силовим входом силовимірювальний датчик та мікропроцесорний блок вимірювання та індикації сили взаємодії постійного магніту з об'єктом контролю, який відрізняється тим, що в нього додатково введено диференціальнотрансформаторний перетворювач лінійних переміщень, рухомий сердечник якого механічно з'єднаний з силовим входом силовимірювального датчика, а його котушка закріплена на нерухомій основі і електрично з'єднана виходом через послідовно з'єднані підсилювач, фазочутливий випрямляч і порівняльний елемент з входом мікропроцесорного блока, причому другий вхід порівняльного елемента через узгоджувальний елемент підключений до виходу силовимірювального датчика. Винахід відноситься до приладобудування, зокрема до неруйнівного контролю якості металопродукції, і може бути використаний в металургії та машинобудуванні для визначення вмісту немагнітної фази в сталеви х та чавунних виробах. Відомо пристрій для контролю фізикомеханічних параметрів феромагнітних виробів [А.с. 1578623, СССР, МКИ5 G01N27/80 / В.А.Франюк и Л.Ф.Иванькович, опубл. 26.01.88], до складу якого входять джерело живлення, блок вимірювання і реєстрації сигналу, перетворювач, який включає стрижневий постійний магніт та два магніточутливих елементи, один з котрих розміщений над робочою поверхнею перетворювача, а його вхід і вихід підключені відповідно до виходу джерела живлення і входу блока вимірювання і реєстрації сигналу, причому постійний магніт має можливість обертання навколо осі, яка проходить через його центр і знаходиться в площині, перпендикулярній до робочої поверхні перетворювача. Недоліком цього пристрою є складність конструкції і наявність рухомого елементу, що призводить до появи додаткових похибок вимірювання. Відомо пристрій [А.с. 847240, СССР, МКИ3 G01R 33/12 / В.А.Рудницкий, А.Л.Мелешко, 1981, Б. №26], до складу якого входять корпус і важіль із закріпленим на його кінці постійним магнітом, чотири додаткових постійних магніти, силовий постійний магніт, два електромагніти," які закріплені на корпусі соосно з силовим магнітом та вимірювальна обмотка, при цьому один з додатково введених постійних магнітів закріплений на важелі, другий і третій закріплені на корпусі з можливістю переміщення вздовж поздовжньої осі, а четвертий закріплений на кінці важеля. Недоліком цього пристрою також є складність конструкції і недостатня точність визначення вмісту фериту чи іншої стр уктурної складової в феромагнітному матеріалі (похибка вимірювання становить не менше ±5% від найбільшої межі вимірювання). Найбільш близьким (прототипом) до запропонованого винаходу щодо технічної суті та досягнутого результату є пристрій [Патент 76066, Україна (19) UA (11) 84489 (13) (21) a200702409 (22) 05.03.2007 (24) 27.10.2008 (46) 27.10.2008, Бюл.№ 20, 2008 р. (72) БОГДАН КІМ СТЕП АНОВИЧ, UA, МОІСЕЄВ ЮРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, С АНКІН АН АТОЛІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA (73) ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ Н АН УКРАЇНИ, UA (56) UA 76066 C2, 15.06.2006 UA 76067 C2, 15.06.2006 SU 847240, 15.07.1981 SU 1578623 A1, 15.07.1990 DE 10150762 A1, 17.04.2003 EP 1216414 B1, 26.06.2002 DE 19832394 C1, 25.11.1999 US 3938037, 10.02.1976 C2 1 3 84489 МПК (2006) G01D 7/02 / Богдан К.С., Моісеєв Ю.В., Санкін А.О., Терновой С.А., опубл. 15.06.2006, Бюл. №6]. до складу якого входять постійний магніт чи електромагніт, закріплений у корпусі з немагнітного матеріалу, перетворювач напруженості магнітного поля в зазорі між магнітом і виробом, силовимірювальний датчик, блок живлення, два узгоджувальні елементи, суматор і блок ділення, причому силовимірювальний датчик механічно з'єднаний своїм силовим входом з магнітом, входи суматорів підключені через узгоджувальні елементи відповідно до виходів перетворювача напруженості магнітного поля і силовимірювального датчика, а вихід суматора з'єднаний через блок ділення з входом мікропроцесорного блока вимірювання. Недоліком цього пристрою є порівняно низька точність, обумовлена нелінійністю залежності сили притягання магніту до виробу при зміні повітряного зазору між ними в результаті деформації пружного елементу силовимірювального датчика. В основу запропонованого винаходу поставлена задача підвищення точності вимірювання вмісту немагнітної фази у феромагнітних матеріалах та спрощення конструкції пристрою. Поставлена задача вирішена тим, що запропонований пристрій для неруйнівного контролю вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах, до складу якого входять постійний магніт та механічно з'єднаний з ним своїм силовим входом силовимірювальний датчик, вихід котрого підключений до мікропроцесорного блока вимірювання та індикації сили взаємодії постійного магніту з об'єктом контролю, згідно з винаходом, в нього додатково введено диференціально-трансформаторний перетворювач лінійних переміщень, рухомий сердечник котрого механічно з'єднаний з силовим входом силовимірювального датчика, а котушка закріплена на нерухомій основі і електрично з'єднана своїм виходом через підсилювач, випрямляч і порівняльний елемент з входом мікропроцесорного блока, причому другий вхід порівняльного елементу підключений до виходу силовимірювального датчика. Запропонований пристрій дозволяє простими засобами зменшити нелінійність сили притягання магніту до об'єкта контролю, а отже, підвищити точність вимірювання вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах. Для пояснення запропонованого винаходу на Фіг.1 зображено конструктивно-функціональну схему пристрою. Силовимірювальний датчик 1 з пружним елементом подвійного вигину з одного боку закріплений на опорі 2, яку встановлено на немагнітній основі 3. До силового входу датчика 1 з одного боку закріплено корпус 4 із немагнітного матеріалу з постійним магнітом 5, аз другого боку рухомий сердечник 6 диференціальнотрансформаторного перетворювача, котушка 7 якого закріплена на нерухомій основі. Вихід котушки 7 через підсилювач 8 і фазочутливий випрямляч 9 підключено до порівняльного елемента 10, другий вхід котрого через узгоджувальний елемент 11 підключений до виходу силовимірювального датчика 1. Вихід порівняльного елемента 10 з'єд 4 нано з входом мікропроцесорного блока 12 вимірювання та індикації сили взаємодії магніту 5 із зразком 13 з феромагнітного матеріалу, розміщеним на немагнітній основі 3. Живлення елементів схеми здійснюється від блока 14 живлення або автономного джерела живлення (акумулятора). Зразок 13 розміщують на основі 3 під магнітом 5 із зазором, який визначають розрахунковим шляхом в залежності від магнітної сили магніту 5. Пристрій працює наступним чином. У вихідному стані зразок (об'єкт контролю) 13 відсутній під магнітом 5 і на виходах датчика 1 і котушки 7 перетворювача сигнали дорівнюють нулю. На цифровому індикаторі блока 12 також висвітлюються нулі у всі х розрядах. Після розміщення зразка 13 на основі 3 під магнітом 5 з'я вляється сила притягання магніту 5 до зразка 13, яка залежить від повітряного зазору d між ними і фізико-механічних характеристик у феромагнітного матеріалу зразка 13. В результаті цього на виході датчика 1 з'являється сигнал U=f(d), пропорційний силі F притягання магніту 5 до зразка 13. Одночасно пружний елемент датчика 1 деформується пропорційно силі F і фіксований зазор d зменшується на величину цієї де формації, що викривлює залежність F=f(d), тобто вносить нелінійність. Для компенсації цієї нелінійності сигнал U2 після відповідних перетворень віднімається від сигнала U1 і таким чином враховується деформація пружного елемента датчика 1, що дозволяє підвищити вірогідність вимірювальної інформації. Сила F при фіксованому зазорі d між магнітом 5 і зразком 13 залежить, за інших умов, від вмісту немагнітної фази у феромагнітному матеріалі зразка 13. Чим менше вміст немагнітної фази, тим більше сила F. Результати досліджень показали, що існує кореляційний зв'язок між цими величинами, тобто силу F можна використати в якості інформативного параметра для визначення вмісту немагнітної фази у феромагнітному матеріалі, наприклад, залишкового аустеніту. Для цього сило вимірювальна схема пристрою тарується в абсолютних або відносних одиницях вмісту немагнітної фази і в ци фровому вигляді висвітлюється на індикаторі блока 12. Таким чином, запропонований пристрій, на відміну від прототипу та інших аналогів, дає змогу одержати новий технічний ефект, виражений у спрощенні конструкції та підвищенні точності визначення вмісту немагнітної фази в чавунах і сталях за рахунок введення перетворювача лінійних переміщень для зменшення нелінійності залежності F=f(d), викликаної деформацією пружного елементу силовимірювального датчика. Експериментальні дослідження фізичної моделі запропонованого пристрою показали, що не лінійність залежності F=f(d) зменшується до 0,5%, що спрощує обробку сигналу і тарування пристрою в широкому діапазоні вимірювання. Це створює умови для отримання економічного ефекту від впровадження пристрою у виробництво та спрощує експлуатацію. 5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84489 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601