УДК 620.179.16
ПОРТАТИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭМА-ТОЛЩИНОМЕР
Г.Я. Безлюдъко, Е.В. Долбня, В.Ф. Мужицкий, В.Б. Ремезов
Разработан портативный бесконтактный ЭМА-толщиномер для неразрушающего контроля ширины широкого сортамента электропроводящих изделий, в особенности для контроля изделий из ферромагнитных и алюминиевых сплавов. Приведены результаты исследования прибора.
Акустические методы являются одним из основных средств неразрушающего контроля. Известны различные методы возбуждения и приема акустических колебаний [1]. Особое место среди них занимает бесконтактный электромагнитно-акустический (ЭМА) способ контроля. Кроме своего основного преимущества — бесконтактности — он обладает целым рядом других несомненных достоинств [5]. В настоящее время известны разработки ряда приборов, позволяющих осуществлять контроль в стационарных заводских условиях, в том числе в автоматических линиях непрерывного контроля. Так, известны приборы, позволяющие осуществлять непрерывный контроль толщины стенки труб в потоке при скорости движения труб до трех метров в секунду [1]. Из разработок последних лет известна разработка фирмы "Нординкрафт" [2]. Прибор позволяет осуществлять непрерывный контроль листового материала из ферромагнитных сталей в потоке. Для контроля железнодорожных рельсов разработана установка компанией "Вигор" [3]. В то же время ощущается недостаток приборов, позволяющих осуществлять ручной оперативный контроль. Известна разработка портативного ЭМА-толщиномера [4], предназначенного для контроля изделий авиакосмической техники. Прибор может осуществлять контроль изделий с относительно гладкой, хорошо обработанной поверхностью, предназначен в основном для изделий из алюминиевых сплавов. В то же время на практике довольно часто требуется осуществлять контроль толщины и дефектоскопию стальных изделий с корродированной и загрязненной поверхностью, причем работать зачастую приходится в полевых условиях, когда доступ к объектам контроля затруднен и отсутствует сеть питания. Для этих целей требуется портативный прибор с автономным питанием, пригодный для работы на необработанных и корродированных поверхностях.
В результате совместной работы предприятия НПФ СНР (Харьков) и ЗАО НИИИН МНПО "Спектр" был разработан малогабаритный бесконтактный электромагнитно-акустический прибор "КРМ-Ц-Дельта" [7], позволяющий осуществлять контроль толщины различных электропроводящих изделий бесконтактным методом. Прибор может быть использован как в полевых, так и в лабораторных условиях на изделиях с различными неэлектропроводящими покрытиями (краска, коррозионное поражение поверхности). "КРМ-Ц-Дельта" может измерять толщину широкого сортамента электропроводящих изделий, но наиболее высокие результаты получаются при контроле изделий из ферромагнитных и алюминиевых сплавов.
Толщиномер применяется для измерения толщины листов, стенок различных емкостей, труб, трубопроводов, а также толщины транспортных конструкций и изделий, в том числе с корродированными поверхностями.
Контроль изделий может осуществляться в лабораторных, цеховых условиях машиностроительных и металлургических предприятий и предприятий МПК, а также непосредственно в условиях эксплуатации деталей и узлов различных механизмов.
По условиям эксплуатации дефектоскоп относится к виду климатического исполнения УХЛ 1.1* по ГОСТ 15150—69 и должен устойчиво работать при следующих условиях:
Температура окружающего воздуха, °С..................................... от минус 10 до +40
Относительная влажность при температуре +35 °С, %........... 80
Атмосферное давление, кПа........................................................ от 84,0 до 106,7
Прибор работает от автономного источника питания. Отличительной особенностью прибора является режим накопления полезного сигнала, позволяющий значительно повысить отношение сигнал/шум. В приборе имеется возможность сохранять информацию о двухстах измерениях. Записанная информация может быть просмотрена на собственном индикаторе прибора, либо выведена на ПЭВМ через интерфейс 1^-232.
Принцип работы толщиномера основан на импульсном эхометоде измерения, который реализует свойства у. з. колебаний отражаться от границы раздела сред с разными акустическими сопротивлениями. Излучение у. з. колебаний производится за счет взаимодействия вихревых токов, наводимых на поверхности контролируемого изделия ЭМА-преобразова-телем при подаче в него импульса тока у. з. частоты, с полем магнита этого преобразователя.
Импульс у. з. колебаний распространяется по нормали от поверхности изделия, достигает противоположной его поверхности, отражается от нее в обратном направлении и возвращается частично к ЭМА-преоб-разователю. Под действием этого импульса и магнитного поля ЭМА-преобразователя на поверхности изделия снова возникают, но уже вторичные вихревые токи, электромагнитное поле которых наводит в катушке ЭМА-преобразователя серию импульсов, повторяющихся с интервалом
_ 2й
V '
где Г — время распространения ультразвуковых колебаний от одной поверхности к другой и обратно; с1 — толщина материала контролируемого изделия; V — скорость распространения ультразвука в материале изделия.
Серия отраженных импульсов усиливается, обрабатывается микропроцессорной цифровой схемой, отображается на индикаторе для визуального контроля. Значение толщины изделия рассчитывается с помощью микропроцессора по формуле
2
и также выводится на индикатор.
Конструктивно прибор состоит из электронного блока, ЭМА-преоб-разователя и соединительного кабеля. Фотография прибора приведена на рис. 1. На передней панели прибора расположены органы управления и индикации. Прибор имеет 3 основных рабочих режима: режим "Экран", режим "Курсор" и режим "Окно". Кроме того, существует подготовительный режим "Калибровка", которым следует пользоваться при настройке прибора на конкретный материал контролируемого изделия.
Толщиномер может работать как в автоматическом, так и в ручном режимах. При работе на гладких поверхностях и небольших величинах рабочего зазора целесообразно производить измерения в режиме "Экран". При этом не требуется дополнительной настройки, замер осуществляется нажатием одной кнопки "Пуск". Режимом "Курсор" удобно поль-
зоваться, когда требуется определить толщину по выбранному импульсу. В этом случае можно отстраиваться от мешающих факторов.
При массовом контроле однотипных изделий целесообразно пользоваться режимом "Окно". При этом будут приниматься сигналы только ожидаемой толщины, что ослабляет воздействие помех. Кроме того, в режиме "Окно" есть возможность вручную устанавливать требуемую величину порога срабатывания, измерения проводятся в ручном режиме и продолжаются до тех пор, пока нажата кнопка "Пуск".
3
Рис. 1. Внешний вид толщиномера электромагнитно-акустического КРМ-Ц-Дельта:
/ — объект контроля; 2 — электронный блок; 3 — ЭМА-преобразователь; 4 — соединительный кабель.
Структурная схема прибора приведена на рис. 2. Основными узлами прибора являются: микропроцессорный узел управления, генератор зондирующих импульсов, ЭМА-преобразователь, усилитель отраженных импульсов, АЦП, жидкокристаллический индикатор.
Рис. 2. Структурная схема электромагнитно-акустического толщиномера КРМ-Ц-Дельта:
1 — ЭМА-преобразователь; 2 — генератор зондирующих импульсов; 3 — измерительный усилитель с автоматической регулировкой усиления; 4 — блок аналого-цифрового преобразования (АЦП); 5 — микропроцессорный блок; 6 — блок памяти (БП); 7 — блок индикации; 8 — клавиатура.
Толщиномер работает следующим образом. Источником излучаемых и распространяемых в измеряемых изделиях у. з. колебаний является ЭМА-преобразователь 1 совмещенного типа. Генератор 2 зондирую-
щих импульсов, управляемый микропроцессорным блоком 5, вырабатывает высоковольтный импульс, который подается на катушку ЭМА-пре-образователя 1. Отраженный от противоположной поверхности контролируемого изделия импульс, принятый катушкой преобразователя 1. подается на вход измерительного усилителя 3. Оцифрованный сигнал с выхода блока 4 АЦП записывается в специальную область блока 6 памяти БП. Микропроцессорный блок 5 осуществляет обработку данных в памяти в соответствии с различными режимами работы толщиномера, передачу информации в блок 7 индикации, передачу в блок 6 памяти и в персональный компьютер через стандартный интерфейс КБ 232. Выбор различных режимов работы толщиномера производится оператором с помощью клавиатуры 8.
Основные технические характеристики прибора следующие.
Диапазон измеряемых толщин изделий из любых токопроводящих материалов (например, по ферромагнитной стали или алюминиевым сплавам) 2,5—120.0 мм.
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности 5осн при условии измерения по двум отраженным импульсам соответствуют значениям, приведенным в таблице.
Диапазоны измерений, мм ±6 , мм
2,5—20 0.06
20—120 (0,0017 + 0,06)
Примечание. Т — показания толщиномера, мм.
Указанные значения погрешности обеспечиваются при выполнении следующих условий:
настройка толщиномера осуществляется по стандартному образцу той же марки, что и объект измерения;
расстояние от центра преобразователя до края изделия не менее 15 мм;
радиус кривизны выпуклой поверхности изделия не менее 20 мм; шероховатость измеряемых поверхностей, не более Яа 0,63; температура окружающей среды 20±5 °С;
величина зазора или неэлектропроводящего покрытия не более 0,5; минимальный радиус кривизны поверхности контроля должен быть не менее 20 мм;
индикация результатов измерений — цифровая в единицах измеряемой величины (мм) и графическая (эхограмма);
индикатор толщиномера — жидкокристаллический графический дисплей с подсветкой во время измерений;
дискретность цифрового отсчета толщиномера 0,01 мм; электропитание толщиномера — автономное, аккумуляторное с индикацией разряда батарей (тип аккумуляторов — РС20201, 12У, 2А11);
время непрерывной работы толщиномера от свежезаряженного аккумулятора не менее 8 ч;
время одного измерения не более 10 с;
объем внутренней памяти о проведенных измерениях — 100; стандартный выход для передачи информации в к
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.