Екранний чотирипараметровий спосіб сумісного контролю параметрів феромагнітних трубчастих виробів

Екранний чотирипараметровий спосіб контролю параметрів феромагнітних трубчастих виробів, який передбачає проникнення змінного збуджуючого магнітного потоку у феромагнітний трубчастий провідний виріб, а також наведення вихрової ЕРС в стінці труби, під дією якої виникають вихрові струми, що створюють магнітний потік, який складається геометрично зі збуджуючим магнітним потоком, створюючи результуючий магнітний потік Ф3t, за допомогою якого визначають магнітну індукцію B3t, що наводить ЕРС Е3t датчика, який знаходиться у вн утрішній порожнині труби, при цьому результуючий магнітний потік зменшується по величині і зсувається по фазі, по відношенню до збуджуючого магнітного потоку, а все це в свою чергу приводить до згасання поля всередині труби, який відрізняється тим, що екранний ефект феромагнітної труби дає можливість визначити, за сигналами датчика всередині труби, відносну магнітну проникність mrt , питомий електричний опір 2 3 24138 нітного поля в трубчастому немагнітному виробі, заснований на збудженні вихрових струмів у немагнітній трубі, які створюють своє магнітне поле, котре у свою чергу, геометрично складається зі зовнішнім магнітним полем, що приводить до згасання зовнішнього поля в трубі. Відносними перевагами цього способу є те, що визначається коефіцієнт згасання дуже складного магнітного поля у тр убчастому немагнітному виробі. Недоліком даного способу є те, що в процесі виміру не визначаються електричний параметр, питома електрична провідність ρ і температура труби t. Також є відомим двохпараметровий спосіб [3] безконтактного вимірювання питомої електричної провідності і температури суцільного циліндричного виробу, заснований на наведенні вихрової ЕРС, під дією якої протікають вихрові стр уми, величина яких залежить від форми провідного виробу і електропровідності. Все це змінює, в свою чергу, амплітуду ви хідної ЕРС перетворювача і, таким чином, виникає залежність цієї ЕРС від електропровідності і температури. Перевага цього способу полягає в тому, що сумісно вимірюється електропровідність і температура немагнітного суцільного виробу. Недоліком даного способу є те, що не розглядається широкий асортимент виробів по їх магнітним параметрам і конфігураціям, наприклад, не контролюються феромагнітні трубчасті вироби. Найбільш близьким до заявленого, з технічної сутності, є спосіб [4], вимірювання магнітної проникності і електропровідності трубчастого виробу, при зондуванні його продольним магнітним полем, який полягає в тому, що змінне продольне магнітне поле викликає реакцію виробу, яка приводить до зміни амплітуди і фази вимірювальної обмотки трансформаторного електромагнітного перетворювача. Перевагами цього способу є сумісне визначення магнітного і електричного параметрів труби. Недоліками даного способу є низька точність вимірювання, тому що, цей спосіб також не враховує температуру, від якої залежать електромагнітні параметри, крім того, не враховується коефіцієнт згасання електромагнітного поля у трубчастому виробі. Задача корисної моделі - використання екранного трубчастого перетворювача, для сумісного визначення магнітної проникності m rt, питомого електричного опору r t, температури t і коефіцієнту згасання магнітного поля у трубчастому виробі ht, а також, підвищення точності визначення параметрів феромагнітної труби, розширення функціональних і технічних можливостей екранного перетворювача. Задача вирішується шляхом використання екранного трубчастого пристрою, який включає в себе: трубу, на якій знаходиться намагнічувальна обмотка, а також в порожнині труби, малогабаритний електромагнітний датчик з вимірювальною обмоткою. 4 Причому, формула для знаходження магнітного потоку в середині труби Ф3t (1) Φ3t=p·a· m 0·Η0·[1+2(μrt-1)·d] де p=3,14 - математична константа; a - радіус виробу; m 0 - магнітна константа, m 0=4p·10-7Гн/м; H0 - напруженість магнітного поля; m rt - відносна магнітна проникність труби з урахуванням температури; d - товщина стінки труби. Фазовий кут магнітного потоку Φ3t , можна визначити як d× b tg j3t = (2) d2 × mrt × t де d - глибина проникнення магнітного поля в трубу; b - вн утрішній радіус виробу. Магнітна індукція трубчастого виробу B3t , визначається як m × H × [1 + 2(mrt - 1) × d] (3) B3t = 0 0 a Причому ЕРС електромагнітного датчика Е3t який знаходиться в середині труби, визначають за формулою (4) E3 t = 4,44ft × p × a2 × Wд × B 3t д де 4,44 - чисельний коефіцієнт, вказує на те, що вимірюється ефективне значення ЕРС Е3t; ft частота змінення магнітного поля з урахуванням температури; Wд - число витків електромагнітного датчика; aд - радіус електромагнітного датчика. Сутність способу електромагнітних вимірювань відносної магнітної проникності mrt, питомого електричного опору r t, температури труби t і коефіцієнту згасання змінного магнітного поля в середині труби ht, полягає в тому, що струм в намагнічувальній обмотці соленоїду створює збуджуючий зовнішній магнітний потік, який проникає в середину труби, наводить вихрову ЕРС в стінках труби, під дією якої протікають вихрові струми, що мають свій магнітний потік, який взаємодіє зі збуджуючим магнітним потоком, і тим самим створює згасання магнітного поля в середині труби, оскільки вихрові струми залежать від магнітної проникності mrt, питомого електричного опору r t, а ці електромагнітні параметри, в свою чергу, залежать від температури t, таким чином, магнітний потік Ф3t в середині труби, а також магнітна індукція В3t і ЕРС датчика в порожнині труби Ε3t будуть залежати від величин mrt, r t, t, а також коефіцієнту згасання змінного продольного магнітного поля ht. Причому, для визначення температури труби необхідно використовувати умови постійного значення глибини проникнення магнітного поля d; в цьому разі змінення температури приводить до змінення величин mr и r, які є температурозалежними, при цьому, варіації електромагнітних параметрів компенсуються зміненням частоти магнітного поля ft і, таким чином, частота цього поля стає також залежною від температури. Методика сумісного вимірювання магнітної проникності mrt, питомого електричного опору r t, температури t феромагнітної труби і коефіцієнту згасання змінного магнітного поля в середині труби ht полягає в тому, що вимірюють ЕРС Е3t, частоту ft і розраховують напруженість зовнішнього по 5 24138 відношенню до труби, магнітного поля Н0, причому цю величину знаходять 2 × I × Wн (5) L де I - стр ум намагнічувальної обмотки; WH число витків намагнічувальної обмотки; L - довжиH0 = на соленоїда; 2 - числовий коефіцієнт. Потім знаходять величину магнітної проникності mrt E3 t × a b mrt = +1 (6) 2 × 4,44 × ft × m 0 × H0 × Sд × Wд × d 2 × d де SД - площа поперечного перерізу електромагнітного датчика. Потім питому електричну провідність σ{ визначають з урахуванням (2) по формулі tgj3 t st = (7) p × d × b × f t × m0 Величину pt визначають із співвідношення 1 p × d × b × ft × m0 rt = = (8) st tgj3t Враховуючи відому лінійну залежність ρ металевого виробу від температури t r ×a r = r1 + 1 (t - t 1) (9) 1 + a × t1 де t1 - початкова температура t1=20°С; a - температурний коефіцієнт опору матеріалу виробу; ρ1 - питомий електричний опір при температурі t1. З ура хуванням формул (8) та (9) отримаємо величину температури феромагнітної труби ù 1+ a × t1 é p × d × b × m0 × ft t= - 1ú + t1 (10) ê a r1 × tgj3 t ë û Коефіцієнт згасання ht, який також залежить від температури тр уби t, знаходять з формули é dù b × ê1+ 2 × (mrt - 1) × ú (11) bû ë ht = mrt × a На Фіг.1 наведена схема пристрою, що реалізує чо тирьохпараметровий спосіб. Схема включає до себе соленоїд 1, нагрівач 2, електромагнітний датчик 3, амперметр 4, генератор синусоїдальних сигналів 5, частотомір 6, котушку взаємоіндуктивності KB, феромагнітну тр убу 7 , фазометр 8, вольтметр В-9 і вольтметр В1-10. Вольтметр 9 вимірює ЕРС Е3t, яка наводиться в електромагнітному датчику 3. Вольтметр 10 вимірює ЕРС Е0, 6 пов'язану з напруженістю магнітного поля Н 0 зовні труби. Котушка взаємоіндуктивності KB і фазометр 8 дозволяють вимірювати фазовий кут зсуву φ3t, між ЕРС E3t і Е0. На Фіг.2-Фіг.4 представлені залежності питомого електричного опору r t, коефіцієнта згасання ht, частоти магнітного поля /ь відносної магнітної проникності μη від температури t. Якщо залежності величин r t і mrt від t прийняті, як лінійні, див. Фіг.2, 5, то залежність частоти поля ft від t, див. Фіг.4 є близькою до лінійної. Залежність величини коефіцієнта згасання ht від t є спадаючою, див. Фіг.3, тому що у формулі для визначення ht, параметр mrt знаходиться в знаменнику, а величина mrt при збільшенні температури сама росте. Розрахунки показують, що спільні вимірювання відносної магнітної проникності μη, питомого електричного опору r t, температури труби t і коефіцієнту згасання ht змінного магнітного поля у трубчастому виробі дозволяють підвищити точність вимірювання вказаних параметрів на 15-20% у порівнянні з відомими способами і суттєво розширити функціональні можливості контролю багатьох параметрів феромагнітної труби, тому що, у даному випадку, враховується при якій температурі знаходяться величини mrt, r t і ht крім того, підвищення точності визначення чотирьох параметрів труби, здійснюється, також за рахунок електромагнітного датчика, який знаходиться у середині трубчастого виробу. Джерела інформації: 1. Каден Г. Электромагнитные экраны в высокочастотной технике и технике электросвязи. - М. Л.: Госэнергоиздат, 1957. - 327С. 2. Себко В.П., Беззапонная В.М. О ди ффузии затухающи х магнитных полей в металлическую камеру. // Електротехніка і електромеханіка. НТУ "ХПІ" - Харків: - 2005p. - Вип.4. - С.61-63. 3. Багмет О.Л. К теории электромагнитного преобразователя температуры. Сборник научных трудов ХГПУ "Информационные технологии". Вып.7. - ч.3. - Харьков. - 1999. - С.86-88. 4. Себко В.П., Хоменко В.Г. Электромагнитный контроль параметров проводящих тр убчатых изделий // Весник ХГПУ. Вып.61 - Харьков. - 1999. С.337-338. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 24138 8 Підписне Тираж 26 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