Багатопараметровий вихорострумовий перетворювач для безконтактного контролю провідних трубчатих виробів (стр. 3 из 5)
, (17)де параметр Nх знаходять при відомих d/a і а за допомогою функції Nх=f(j) для визначеного у експерименті значення фазового кута j.
Як бачимо з (14) і (17), mr розраховують на основі використання тільки кривої K=f(j), а s - тільки, виходячи з функції Nх=f(j), причому обидва параметри mr і s залежать від електричних параметрів перетворювача, що вимірюються, і відомих величин. Формули (14) і (17) характеризують паралельний цикл визначення mr та s.
В цьому ж розділі описана схема установки ТЕМП для контроля електромагнітних параметрів mr і s труб з компенсацією частини ерс ТЕМП, обумовленої магнітним потоком в повітряному зазорі між трубою та вимірювальною обмоткою ТЕМП. Схема дозволяє генератором Г встановлювати струм I і частоту f. Струм вимірюють амперметром А до частот 1500 Гц і за допомогою падіння напруги, що показує вольтметр В, на зразковому опорі R0 (при f>1500 Гц). Ерс Е23 з включених на зустріч вимірювальної обмотки робочого РП і вторинної обмотки компенсаційного КП перетворювачів визначається вольтметром В2. Значення ерс Е0 з виходу вторинної обмотки опорного перетворювача регіструється вольтметром В3. Фазовий кут j між Е23 і Е0 вимірюється фазометром Ф. На цій схемі (див. рис. 4) були одержані результати експериментального визначення mr і s матеріалу трубчастих виробів. Результати, отримані розробленим методом з фіксованою фазою j і контрольними методами (балістичним при визначенні mr і мостовим для вимірювання s) гарно співпадають.
У другому розділі приведені схеми установок, які працюють на основі параметричного електромагнітного перетворювача ПЕМП з циліндричним трубчастим виробом. Розглянуто основні співвідношення, які описують роботу цих установок. Показано достоїнства і недоліки ТЕМП і ПЕМП, які використаються для сумісного контролю mr і s.
У третьому розділі розглянуто електромагнітний метод і реалізуючий його пристрій для одночасного контролю mr і s трубчастих виробів на основі застосування фіксованих значень фазового кута j. Використовуючи формули (1)-(10) можна визначити залежності mr і х від нормованого магнітного потоку Фн у трубі, причому
, (18)де Ф23 – магнітний потік всередині труби, який створює ерс Е23; Ф0 – магнітний потік ТЕМП при відсутності в ньому виробу; Ф0 індукує ерс Е0.
На рис. 5 і 6 показано функції перетворення mr=f(Фн) і х=f(Фн) при фіксації фази j=const=15°. Алгоритм визначення значень mr і s при використанні методу фіксованої фази, j=const такий. Змінюють частоту магнітного поля, зондуючого трубу до тих пір, коли фазовий кут j зрівняється з заданим значенням (наприклад, j=15°). При цьому треба забезпечити умову h®1, котра реалізується шляхом компенсації частини сумарної ерс, пов’язаної з магнітним потоком у повітряному зазорі. Знайшовши в схемі рис. 4 ерс Е23, Е0 при фіксованій частоті, яка відповідає j=const, на основі (18) знаходять Фн, а потім за допомогою графіка рис. 5 при заданому відношенні d/a визначають mr. Другий графік залежності х від Фн (див. рис. 6) дає можливість знайти для того ж d/a величину х. Останній параметр, та відомий радіус труби а, а також знайдені значення mr і f дозволяють визначити s з співвідношення (15).
Був проведений експеримент на зразках труб, виконаних із різних матеріалів. Наприклад, зразок: сталь 3; d/a=0,2; a=1,5×10-3 м, довжина зразка 0,5 м; перетворювач: ТЕМП, аП=25×10-3 м, напруженість магнітного поля Н0=60 А/м; h=1. Вимірювальні значення величин: f=2348,2 Гц, j=15°, Е23=0,203 В, Е20=5,82×10-3 В (де Е20 – ерс ТЕМП при наявності компенсації ефектів зазору у відсутності зразка всередині ТЕМП)
. (19)Розрахункові значення mr=99,9; х0=4,69968; s=0,529×107 См/м.
У цьому ж розділі було розроблено метод безконтактного визначення зовнішнього діаметра і питомої електричної провідності немагнітних труб. Був введений комплексний параметр N, формули визначення модуля і його фази jвн якого мають вигляд при mr=1
, (20) 
, (21)де Евн – внесена виробом у ТЕМП ерс, ReK і ImK – реальна та уявна частини параметра K; jвн – фазовий кут внесеної ерс Евн.
На основі формул (1)-(10) і (20) отримані залежності N і jвн від параметра х при різних фіксованих d/a (див. рис. 7 і 8). Значення ReK і ImK можна знайти, як
, (22) 
, (23)З графіків рис. 7 і 8 видно, що при х³35 функції N=f(х) та jвн=f(х) практично не залежать від відношення d/a. Це дає можливість встановити алгоритм вимірювальних і розрахункових процедур для визначення діаметру D і питомої електричної провідності циліндричних немагнітних труб. При цьому змінюючи частоту f доки фазовий кут jвн зрівняється із значенням 2,33°, яке відповідає х=35. Можна використовувати випадок jвн<2,33°. Далі визначений кут jвн дозволяє на основі залежності jвн від х (див. рис. 8) знайти х, а по ньому – параметр N, застосувавши функцію N=f(х) (рис. 7). Для виміряних значень ерс Евн і Е0, виходячи з формули (20), визначають зовнішній діаметр D труби з виразу
, (24)де DП – діаметр вимірювальної обмотки ТЕМП.
Значення s знаходять із співвідношення
. (25)Для виміру малих фазових кутів jвн в роботі використовується схема установки на основі двох ерс, що вирівнюються, і виміру їх векторної різниці.
Отримано результати вимірювань D і s немагнітних труб різного асортименту. Ці результати добре відповідають даним контрольних вимірів цих же труб.
Аналіз поведінки кривих залежності j від х для немагнітних труб показує, що фазовий кут j параметра K (або Е23) при зміні х досягає максимальних значень jmax при різних фіксованих відношеннях d/a. Звідси можна побудувати залежності jmax від d/a. На рис. 9 і 10 показані залежності jmax і х від d/a. Це дає можливість визначати параметри d/a, d і s. Тобто треба змінювати частоту f поля доки кут j досягне jmax, при цьому вимірюють частоту f. Потім на основі графіка рис. 9 знаходять d/a, а використовуючи криву рис. 10 визначають параметр х. При відомих значеннях а і знайденої в експерименті частоті f знаходять товщину d стінки труби і величину s (з виразу (15)).
Слід відзначити, що графіки рис. 2-10 дають якісну картину поведінки універсальних функцій перетворення. При розрахунках в роботі використовувались масиви точок цих функцій, які дозволяли провести точні розрахунки параметрів труб.
У четвертому розділі розглянуто методику розрахунків очікуваних значень компонентів сигналів ТЕМП, яка полягає у тому, що при заданих параметрах зразка труби, тобто а, d/a, довжини ТЕМП l0, mr, s і параметрів ТЕМП: чисел витків Wн і Wи намагнічувальної, та вимірювальної обмоток, аП, Н0 і х знаходять частоту f (на основі (11)), потім визначають ерс скомпенсованого ТЕМП без виробу, а далі знаходять за допомогою функції K=f(х) і j=f(х) ерс Е23 і визначають фазу j. І нарешті визначають намагнічувальний струм перетворювача. Ця методика має важливе значення при проектуванні установок для багатопараметрового контролю трубчастих виробів.
Особлива увага в роботі приділяється аналізу похибок вимірювання електромагнітних і геометричних параметрів труб, а також взаємозв’язкам цих похибок і чутливості ТЕМП з параметрами виробу. На основі використання методики розрахунків посередніх вимірювань були одержані вирази відносних похибок gm і gs вимірювання параметрів mr і s труби.
Такі вирази при довірчій ймовірності 0,95 мають вигляд
(23) 
(24)де gЕ23, gЕ20, gj, gd, gа, gf – відносні похибки, які відмічені індексами при них; Сm і Сs - коефіцієнти впливу, які визначаються в основному похідними функцій перетворення, тобто ¶K/¶j і ¶х/¶j; gЕн і gjн – похибки, які зв’язані з недостатньою точністю компенсації ефектів повітряного зазору.
На основі формул (23) і (24) були побудовані залежності gm і gs від х для різних відношень d/a при характерних числових відносних значеннях похибок gЕ23»gЕ20»0,5 %; gа»gd»0,1 %; gf»0,1 %; gЕн»gjн»1 %. Аналіз поведінки gm і gs для різних d/а і х показує, що при d/а=1 (суцільний пруток) gm£1 % у діапазоні 1,5£х£3, у цьому діапазоні gs£2 %; для d/а=0,2 gm£1,7 % і gs£1,8 % при 2£х£8; для d/а=0,1 gm£1,7 % і gs£1,8 % в діапазоні 2£х£15; для d/а=0,05 gm£1,7 % і gs£1,8 % при 5£х£30.
Все це вказує на те, що границі малих числових значень похибок gm і gs розширюються у бік великих значень х при зменшені товщин стінок труб. Аналогічно ведуть себе максимальні значення амплітудної і фазової чутливості ТЕМП до параметрів виробу. Амплітудна SKі фазова Sj чутливості описуються похідними ¶K/¶х і ¶j/¶х, відповідно.