Однообмоточные частотные (параметрические) преобразователи

На рис. 2.40 изображен накладной частотный (параметрический) преобразователь с защитным элементом из оксида алюминия.

Рис. 2.40. Накладной вихретоковый частотный (параметрический) преобразователь к прибору PosiTector 6000 фирмы DeFelsko с защитным элементом из оксида алюминия:

1 – внешний корпус для сборки, 2 – внутренний корпус для заливки элементов преобразователя, 3 – опорный кристалл из оксида алюминия, 4 – обмотка

Данный преобразователь является простейшим частотным (параметрическим) однообмоточным преобразователем. Обмотка намотана на диэлектрический каркас и помещена внутрь подпружиненного внешнего корпуса. Для защиты от истирания контактной поверхности на опорной поверхности преобразователя установлена вставка из оксида аллюминия. Камень имеет форму отполированной полусферы. Накладные параметрические преобразователи имеют чувствительность к наклону преобразователя относительно поверхности объекта контроля. Для уменьшения влияния наклона используется ряд приемов. Опорный элемент выполняется со сферической поверхностью, а его радиус и расстояние от витков катушки до кончика опорного элемента подбираются такими, чтобы при наклоне сохранялась симметрия относительно нормали к поверхности (увеличение расстояния до обмотки с одной стороны компенсировалось приближением участка обмотки с противоположной стороны). Данный прием эффективен только при контроле объектов с плоской или сферической поверхностью. Вторым приемом является использование удерживающих приспособлений, например внешний подпружиненный корпус, обеспечивающий перпендикулярность при установке преобразователя.

Преобразователи такого типа используются в основном для измерения толщины диэлектрических лакокрасочных, анодно-окисных и т.п. покрытий на неферромагнитном электропроводящих основаниях.

Использование драгоценных камней для защиты от истирания имеет недостатки, главный из которых – возможность его скалывания. Часто в качестве защиты используются стальные или твердосплавные стержни (рис. 2.41).

Рис.2.41. Накладной параметрический преобразователь ПД2 к приборам серии Константа со стальным защитным стержнем

Стальной стержень выполняется из особо твердой стали, например ШХ. Для уменьшения истирания на поверхность стержня нанесено хромовое покрытие. Обмотка приближена к поверхности объекта контроля настолько, насколько позволяет конструкция каркаса катушки.

Для измерения толщины диэлектрических и электропроводящих неферромагнитных покрытий на малоразмерных деталях из электропроводящих неферромагнитных материалов необходимо иметь преобразователи с малым диаметром зоны измерения и высокой чувствительностью, что может обеспечиваться применением ферритовых сердечников, что влечет за собой ряд значительных изменений конструкции (рис. 2.42).

Рис. 2.42. Накладной параметрический преобразователь ПД0 для измерения толщины диэлектрических и гальванических покрытий на малоразмерных деталях и его чувствительный элемент:

1 – ферритовый сердечник, 2 – экран из ферритового кольца, 3 – обмотка, 4 – корпус для сборки и заливки

Основным отличием представленного преобразователя от описанных выше является наличие ферритового стержневого сердечника и ферритового экранирующего кольца. Соприкосновение ферритового магнитопровода непосредственно с поверхностью контролируемого объекта значительно повышает его чувствительность в области малых толщин. Экранирующее кольцо выполняет две функции. С одной стороны, оно локализует магнитное поле, за счет чего уменьшается диаметр зоны измерения. С другой стороны, уменьшение диаметра зоны измерений уменьшает значение обобщенного параметра b при неизменной частоте возбуждения. Это позволяет увеличить чувствительность преобразователя к изменению интегральной электропроводности, а следовательно к толщине гальванических покрытий, при том, что высокая частота возбуждения обусловливает малую глубину проникновения вихревых токов в металл. Следовательно, большая часть вихревых токов распространяется в покрытии. Совокупность перечисленных факторов позволяет с использованием преобразователей такого типа измерять толщину тонких (единицы микрон) электропроводящих неферромагнитных гальванических покрытий на электропроводящих неферромагнитных основаниях.

Для уменьшения влияния наклона преобразователя относительно поверхности контролируемого объекта, торец ферритового стержня выполняется квазисферическим. Расстояние от поверхности объекта контроля до экранирующего кольца подбирается экспериментально, а конструкция деталей корпуса обеспечивает точное взаимное расположение ферритового кольца и стержня друг относительно друга и симметрию всей конструкции относительно оси преобразователя. Перемещающиеся детали внутреннего и внешнего корпуса, для уменьшения люфтов, выполняются с высокой точностью.

Недостатком данной конструкции преобразователя является то, что он требует аккуратности при эксплуатации.

Помимо описанных выше, существуют другие варианты конструкции преобразователей (рис. 2.43).

Рис. 2.43. Накладной параметрический преобразователь с ферромагнитным стержневым сердечником и защитой в виде рубинового кольца

На рис. 2.43 изображен специализированный накладной параметрический преобразователь для измерения толщины оксидных покрытий на основании из жаропрочных сплавов. Подобные преобразователи применялись для измерения толщины покрытия деталей газотурбинных двигателей. Особенностью данного преобразователя является то, что в качестве защиты от истирания используется не полусферическая, а кольцевая рубиновая вставка. Отверстие в кольце позволяет приблизить ферритовый сердечник преобразователя к поверхности объекта контроля, при этим обеспечивается его надежная защита от истирания.

В промышленности существует большое число задач измерения покрытий большой толщины (от нескольких мм до ста – ста пятидесяти мм). К таким задачам в основном относятся измерение теплозащитных и теплоизоляционных покрытий, а также измерение толщины стенки стеклопластиковых конструкций в процессе их формования на металлической оснастке. Для измерения их толщины разработаны специализированные преобразователи (рис. 2.44).

Рис. 2.44. Накладной параметрический преобразователь ПД6 для контроля толщины толстослойных покрытий на электропроводящем основании: 1 – обмотка, 2 – каркас обмотки, 3 - корпус

На рис. 2.44 изображен накладной параметрический преобразователь для контроля толщины толстослойных покрытий на электропроводящих основаниях. Его назначение определяет конструкцию. Диаметр катушки определяет диапазон измеряемых толщин. Поскольку площадь контактной поверхности большая, преобразователь не нуждается в какой либо особой защите от истирания. Однако, для исключения его царапания контактная поверхность выполняется из конструкционных пластиков с высокой твердостью.

Диаметр чувствительного элемента (обмотки, намотанной на диэлектрический каркас) определяет диаметр зоны измерения и диапазон контролируемых толщин. В общем случае для преобразователей данной конструкции диаметр зоны измерения равен примерно 1,5 ... 5 диаметра обмотки, а диапазон измерения 0, 7 ... 1,0 диаметра обмотки.

Для уменьшения влияния вносимой емкости руки оператора преобразователь может иметь неферромагнитный электропроводящий разрезной экран, практически не снижающий его чувствительности.

Большая площадь контактной поверхности и малый вес преобразователя позволяют проводить измерения толщины мягких покрытий не вызывая их изгиба.

Для уменьшения размеров преобразователей представляет интерес использование ферритовых сердечников на основе трубок или сборки колец (рис. 2.45).

Рис.2.45. Накладной параметрический преобразователь ПД4-Ф для контроля толщины толстослойных покрытий на электропроводящих основаниях: 1 – ферритовая трубка, 2 – обмотка, 3 – корпус, 4 – каркас для сборки

Как видно из рис. 2.26, а ,в, плотность магнитного потока у преобразователей с ферромагнитным сердечником в области непосредственно под преобразователем (внутри радиуса, описанного обмоткой) выше, чем у преобразователей без ферромагнитного сердечника. При этом наблюдается меньшее искажение магнитного поля при отнесении преобразователя от электропроводящего основания. Благодаря этому удается снизить влияние кривизны поверхности основания на результаты измерения толщины покрытия. Диаметр преобразователей с трубчатыми ферритовыми сердечниками в два раза меньше чем у преобразователей без сердечников при одинаковом диапазоне измеряемых толщин. Диапазон измеряемых толщин равен примерно 1,5 диаметра сердечника.