Разработка устройства для локального намагничивания и сканирования магнитного поля рассеяния (стр. 3 )

Так как предыстория реальных образцов неконтролируема, то неизвестна и их магнитная предыстория. Образы могли намагнититься уже под действием упругих напряжений, возникающих при укладке и перевозке их в условиях заводского магнитного поля Земли. Магнитная предыстория образца может сказаться на результатах измерения.

1.11.1 МИЛЛИТЕСЛАМЕТР ТП2-2У

Миллитесламетр портативный универсальный ТП2-2У предназначен для измерения магнитной индукции постоянных и переменных (средневыпрямленное и амплитудное значения) магнитных полей, а также однократных импульсов магнитного поля в диапазоне 0,1...1999 мТл. Миллитесламетр ТП2-2У удобен при исследованиях магнитных систем различного назначения, в магнитопорошковой дефектоскопии, для измерений остаточной намагниченности, в т. ч. в цеховых условиях, для испытаний магнитотерапевтических аппаратов всех видов, а также при контроле магнитных полей различных объектов в широком диапазоне частот. Миллитесламетр ТП2-2У выпускается в нескольких исполнениях.

1.11.2. ПРИБОР МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ Ф-205.38

Микропроцессорный прибор. Предназначен для измерения напряженности и градиента напряженности постоянных, переменных и импульсных магнитных полей и выявления дефектов. При выявлении дефектов работает с фиксированным порогом. Порог выставляется вручную или автоматически по сигналу дефекта.

Комплектуется тремя феррозондовыми преобразователями (ФП). Один ФП-градиентомер и два ФП-полемера для измерений напряженности поля до 2 000 илиА/м.

Имеет звуковую и световую сигнализацию дефектов. На дисплее отображается: измеряемое значение и знак поля и градиента, пороговое значение градиента, текущее время, напряжение аккумуляторной батареи. Позволяет вводить с клавиатуры дату, время, номер и параметр детали, личный номер дефектоскописта. При работе прибора в качестве дефектоскопа на дисплее отображается отношение измеренного сигнала к установленному порогу, выраженное в процентах. Позволяет записывать в память с привязкой к координатам последовательность значений статического поля или градиента, полученных при построчном сканировании поверхности намагниченной детали. Эта последовательность передается в компьютер и преобразуется на его экране в трехмерное изображение поля или градиента. Это дает возможность выявление дефектов свести к процедуре распознавания образов и за счет этого повысить достоверность контроля. Прибор позволяет измерять и осцилографировать с помощью компьютера напряженность и градиент напряженности переменных и импульсных магнитных полей. Может хранить в памяти информацию о 4 000 измерениях.

1.11.3. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ

Так как в ферромагнитном теле при температуре ниже точки Кюри существует доменная структура, т. е. микроскопические области со спонтанной намагниченностью до насыщения и весьма большим собственным магнитным полем, то процедура размагничивания должна, насколько это возможно, разупорядочивать доменную структуру (а не разрушать отдельные домены), чтобы магнитный момент тела или создаваемое им внешнее магнитное поле стремились к нулю. Этого можно достичь двумя способами: проходя по частным петлям гистерезиса в нулевую точку (рис. 2) или нагревая тело выше температуры Кюри (железо 770 0C, никель 358 0C, кобальт 1120 0C).

Для прохождения по частным петлям гистерезиса необходимо воздействовать на образец переменным магнитным полем с затухающей по определенному закону амплитудой.

Можно также сочетать воздействие нагрева и затухающего переменного магнитного поля, причем нагрев может быть произведен за счет предварительного воздействия на токопроводящий образец переменным магнитным полем в течение некоторого времени.

Глубина проникновения переменного магнитного поля частотой в десятки герц в сплошную сталь составляет ~10 миллиметров (на уровне, достаточном для перемагничивания стали), поэтому для размагничивания массивных стальных деталей могут потребоваться устройства, создающие переменные магнитные поля частотой в единицы герц.

а.) б.)

Рис. 5. а.) Методика размагничивания ферромагнетика. б.)Переменное магнитное поле с затухающей амплитудой.

1.11.4. КОЭРЦИТИМЕТР

Прибор для измерения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов. Наиболее распространены коэрцитиметры для измерения коэрцитивной силы по намагниченности или . Это объясняется простотой методики измерений и, кроме того, для материалов сзначения коэрцитивной силы, определяемые по индукции и намагниченности, мало отличаются друг от друга. При измерении испытываемый образец сначала намагничивают практически до насыщения в электромагните или в намагничивающей катушке коэрцитиметра. Затем через эту катушку с помещённым в неё образцом пропускают постоянный ток, магнитное поле которого размагничивает образец. Ток увеличивают до тех пор, пока намагниченность образца не уменьшится до нуля, что регистрируется различного рода индикаторами (нулевыми приборами). По току в катушке коэрцитиметра, соответствующему состоянию образца с, определяют напряжённость размагничивающего поля, т. е. . Для этого предварительно устанавливается зависимость напряжённости Н магнитного поля, создаваемого катушкой, от силы протекающего по её обмотке тока. Часто амперметр в цепи намагничивающей катушки имеет шкалу, проградуированную непосредственно в единицах напряжённости поля. Коэрцитиметры отличаются друг от друга в основном способом определения равенства нулю намагниченности образца.

Феррозондовый коэрцитиметр (блок-схема): 1 и 2 - чувствительные элементы феррозонда, соединённые по разностной схеме; 3 – феррозондовый нулевой прибор; 4 - образец; 5 – силовые линии магнитного поля образца; 6 – намагничивающая катушка.

схема коэрцитиметра с выполняющим ту же роль феррозондом. Феррозонды очень чувствительны, поэтому онимогут быть расположены вне намагничивающей катушки, что обеспечивает меньшую зависимость показаний прибора от формы образца.

Кроме указанных типов коэрцитиметров, распространены коэрцитиметры с датчиками Холла; Коэрцитиметры с измерительной катушкой, подключённой к баллистическому гальванометру и сдёргиваемой с образца при определении в нём остаточной намагниченности; вибрационныекоэрцитиметры, у которыхнульиндикатором служит колеблющаяся измерительная катушка, и т. д.

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Согласно анализу технического задания устройство предназначено для одновременного намагничивания постоянными магнитами противоположного направления для лучшего намагничивания изделия и размагничивания в обратном переменном поле сконструированном в виде колеса. Съем данных будет проводиться магнитографом Ф-205.38, после чего будет производиться анализ полученных данных.

Для получения более точной магнитограммы корпус датчика должен быть изготовлен из немагнитных материалов. Также материал корпуса должен быть достаточно прочным для защиты внутренних элементов при ударах.

В поисках информативных параметров магнитных методов и неразрушающем контроле используются частные петли магнитного гистерезиса так и участки, ниспадающие участки, не доходящие до максимума, варьируемые обратным полем приводящим к уменьшению остаточной намагниченности при этом получают значение релаксационной коэрцитивной силы.

В ходе исследования было разработано устройство позволяющее сканировать длинномерные металлоконструкции для осуществления неразрушающего контроля.

На рисунке предоставлен вид с боку (схематический разрез) устройства.

Описание конструкции релаксационного магнитометра

Корпус состоит из немагнитной пластины 70х450х7,5 мм, для укрепления конструкции закреплёнными по бокам алюминиевыми пластинами.

Для увеличения полосы намагничивания было принято решение уменьшить количество магнитов с трёх до одного, но увеличить расстояние между намагничивающими элементами.

Рис.6. Эскиз магнитного релаксометра в разрезе:

1 – съемные кассеты с постоянным магнитом; 2 – защитные экраны из магнитомягкого материала; 3 – приборный блок (блок управления, блок питания, запоминающее устройство, магнитометр); 4 – тангенциальные датчики магнитного поля; 5 – колесо с отверстиями для магнитов; 6 – тележка.

Колесо изготовлено из пластика, по диаметру наклеена резиновая полоска для лучшего сцепления с изделием. Диаметр колеса составляет 92 мм, ширина 20 мм.

Конструкция данного устройства позволит осуществлять передвижение по вертикальным и горизонтальным поверхностям металлоконструкций. Управление осуществляется при помощи дистанционного пульта, что не требует присутствия оператора непосредственно в точке измерения. Использование приспособления позволяет сканировать большие объемы поверхности металлоконструкций в короткие сроки.

В перспективе разработка роботизированного многофункционального устройства для сканирования металлоконструкций.

Проводились замеры тангенциальной составляющей поля колеса после установки различных магнитов, имеющих отличительные магнитные свойства, размеры и место посадки в колесе.

Магнит отстоит от края на 7 мм

Использовалась следующая процедура измерений. Магнит закреплялся в отверстии колеса. Теслометром ТП2-2У МЦРМИ проводились измерения при повороте колеса на каждые 12 градусов (10 мм) по длине окружности. В каждой позиции делалось по 3 измерения, затем вычислялось среднее значение .

Рис.7. Колесо с отверстиями для магнитов, где- диаметр колеса 90 мм, - диаметр магнита, - угол поворота колеса

В результате измерений выявлено распределение напряжённости магнитного поля рассеяния по развёртке колеса.

Таблица 1

Распределение магнитного поля рассеяния

по развёртке колеса большого магнита

Большой магнит
мТ	3,59	4,09	5,26	8,61	16,66	33,60	50,60	31,10	15,90	7,73	5,08	3,88	3,68
мТ	3,68	3,91	5,30	8,74	17,12	32,60	50,00	31,00	13,80	7,96	5,08	3,94	3,66
мТ	3,64	4,01	5,15	8,71	16,15	33,50	48,90	31,40	14,70	7,80	5,08	3,95	3,65
ср. з. мТ	3,64	4,00	5,24	8,69	16,64	33,23	49,83	31,17	14,80	7,83	5,08	3,92	3,66
, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360

Рис.8. Распределение тангенциальной составляющей напряжённости магнитного поля по развёртке колеса с использованием большого магнита

Таблица 2

Распределение магнитного поля рассеяния

по развёртке колеса маленького магнита, расположенного ближе к центру

Маленький магнит расположенный ближе к центру
мТ	1,03	1,15	1,57	2,77	7,15	27,00	77,70	27,60	7,15	2,62	1,51	1,11	1,03
мТ	1,02	1,12	1,54	2,84	7,19	25,90	77,70	27,30	7,13	2,70	1,53	1,06	1,02
мТ	1,04	1,15	1,62	2,82	7,23	26,00	78,00	26,90	7,37	2,68	1,53	1,09	1,04
ср. з. мТ	1,03	1,14	1,58	2,81	7,19	26,30	77,80	27,27	7,22	2,67	1,52	1,09	1,03
, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360