Устройство для неразрушающего контроля с посадочными магнитами

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ С ПОСАДОЧНЫМИ МАГНИТАМИ(71) Заявитель ГНУ Институт прикладной физики НАН Беларуси(72) Авторы Лухвич Александр Александрович Лукьянов Андрей Леонтьевич(73) Патентообладатель ГНУ Институт прикладной физики НАН Беларуси(57) Устройство для неразрушающего контроля с посадочными магнитами, содержащее стержневой или П-образный постоянный магнит с полюсными наконечниками, неподвижную по отношению к магниту и полюсному наконечнику измерительную катушку, регистрирующую информационный сигнал при приближении или удалении магнита по отношению к контролируемому изделию, и блок индикации, отличающееся тем, что содержит ферромагнитный экран, геометрические размеры которого выбираются в зависимости от диапазона измерений и разрешающей способности, дополнительную синхронизирующую катушку, охватывающую магнит, по отношению к ней магнит является подвижным, соединенную с блоком формирования синхроимпульса, связанного с блоком измерения, инструментальный усилитель, связанный с измерительной катушкой и блоком измерения.(56) 1. Приборостроение и средства автоматизации контроля. Неразрушающие методы испытания материалов. - М. 1961. - С. 350, 360. 2. Испытания материалов. Справочник / Под ред. . Блюменауэра перевод с немецкого, 1979. - С. 328, 448. 3. Янус Р.И. Магнитная дефектоскопия ОГИЗ. - М-Л., 1946. - С. 110-117, 156, 159, 172 1030 Полезная модель относится к области неразрушающего контроля физико-механических свойств материалов и изделий, их структуры, толщинометрии покрытий и изделий,измерения магнитных величин. Известны устройства 1, 2 с посадочными постоянными магнитами для измерения толщины изделий, толщин покрытий и химического состава с применением в качестве интегратора импульса тока магнитоэлектрических и электронных веберметров. В приборе Фрстера 1 используется П-образный постоянный магнит с измерительной катушкой в средней части магнита. В другом устройстве 2 используется постоянный Ш-образный магнит с катушкой на внутреннем полюсе. Общим недостатком таких устройств с П- и Шобразными магнитами является значительное влияние неровностей полюсов и контролируемой поверхности на погрешность и, как следствие, на достоверность измерений. Величина намагниченности изделия и характеристики магнитного поля будут являться функцией не только свойств изделия, но и величены зазоров, возникающих при установке магнита. Кроме этого погрешность измерений значительна за счет использования в качестве интегратора веберметра. Наиболее близким является устройство для контроля механических свойств и структуры по величине остаточной индукции 3, которое состоит из намагничивающей катушки, внутри которой находится измерительная многовитковая катушка, замкнутая на баллистический гальванометр - блок индикации. Число витков намагничивающей катушки и величину тока в ней выбирают из условия обеспечить намагниченность изделия, близкую к намагниченности насыщения. Во многих случаях, например при контроле крупногабаритных деталей, листовых материалов, толщин металла и покрытий, применение в качестве источников намагничивающего поля катушек с током невозможно. Тогда используются приставные П-образные или стержневые постоянные магниты или электромагниты. Измерительные одна или две катушки крепятся неподвижно вблизи полюсов магнитов. Катушки соединяются с баллистическим гальванометром, в зависимости от условий контроля последовательно или встречно между собой. Показания гальванометра при установке или подъеме магнита с неподвижной катушкой характеризуют свойства контролируемого изделия (структуру, толщину стенки изделия, толщину покрытия, химический состав и др.). Дополнительно на полюс постоянного стержневого магнита для повышения чувствительности,со стороны соприкосновения с изделием, устанавливается насадка из магнитомягкого материала, измерительная катушка размещается на насадке 3. Недостатками описанного устройства со стержневым магнитом является невозможность использования его в условиях производства и цехового контроля при применении в качестве интегратора баллистического гальванометра, устройство не содержит элементов регулировки и минимизации влияния краевого эффекта (положение магнита по отношению к краю), изменения разрешающей способности и диапазона измерений контролируемых параметров изделия. Задачей полезной модели является повышение разрешающей способности и расширение функциональных возможностей приборов, предназначенных для измерения немагнитных покрытий на ферромагнитной основе, никелевых покрытий на ферромагнитной и неферромагнитной основе. Поставленная задача достигается тем, что устройство содержит стержневой или П-образный постоянный магнит с полюсными наконечниками из магнитомягкого материала и измерительную катушку на полюсном наконечнике, заключенную в ферромагнитный экран из магнитомягкого материала, меняя геометрические размеры которого (радиус цилиндра), можно обеспечить максимальную разрешающую способность за счет перераспределения потока магнитной индукции в магните с наконечником и контролируемом изделии. Вторая дополнительная синхронизирующая катушка окружает магнит,по отношению к которой он является подвижным. При установке или поднятии устройства в ней наводится импульс тока, обрабатываемый блоком формирования синхроимпульса, по которому синхронизируется время появления сигнала в измерительной катушке, и начало его измерения, что обеспечивает высокую стабильность измерений. Применение 2 1030 инструментального усилителя позволяет предварительно обработать сигнал, а при помощи блока измерений точно оцифровать его, чем достигается высокая разрешающая способность предлагаемого устройства. Существенным фактором, влияющим на погрешность измерений при магнитных и электромагнитных методах контроля, является влияние геометрических размеров изделия. Применение ферромагнитного экрана позволяет минимизировать влияния краевого эффекта, что приводит к расширению функциональных возможностей приборов и снижению погрешности измерений. На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 показана зависимость показаний прибора от толщины покрытия. На фиг. 3 показана зависимость погрешности измерений толщины немагнитных покрытий на стальном круглом основании в зависимости от его диаметра. Устройство, показанное на фиг. 1, содержит постоянный стержневой магнит 1, к которому вплотную присоединен полюсной наконечник из магнитомягкого материала 2 со сферическим окончанием, измерительную катушку 3, жестко связанную с магнитной системой (стержневой магнит и магнитомягкий полюсной наконечник), синхронизирующую катушку 4, ферромагнитный экран 5, инструментальный усилитель 6, блок измерения 7,блок формирования синхроимпульса 8 и блок индикации 9. Устройство работает следующим образом. При установке магнитной системы на контролируемое изделие 10 стержневой магнит 1 входит в синхронизирующую катушку 4. Во время отрыва магнитной системы наводятся импульсы тока в катушке 4 за счет выхода магнита, а в катушке 3 за счет ее движения в магнитном поле изделия. Первый импульс поступает на блок формирования синхроимпульса 8 и после формирования поступает на синхронизирующий вход блока измерения 7, запуская схему измерения. Таким образом, синхронизируется время поступления сигнала с измерительной катушки 3 и начало его измерения. Второй импульс тока с измерительной катушки 3 поступает на вход инструментального усилителя 6, там усиливается и передается на блок измерения 7. С блока измерения 7 информация поступает на блок индикации 9, где отображается измеряемый параметр. На фиг. 2 показаны два крайних случая магнит с экраном - кривая 1 и без экрана - кривая 2 (диаметр магнита 2,5 мм, диаметр экрана 8 мм). Из рисунка следует, что, изменяя диаметр экрана, можно менять чувствительность устройства и диапазон измерений, в данном случае диапазон измерений при необходимой для практики погрешности прибора расширяется с 3500 до 6000 мкм. Уменьшение диаметра экрана в определенных пределах будет приводить к увеличению разрешающей способности и уменьшению диапазона измерений, увеличение же - к уменьшению разрешающей способности и расширению диапазона. На фиг. 3 кривая 1 и 2 - магнит без экрана при толщине покрытия 10 и 500 мкм соответственно и кривая 3 и 4 - магнит с экраном при толщине покрытия 10 и 500 мкм соответственно. Из рисунка следует, что краевой эффект значительно ниже для магнитов с экраном, минимальный диаметр основы при основной погрешности прибора порядка 3 примерно в три раза меньше для магнита с экраном. Вид покрытия Никель по немагн. основе Немагнитное по стали Толщи 10 на, мкм Разрешение, 0,1 мкм Доп. погреш., 1,7 мкм 1030 В таблице приведены экспериментальные данные по разрешающей способности, которую обеспечивает предлагаемое устройство в сопоставлении с достигнутым в настоящее время уровнем погрешности измерения лучших образцов толщиномеров. Сравнение показывает, что разрешающая способность и, следовательно, стабильность на порядок и более выше погрешности известных приборов. Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности, повысить разрешающую способность и достоверность контроля. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.