Устройство для электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью электрических или магнитных средств.Известно устройство для электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий А.с СССР 254851, 1969, состоящее из последовательно соединенных импульсного генератора, индукционного датчика, двухполупериодного вь 1 прямителя, пикового детектора и индикатора. Устройство снабжено также блоком определения среднего значения сигнала, подключенным к выходу двухполупериодного выпрямителя. Это позволяет использовать вместо устройства преобразования промежутка времени от начала импульса до момента достижения определенного уровня сигнала в импульс стандартной амплитуды более простое устройство измерения среднего значения сигнала, например стрелочный прибор. Недостаток известного устройства в низкой достоверности электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий связанной с тем, что информационный параметр контроля определяется толщиной контролируемого изделия.Известно устройство для электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий А.с. СССР 331303, 1972, содержащее располагаемый над контролируемым участком изделия, подключенный в цепь источника импульсного тока намагничивающий элемент, выполненный в виде соленоида без магнитопровода, ось которого перпендикулярна поверхности контролируемого участка, и феррозонд, расположенный внутри этого соленоида в зоне действия нормальной составляющей остаточной намагниченности контролируемого участка изделия. Изделие намагничивается соленоидом, а нормальная составляющая остаточной намагниченности преобразовывается в электрический сигнал посредством феррозонда. Недостаток известного устройства в низкой достоверности электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий связанной с тем, что информационный параметр контроля подвержен сильному влиянию непостоянства зазора между преобразователем и изделием при контроле.Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий А.с. СССР 1379716, 1988, состоящее из последовательно соединенных генератора, преобразователя, селективного усилителя, первого детектора и регистратора, последовательно соединенных второго детектора, вход которого подключен к выходу преобразователя,блока памяти, сумматора и интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго детектора, а выход связан с управляющим входом генератора, второго блока памяти,информационный вход которого соединен с выходом второго детектора, а выход - со вторым входом сумматора, и блока управления, четыре выхода которого связаны соответственно со вторым входом регистратора, вторыми входами блоков памяти и третьим входом интегратора. Работает известное устройство следующим образом. В режиме предварительной настройки преобразователь устанавливают на образцовое изделие без зазора. При нажатии кнопки пуск интегратор блокируется сигналом блока управления. Генератор питает преобразователь током фиксированной амплитуды, оптимальной для данного типа изделий. На вход управления первого блока памяти из блока управления поступает импульс, который открывает первый блок памяти, и в него записывается выходной сигнал второго детектора, являющийся продетектированным суммарным выходным сигналом преобразователя. После этого блок управления возвращается в исходное состояние и режим предварительной настройки заканчивается. Затем преобразователь устанавливают на контролируемое изделие, блок управления переводят в режим измерения и нажимают кнопку пуск. При этом интегратор блокируется, преобразователь питается током фиксированной амплитуды, такой же как в режиме предварительной настройки. На вход управления второго блока памяти из блока управления поступает импульс, открывающий второй блок памяти, в который при этом записывается выходной сигнал второго детектора,являющийся продетектированным суммарным выходным сигналом преобразователя наконтролируемом изделии. Таким образом, на входы сумматора поступают из блоков памяти продетектированные суммарные сигналы преобразователя от образцового и контролируемого изделий. Выходной сигнал сумматора, имеющего коэффициент передачи 0,5,равный среднему арифметическому значению продетектированных суммарных сигналов преобразователя на образцовом и контролируемом изделиях, поступает на вход интегратора. При этом из блока управления поступает сигнал, разблокирующий интегратор, на второй вход которого поступает сигнал от второго детектора.Если выходные сигналы сумматора и второго детектора отличаются (что обусловлено наличием зазора), то выходной сигнал интегратора начинает нарастать и воздействует на амплитуду колебаний генератора таким образом, чтобы скомпенсировать это отличие. Так как коэффициент передачи интегратора высок, в системе устанавливается такой ток преобразователя, при котором выходные сигналы сумматора и второго детектора практически равны. Затем из блока управления поступает сигнал на регистратор, который регистрирует выходной сигнал первого детектора, являющийся подетектированным выходным сигналом селективного усилителя, настроенного на третью гармонику выходного сигнала преобразователя. По величине этого сигнала судят о физико-механических свойствах (например, твердости) контролируемого изделия. Целью изобретения являлось повышение достоверности контроля за счет выбора оптимальной величины тока возбуждения. Функционирование известного устройства основано на том, что суммарный выходной сигнал преобразователя практически не зависит от физико-механических свойств изделия, а зависит от амплитуды тока возбуждения преобразователя и зазора между преобразователем и изделием. Высшая (например, третья) гармоническая составляющая выходного сигнала преобразователя, кроме зависимости от амплитуды тока возбуждения преобразователя и зазора между преобразователем и изделием, зависит и от физико-механических свойств изделия. Выбор оптимальной для каждого зазора между преобразователем и изделием амплитуды тока возбуждения, основанный на сравнении суммарного выходного сигнала преобразователя на контролируемом изделии с суммарным выходным сигналом преобразователя, полученном на эталонном изделии без зазора, позволяет скомпенсировать влияние на результаты контроля неконтролируемого изменения зазора между преобразователем и контролируемым изделием.Недостаток известного устройства в низкой достоверности контроля, связанной с сильным влиянием на его результаты непостоянства зазора между преобразователем и изделием при контроле. Компенсация этого влияния, основанная на изменении амплитуды тока возбуждения преобразователя, возможна лишь в узких пределах изменения зазора,так как для определенной конструкции преобразователя ток возбуждения может изменяться в достаточно узких пределах. Его уменьшение приводит к недостаточному промагничиванию изделий при контроле и изменению характера зависимости между высшей гармонической составляющей выходного сигнала преобразователя и контролируемыми физико-механическими свойствами, а увеличение сверх определенного предела приводит к недопустимому перегреву преобразователя при контроле и его разрушению.Задачей настоящего изобретения является снижение влияния непостоянства зазора между преобразователем и контролируемым изделием на результаты контроля свойств изделия в более широкой области возможного изменения зазора между преобразователем и контролируемым изделием. Решение поставленной задачи обеспечит повышение достоверности контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий.Задача решена в устройстве, содержащем последовательно соединенные генератор,преобразователь, селективный усилитель, первый детектор и регистратор, второй детектор, подключенный к выходу преобразователя, снабженному также блоком деления,включенным между первым детектором и регистратором, а выход второго детектора соединен со вторым входом блока деления.Повышение достоверности контроля достигается за счет снижения влияния непостоянства зазора между преобразователем и контролируемым изделием на результаты контроля свойств изделия в более Широкой области неконтролируемого изменения зазора.Предложенное изобретение поясняется чертежами.На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства.На фиг. 2 сопоставлены результаты измерения третьей гармоники 8 выходного сигнала преобразователя (Кривые 1, 2), суммарного выходного сигнала Ч преобразователя(кривая 3) и результирующего сигнала грез предложенного устройства (Кривые 1, 2) при контроле твердости двух отливок из серого чугуна при изменении зазора х между поверхностью отливок и преобразователем от О до 1,6 мм.Устройство для электромагнитного контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий состоит (фиг. 1) из последовательно соединенных генератора 1, преобразователя 2, селективного усилителя 3, первого детектора 4, блока 5 деления и регистратора 6, и второго детектора 7, вход которого подключен к выходу преобразователя 2, а выход ко второму входу блока 5 деления.Работает устройство следующим образом. Генератор 1 питает преобразователь 2 током фиксированной амплитуды, оптимальной для преобразователя 2. Преобразователь 2 устанавливают на контролируемое изделие. При этом на его выходе появляется сигнал,несущий информацию о свойствах изделия. Высшая (например, третья) гармоника этого сигнала выделяется селективным усилителем 3, детектируется первым детектором 4 и поступает на первый вход блока 5 деления. Первая гармоника сигнала преобразователя 2,продетектированная вторым детектором 7, поступает на второй вход блока 5 деления. Сигнал с выхода блока 5 деления, пропорциональный отношению третьей и первой гармоник сигнала преобразователя 2, поступает на регистратор 6. По величине этого сигнала судят о физико-механических свойствах (например, твердости) контролируемого изделия.Сущность предложенного изобретения в следующем.Третья гармоника 8 выходного сигнала преобразователя на контролируемом изделии пропорциональна магнитной проницаемости ц материала изделия и, следовательно, его физико-механическим свойствам и структуре. В зависимости от расстояния х, на котороеот максимального значения 8 т(при х О) до нуля (при х ). Характер этой зависимости определяется параметрами изделия и преобразователя. В общем случае для каждого изде ЛИЯ И преобразователя зависимость 8(Х) МОЖСТ бЫТЬ аппроксимирована ЗНЗЛИТИЧССКИМ ВЫРЗЖСНИСМ8(х) 8 тХР(х), (1) где ат - третья гармоника выходного сигнала преобразователя на поверхности контролируемого изделия (при х О),Р(х) - функциональная зависимость от расстояния х, на которое сближаются преобразователь и изделие при контроле.Суммарный выходной сигнал ч преобразователя на контролируемом участке изделияпропорционален и при значениях ц 1 практически не зависит от ц, и, следовац 1тельно, физико-механических свойств и структуры изделий. В зависимости от расстояния х, на которое сближаются преобразователь и изделие при контроле, параметр ч монотонно изменяется от максимального значения шт (при х О) до нуля (при х). Характер этой зависимости определяется практически параметрами изделия и преобразователя. ВОбЩСМ СЛУЧЗВ ДЛЯ каждого ИЗДСЛИЯ И ПРСОбРЗЗОВЗТСЛЯ зависимостьМОЖСТ бЫТЬ аппроксимирована ЗНЗЛИТИЧССКИМ выражениемгде шт - суммарный выходной сигнал преобразователя на поверхности контролируемого Изделия (при х О).Суммарный выходной сигнал шт преобразователя на поверхности контролируемого изделия (при х О) практически не зависит от физико-механических свойств и структуры изделий и остается практически постоянным на изделиях с различными свойствами.При однородном распределении свойств изделия по глубине функциональная зависимость Р(х) в выражениях (1) и (2) одна и та же. Тогда из (1) и (2) следуетПри этом величины шт на различных контролируемых изделиях практически совпадают.Таким образом, результирующий сигнал грез предложенного устройства, равный отношению третьей гармоники г(х) выходного сигнала преобразователя 2 на контролируемом изделии к ц/(х) продетектированному суммарному выходному сигналу преобразователя 2 на контролируемом изделии, не зависит от неконтролируемого изменения зазора х между преобразователем 2 и поверхностью контролируемого изделия, а пропорционален третьей гармонике гт выходного сигнала преобразователя на поверхности контролируемого изделия. При этом, в отличие от известного устройства (прототипа), ток возбуждения преобразователя 2 генератором 1 остается постоянным и оптимальным для данного преобразователя 2.На фиг. 2 в качестве примера практического применения устройства сопоставлены результаты измерения третьей гармоники г выходного сигнала преобразователя (кривые 1,2), суммарного выходного сигнала ч преобразователя (кривая 3, результаты для двух отливок практически совпадают) и результирующего сигнала 81333 предложенного устройства(кривые 1, 2) при контроле твердости двух отливок изделий типа пробка из серого чугуна при изменении зазора х между поверхностью отливок и преобразователем от О до 1,6 мм. Преобразователь представлял собой коаксиальные возбуждающую и две индукционные измерительные катушки, расположенные симметрично возбуждающей катушке с противоположных ее сторон и включенные встречно друг другу, выполненные в виде залитого эпоксидным компаундом датчика накладного типа. Перемагничивание исследованных образцов производилось синусоидальным полем частотой 2,5 кгц. Индикация третьей гармонической составляющей выходного сигнала преобразователя и суммарного выходного сигнала преобразователя осуществлялась на четырехразрядном десятичном цифровом табло в мв.Представленные результаты показывают, что при изменении зазора между преобразователем и поверхностью образцов от О до 1,6 мм суммарные выходные сигналы преобразователя и третьи гармоники выходного сигнала преобразователя для каждого из исследованных образцов уменьшаются примерно в 3 раза (кривые 1, 2 и 3 на фиг. 2). В то же время результирующий сигнал грез предложенного устройства практически не изменяется(кривые 1 и 2 на фиг. 2). Для получения эффекта по отстройке от влияния зазора между преобразователем и изделием, достигаемого предложенным устройством, в известном устройстве (прототип настоящего изобретения) необходимо было бы в 3 раза увеличить ток от генератора 1 через преобразователь 2. Это привело бы к 9 кратному увеличению рассеиваемой преобразователем 2 мощности по сравнению с оптимальным режимом его работы, что недопустимо.Таким образом, задача изобретения - повышение достоверности контроля физикомеханических свойств изделий, достигается за счет устранения влияния на результаты контроля неконтролируемого непостоянства зазора между преобразователем и изделием в более широкой области возможного изменения зазора между преобразователем и изделием.