Устройство для поверки средств магнитного контроля

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ(71) Заявитель Институт прикладной физики НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт прикладной физики НАН Беларуси(57) Устройство для поверки средств магнитного контроля, содержащее первую систему обмоток для создания магнитного поля с однородным вдоль оси системы градиентом и вторую систему для создания однородного магнитного поля с общим центром симметрии, расположенные соосно и соединенные последовательно между собой в цепи источника калиброванного тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит интегрирующую цепь, присоединенную через переключатель к первой системе обмоток, а соотношение количества витков в обмотках первой и второй систем выбирается в соответствии с условием где Н 1 - однородный градиент магнитного поля Н 1 первой системы,2 - однородное магнитное поле второй системы, - длина градиентометра вдоль оси расположения его полузондов (рабочей области устройства),0 - расстояние, при котором поле рН 1 Н 2 линейной аппроксимации поля обобщенной экспериментальной зависимости, на участке расположения градиентометра длиной , остаточной намагниченности объекта контроля, с удалением от поверхности намагниченного участка этого объекта, обращается в нуль.(56) 1. Средства измерений параметров магнитного поля / Афанасьев Ю.В. и др. - Л. Энергия, 1979. - С. 32. 2. Цукерман В.Л., Матюк В.Ф., Новиков А.П. Имитатор для метрологического обеспечения импульсного магнитного контроля // Дефектоскопия. - 1992. -10. - С. 60-65 (прототип). 347 Полезная модель относится к средствам магнитных измерений и может быть использована для поверки средств магнитного контроля ферромагнитных материалов и изделий, использующих в качестве выходного параметра контроля градиент напряженности магнитного поля. Известно устройство 1 для создания магнитного поля с однородным вдоль оси градиентом, содержащее две включенные встречно соосные кольцевые обмотки радиуса 1 с током , разнесенные на расстояние 231 (кольца Максвелла). При этом магнитное поле вдоль оси системы в точках, симметричных относительно ее центра, имеет значения, равные по величине и противоположные по знаку. Недостатком известного устройства является невозможность воспроизвести при заданной величине градиента магнитного поля такое распределение поля вдоль оси устройства, чтобы это магнитное поле, имеющее однородный градиент, было одной полярности, как это наблюдается на реальном объекте контроля. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является устройство 2, содержащее первую систему обмоток для создания магнитного поля с однородным вдоль оси системы градиентом и вторую систему для создания однородного магнитного поля с общим центром симметрии, расположенные соосно и соединенные последовательно между собой в цепи источника калиброванного тока. При этом отношение числа витков в обмотках первой и второй систем выбирается таким образом, чтобы в центре устройства в его рабочей области (на участке расположения градиентометра поверяемого средства контроля) магнитное поле было одной полярности и обращалось в нуль на границе рабочей области, соответствующей расположению одного из концов градиентометра, то есть чтобы выполнялось соотношение 12 ,2 где Н 1 - однородный градиент магнитного поля Н 1 первой системы,2 - однородное магнитное поле второй системы, - длина градиентометра и рабочей области устройства. Поскольку поле обмоток с током определяется количеством витков, размерами и взаимным расположением обмоток, а также величиной пропускаемого через них тока, то в каждом конкретном случае реализации системы для создания поля с однородным градиентом Н 1 и системы для создания однородного поля 2 задание конфигурации систем и протекающего через них тока при выполнении вышеуказанного условия однозначно приводит к установлению определенного соотношения числа витков в соответствующих обмотках устройства. Недостатком устройства является невысокая точность моделирования реального соотношения величины магнитных полей (поля с однородным градиентом и однородного поля), воздействующих на измеритель(градиентометр) поверяемого средства контроля, особенно для случая малых размеров градиентометра, так как изначально при любом токе через обмотки систем задается нулевой уровень поля в точке оси устройства,соответствующей расположению одного из концов градиентометра поверяемого средства контроля, а фактически это поле может значительно отличаться от нуля. Кроме того, устройство не обеспечивает возможности поверки другого важного метрологического параметра средств магнитного контроля - величины намагничивающего поля. Задачей настоящей полезной модели является повышение точности и достоверности воспроизведения градиента магнитного поля, а также получение возможности оценки магнитного поля намагничивающего элемента в виде системы из двух встречно соединенных соленоидов, расположенных вдоль одной оси, при поверке метрологических характеристик средств магнитного контроля. Сущность устройства заключается в том, что оно содержит первую систему обмоток для создания магнитного поля с однородным вдоль оси системы градиентом. Устройство содержит также вторую систему обмоток для создания однородного поля, которая имеет с первой общую ось и центр симметрии, причем обе системы соединены последовательно между собой в цепи источника калиброванного тока. В отличие от известного, устройство дополнительно содержит интегрирующую цепь, присоединенную через переключатель к первой системе обмоток. Соотношение витков в обмотках системы для создания магнитного поля с однородным градиентом и системы для создания однородного магнитного поля выбирается так, чтобы в центральной части вдоль оси устройства в его рабочей области, на участке предполагаемого расположения градиентометра поверяемого средства магнитного контроля, выполнялось условие где Н 1 - однородный градиент магнитного поля Н 1 первой системы,2 - однородное магнитное поле второй системы, - длина градиентометра вдоль оси расположения его полузондов (рабочей области устройства),0 - расстояние, при котором результирующее поле рН 1 Н 2 линейной аппроксимации поля обобщенной экспериментальной зависимости остаточной намагниченности объекта контроля на участке длиной , со 2 347 ответствующем расположению проверяемого градиентометра, при удалении от поверхности намагниченного участка этого объекта, обращается в нуль. При поверке необходимо, чтобы градиентометр средства контроля находился не только в магнитном поле с заданной величиной градиента, но и чтобы само поле по величине соответствовало реальному уровню поля остаточной намагниченности и его градиента над объектом контроля. Для этого требуется получить равномерно возрастающее с ненулевого уровня поле одной полярности в соответствии с экспериментальными данными распределения поля остаточной намагниченности. Поскольку одна система для создания поля с однородным градиентом воспроизводит поле, знакопеременное относительно центра рабочей области устройства, необходимо еще использование другой системы для создания однородного поля, причем с изменением величины градиента поля, создаваемого первой системой, должен определенным образом меняться уровень поля, создаваемого второй системой. В процессе поверки с помощью заявляемого устройства может быть проведено определение магнитного поля намагничивающего элемента, состоящего из двух встречно соединенных соленоидов, расположенных вдоль одной оси. Для этого намагничивающий элемент поверяемого средства контроля устанавливают в центр рабочей области устройства и включают режим намагничивания. Величина намагничивающего поля,также являющаяся метрологическим параметром средства контроля, оценивается посредством измерения и обработки сигнала индуцированной ЭДС, возникающей в обмотках катушек градиента магнитного поля. При этом ось встречно соединенных соленоидов ориентирована перпендикулярно оси меры в ее центре, а создаваемые ими вдоль оси меры поля имеют противоположную полярность по отношению к ее центру. Проинтегрированный с помощью интегрирующей цепи сигнал ЭДС позволяет сравнивать намагничивающие поля различных приборов между собой и давать их количественную оценку в условных единицах с последующим пересчетом в единицах магнитного поля. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства в целом. На фиг. 2 схематически показано расположение градиентометра в рабочей области одной из реализаций основного элемента заявляемого устройства (мере градиента магнитного поля), а также распределение вдоль ее оси результирующего магнитного поля Нр, создаваемого обмотками меры, аналога и прототипа, в сравнении с реально воздействующим полем Н контролируемого объекта. Устройство (фиг. 1) содержит первую систему обмоток 1 для создания поля с однородным градиентом и вторую систему 2 для создания однородного поля. Системы обмоток 1 и 2 соединены последовательно,имеют общую ось и центр симметрии, конструктивно оформлены в виде меры градиента магнитного поля 3 и связаны через переключатель с цепью источника стабилизированного тока 5. Кроме того, для оценки величины намагничивающего поля средств магнитного контроля система обмоток для создания поля с однородным градиентом 1 связана через переключатель 4 с интегрирующей цепью 6. Фиг. 2 иллюстрирует пример выполнения первой 1 и второй 2 систем обмоток соответственно в виде колец Максвелла и колец Гельмгольца в плоскости их разреза вдоль общей оси. Эта ось является одновременно осьюобобщенной экспериментальной зависимости 7 напряженности поля остаточной намагниченности Н от расстояния(в относительных единицах) до поверхности локально намагниченного участка контролируемого объекта. При совмещении оси меры и оси , как это показано на фиг. 2, центру меры 8 соответствует значение 1/2, то есть координата середины градиентометра 9 поверяемого средства магнитного контроля. Один из концов градиентометра расположен в точке с координатой 0 и одновременно на границе рабочей области меры. Размер рабочей области вдоль оси определяется длиной поверяемого градиентометра. Кривая 7 показывает, каким должно бы быть поле Н в мере, если бы оно точно соответствовало реальному от объекта контроля полю, в сравнении с тем, что обеспечивает аналог (отрезок 10 пунктирной прямой при НрН 1), прототип (отрезок 11 пунктирной прямой при НрН 1 Н 2, где Н 21) и заявляемая по 2 лезная модель (отрезок 12 прямой при НрН 12, где Н 210). 2 При рассмотрении фиг. 2 видно, что воспроизводимое заявляемым устройством поле 12 на участке рабочей области меры 01, равном длине поверяемого градиентометра, довольно точно моделирует реальное. В то же время это поле - поле с однородным градиентом, что позволяет получать достоверные, воспроизводимые и не зависящие от малых смещений градиентометра 9 в рабочей области меры результаты поверки выходного сигнала Н средств контроля. Условие 210 однозначно определяет в случае выбора конкретной конструкции меры и 2 соотношение витков в обмотках систем 1 и 2. Так для действующего устройства, содержащего показанные на фиг. 2 систему обмоток для создания поля Н 1 с однородным градиентом Н 1 в виде колец Максвелла и 347 систему обмоток для создания однородного поля Н 2 в виде колец Гельмгольца, соотношение количества витков в соответствующих обмотках должно быть следующим где 1 - средний радиус обмоток системы для создания поля с однородным градиентом (колец Максвелла),2 - средний радиус обмоток системы для создания однородного поля (колец Гельмгольца), 1 - количество витков в каждой из обмоток первой системы, 2 - количество витков в каждой из обмоток второй системы. При этом будет выполняться и более общее условие для полей Н 1 и 2 Поверка средств магнитного контроля, согласно полезной модели, заключается в следующем. Включают источник калиброванного тока 5. Через обмотки меры 3 проходит ток , который создает в рабочей области меры магнитное поле с заданным, регулируемым по величине градиентом. В рабочую область меры 3 помещают градиентометр поверяемого средства контроля и проверяют соответствие выходного сигнала прибора установленному значению градиента 1 в мере 3, определяемому известным выражением 1 К 1, где К 1 - постоянная по градиенту первой системы обмоток,- ток через обмотки меры. При поверке величины намагничивающего поля источник стабилизированного тока 5 переключателем 4 отключают от меры, а к обмоткам первой системы 1 подключают интегрирующую цепь 6, выход которой связан с электронным осциллографом. Намагничивающий элемент поверяемого средства контроля устанавливают в рабочую область меры и включают режим намагничивания. При этом индуцированная в обмотках 1 меры 3 ЭДС после ее интегрирования цепью 6 может наблюдаться на экране осциллографа и служить количественной оценкой намагничивающего поля в условных единицах сигнала электрического напряжения с последующим пересчетом в единицах магнитного поля. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.