автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированная система неразрушающего контроля с преобразователем на магнитоуправляемых контактах

обнинский институт атомной энергетики

На правах рукописи УДК 620.179.14

Ч Е Г О Д А Е В

Владимир Васильевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТАХ

Специальность: 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Обнинск 1995

■л

Работа выполнена в Обнинском институте атомной энергетики.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, член-корр. АЭН А.А.АБАКУМОВ.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, лауреат государственной премии Л.П.ВОЛКОВ;

кандидат технических наук,старший научный сотрудник М.Я.ХМЕЛЕВСКИЙ.

Ведущая организация: Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии, г.Москва.

Защита состоится 20 октября 1995 г. в 14.00 часов на заседании специализированного Совета К 064.27.01 в Обнинском институте атомной энергетики по адресу: 249020, Калужская область, г.Обнинск, ИАТЭ.

Отзывы на автореферат ( в двух экземплярах, заверенных печатью ) просим высылать по адресу: 249020, Калужская область, г.Обнинск, ИАТЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАТЭ.

Автореферат разослан « » сентября 1995 г.

Учений секретарь специализированногг

совета, доктор технических наук А.И.ПЕРЕГУДА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие науки и техники, современное промышленное производство предъявляют повышенные требования к качеству выпускаемой продукции, от которого зависит и надежность выпускаемой продукции в процессе эксплуатации. Высокая надежность технологического оборудования особенно важна в так называемых "вредных" по отношении к человеку и природе производствах, к которым относятся, в частности , атомные электростанции и различные химические производства. В процессе эксплуатации технологического оборудования качество его ухудшается и соответственно понижается его надежность. Контроль качества технологического оборудования должен проводиться как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации. Для этого должны применяться такие методы, которые при контроле не изменяют параметры или эксплуатационные характеристики изделий;

Актуальность. Настоящая работа посвящена решению одной из важнейших задач, связанных с автоматизацией систем контроля и управления производством. Обнаружение дефектов сплошности материала и диагностика оборудования в процессе эксплуатации является одним из основных направлений концепции безопасности современного производства.

Надежность работы многих предприятий, особенно атомных электростанций (АЭС), во многом зависит от различного типа нарушений сплошности материала, из которого изготовлено технологическое оборудование. Особенно это касается тех блоков и узлов, которые находятся под давлением, при высокой температуре и радиационном воздействии• Своевременное выявление и устранение нарушений сплошности (дефектов) материала позволяет избежать аварийных ситуаций.

Оборудование, которое изготавливается из ферромагнитных материалов (например, крупногабаритные резервуары, трубопроводы больших диаметров и т.д. ) хорошо контролируется магнитными методами неразрушающего контроля.

Источником первичной информации в магнитных методах неразру-шающего контроля служит преобразователь магнитного поля. Поэтому основной задачей при разработке автоматизированных средств нераз-рушающего контроля является создание соответствующих преобразователей магнитных полей. В этой связи одноэлементные преобразователи

магнитного поля оказываются неэффективными из-за низкой производительности, а разработанные до настоящего времени многоэлементные преобразователи имеют следующие недостатки: ... . — взаимное влияние каждого элемента друг на друга;

- неидентичность характеристик, а следовательно, и дисперсия параметров, каждого элемента;

низкая помехоустойчивость при хорошей чувствительности.

Следует отметить, что при выборе режима намагничивания объекта контроля (при расчетах известных намагничивающих устройств) обычно не учитывались параметры преобразователя и размеры дефекта.

Цель работы и задачи, решаемые в ней. Целью данной работы является разработка автоматизированной системынеразрушающего контроля в основе которой используется- многоэлементный преобразователь магнитного поля на магнитоуправляемых контактах и стабилизация потока намагничивания.

Достижение общей поставленной цели предполагает решение ряда промежуточных задач, к которым относятся:

- разработка функциональной схемы автоматизированной системы неразрушающего контроля и стабилизации потока намагничивания;

- разработка преобразователя магнитного поля на магнитоуправляемых контактах (герконах) и методики расчета магнитных сопротивлений магнитной цепи элемента преобразования с учетом влияния ферромагнитной поверхности контролируемого объекта;

- определение магнитных сопротивлений материала объекта контроля с учетом нелинейной зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля и неравномерного распределения магнитного потока внутри объекта контроля;

- анализ полной магнитной цепи и определение магнитодвижущей силы внешнего намагничивающего поля с учетом размеров дефекта и параметров преобразователя; ,

- разработка поверочной схемы и контрольных образцов для измерения параметров преобразователя автоматизированной системы неразрушающего контроля,

Научная новизна. До настоящего времени магнитоуправляемые контакты практически не применялись в качестве преобразователя магнитного поля. В данной работе при проектировании автоматизированной системы и разработке преобразователя впервые решены следующие задачи:

- разработана методика анализа полной магнитной Цепи автоматизированной системы неразрушающего контроля, составлена программы расчета величины МДС намагничивания контролируемого объекта с учетом размеров минимального дефекта и параметров преобразователя;

- разработан метод расчета нелинейных магнитных сопротивлений участков материала'объекта контроля с неравномерным распределением магнитного потока;

- определены условия минимизаций ошибки преобразования и составлена функциональная схема автоматического регулятора, выполняющего эти условия;

- составлена схема магнитной цепи элемента преобразования с учетом влияния поверхности объекта контроля, разработана методика расчета магнитных сопротивлений, входящих в ее состав;

- определены динамические параметры элемента преобразования, проанализированы переходные процессы при импульсном подмагничива-нии и предложена методика выравнивания порога срабатывания;

- обоснован метод контроля параметров преобразователя в процессе эксплуатации, на основе предложенной поверочной схемы и разработанных контрольных образцов.

Практическая ценность данной работы заключается в том, что:

1) разработана автоматизированная система неразрушающего контроля, применяемая для получения информации о нарушении сплошности материала объекта контроля;

2) выработаны рекомендации по выбору режима работы преобразователя и намагничивающего устройства с целью выявления минимального дефекта из числа значительных, а также предложена схема выравнивания чувствительности (порога срабатывания) каждого из элементов преобразования в многоэлементном преобразователе;

3) разработана инженерная методика расчета многоэлементного преобразователя магнитного поля на магнитоуправляемых контактах и соз-т Даны программы расчета на ЭВМ;

4) предложена поверочная схема и новые виды контрольных образцов для быстрых поверок параметров многоэлементных преобразователей.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, основные положения и выводы работы, разработанные схемы и-изготовленные опытные образцы используются:

- организацией ИРКУТСКНИИХИММАШ в составе автоматизированного маг-

нитного дефектоскопа на предприятиях химического машиностроения, что подтверждается актом о внедрении;

■т в учебном процессе по специальности "Приборы и методы контроля качества и диагностики" в виде лабораторной работы и раздела учебного, пособия "Техника магнитной интроскопии" по курсу "Электромагнитные методы контроля", что подтверждается актом внедрения; -при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре "Электротехники и электроники" Обнинского института атомной энергетики.:"''." ■

На защиту выносят л:

1. Метод построения автоматизированных систем неразрушающего контроля с преобразователем на основе магнитоуправляемых контактов.

2. Методики И алгоритмы расчета магнитных сопротивлений, входящих в состав полной магнитной цепи, с учетом их нелинейности и неравномерного распределения магнитного потока.

3. Методика выбора условий намагничивания объекта контроля с учетом ошибки регулирования внешнего намагничивающего поля.

4. Метод расчета преобразователя магнитного поля на основе магнитоуправляемых контактов с учетом влияния поверхности объекта контроля.. ■..'.'■■-'...

5. Методика расчета погрешности преобразователя магнитного поля и определение условия ее минимизации.

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

■ч- XXI всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушающие физические методы контроля." Свердловск * 1990г .;

- второй международной конференции "Научно-технические проблемы безопасности АЭС и подготовка кадров." Обнинск,1991г.;

■■ - региональной научно-технической конференции "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем и проблемы математического моделирования." Калуга,1991г.;

- V межвузовской научно-технической конференции "Современные методы и средства электромагнитного контроля и эффективность их применения в промышленности." Могилев,1992Г.;

- XIII научно-техническая конференция "Неразрушающие физические методы и средства контроля.". Санкт-Петербург,1993г.;

- научных семинарах Обнинского института атомной энергетики. Публикации. По материалам диссертационной работы опублико-

вано пять печатных работ, получено пять авторских свидетельств на изобретения и один патент.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков' и 9 таблиц. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 70 наименований, и приложения..

содержание работы

Во введении анализируется актуальность проблемы, формулируется цель работы и ставятся задачи, решаемые в ней, отмечаются особенности работы и дается ее общая характеристику..

В первой главе дается общая характеристика контроля качества технологического оборудования, характеристика магнитного метода неразрушающего контроля и поля рассеяния дефекта, рассматриваются вопросы автоматизации контроля качества, приводится общая характеристика преобразователей магнитного поля, описываются устройство, принцип действия и способы управления магнитоуправляемых контактов.

Анализ литературы по данной проблеме показывает, что нормальная работа предприятий зависит и от надежности технологического оборудования. Надежность последнего зависит от его качества, которое, в свою очередь, определяется и дефектами материала, ферромагнитные материалы хорошо контролируются магнитным методом неразрушающего контроля. Приводится сравнительная оценка магнитного метода по отношению к другим методам неразрушающего контроля.

При характеристике магнитного метода неразрушающего контроля показано, что нарушение сплошности ферромагнитного материала, намагниченного внешним источником магнитного поля, создает дополнительное локальное магнитное поле над этим дефектом. В литературе приводятся различные методы расчета полей рассеяния дефекта, но все они нуждаются в экспериментальных данных.

Для выявления поля рассеяния дефекта используются различные типы преобразователей. В этой главе, согласно проведенного анализа литературы, даны характеристики индукционных, феррозондовых, гальваномагнитных и магнитодоменных преобразователей.

При рассмотрении вопроса автоматизации процесса контроля качества отмечено, что магнитный метод неразрушающего контроля наиболее легко вписывается в существующие автоматизированные сис-

_ а -

темы управления производством и основным источником первичной информации является преобразователь магнитного поля, В зависимости от выбранного типа преобразователя определяется структура автоматизированной системы и, в частности, система сканирования. Для крупногабаритных изделий, подлежащих контролю, наиболее удобен строчный преобразователь, то есть многоалементный преобразователь, элементы преобразования которого расположены в одну строку.

Приведена сравнительная оценка феррозондовых, индукционных и гальваномагнитных преобразователей применительно к автоматизированным системам контроля и показано, что разработанные до настоящего времени многоэлементные преобразователи имеют низкую чувствительность при хорошей разрешающей способности или, наоборот, хорошую чувствительность при низкой разрешающей способности.

Проведен анализ работы магнитоуправляемых контактов (герко-нов), которые используются в качестве элемента преобразования многоэлементного преобразователя. Показано, что свое развитие они получили как устройства, коммутирующие электрическую цепь. Дальнейшее их совершенствование позволило расширить область применения. Приведена классификация магнитоуправляемых контактов, рассмотрены их достоинства и недостатки. Приводятся параметры малогабаритных магнитоуправляемых контактов КЭЫ-2 и МК-10-3.

Объясняется принцип работы геркона и показано, что замыкание контакт-деталей произойдет при значении магнитного потока в зазоре равного или больше критического.

Фкр « / вПДоС(Хо - ХЦр)

ГДв Эп- площадь перекрытия контакт-деталей геркона; с - жесткость материала контакт-деталей; Хо.Хкр- величины начального и критического зазоров.

Приведена переключающая характеристика геркона и объясняется ее гистерезис.

Рассмотрены различные способы управления герконом. Сравнение этих способов показало, что самый простой способ - это управление при помощи катушки индуктивности, расположенной на баллоне самого геркона, но возможны и комбинированные способы управления.

Составлена магнитная цепь реле с герконом, проведен ее анализ и получены значения магнитных сопротивлений, величины потоков срабатывания и отпускания.

В конце главы формулируется цель данной работы и ставятся задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной, цели.

Во второй главе описываются теоретические основы многоэлементного преобразователя на магнитоуправляемых контактах.

Для составления методики расчета и теоретической модели элемента преобразования проведен анализ магнитной цепи магнитоуптрав-ляемых контактов. Показано, что уравнения, описывающие эту цепь, нелинейны, но для инженерных расчетов допустимо использование линеаризованных уравнений, дающих ошибку при расчете магнитного потока срабатывания и отпускания не более 10%.

Основным недостатком геркона является гистерезис переключающей характеристики. Физическое явление, обуславливающее гистерезис переключающей характеристики, устранить в герконе невозможно, но, используя комбинированный способ управления и дискретный способ отсчета состояния контактов, можно нейтрализовать гистерезис.

Это осуществляется следующим образом. Если через катушку индуктивности, намотанную на герконе, будет протекать импульсный ток, создающий магнитный поток Фимп., равный разности потоков срабатывания и отпускания, а внешнее магнитное поле создает Магнитный поток Фвнеш. того же направления, что и катушка индуктивности, и равный по величине потоку отпускания, то суммарный магнитный поток будет соответствовать потоку срабатывания Фср, что приведет к замыканию контактов.

Фср - Фимп.+ Фвнеш.

Анализируя это выражение, можно сделать вывод, что импульсный магнитный поток, создаваемый катушкой индуктивности, должен быть не менее той величины, которая соответствует разности потока срабатывания и потока отпускания, но может быть и больше этой величины, и тогда замыкание контактов произойдет при величине внешнего магнитного поля меньше, чем при отпускании. Этот вывод говорит о возможности изменять таким образом чувствительность геркона к внешнему магнитному поЛю. Геркон с нейтрализованным гистерезисом будем называть элементом преобразования.

Так как магнитный поток срабатывания состоит из нескольких

магнитных потоков, один из которых импульсный, то для надежной работы элемента преобразования необходимо правильно выбрать временные характеристики импульсного воздействия. Выл проанализирован переходный процесс при импульсном воздействии и показано, что длительность воздействия должна быть не менее 4 - 5 мс при постоянной времени цепи равной 0,2 - 0,3 мс. Периодичность импульсных воздействий не должна превышать максимальную частоту коммутации гер-кона, и для герконов типа КЭМ-2 и ИК-10-3 частота повторения импульсов не должна быть больше 100 Гц.

При рассмотрении теоретической модели элемента преобразования определено влияние поверхности объекта контроля на изменение параметров его магнитной цепи.

Схема замещения магнитной цепи элемента преобразования с учетом влияния поверхности объекта контроля показана на рисЛ, где введены следующие обозначения. Магнитные сопротивления Й и И

Н1 К2

с=>

Рис. 1. Схема замещения магнитной цепи элемента преобразования и объекта контроля

представляют собой сопротивления воздушного зазора между контакт-деталями геркона. Магнитное сопротивление представляет собой

сопротивление ферромагнитного материала контакт-деталей. Магнитное сопротивление представляет собой сопротивление воздушного зазора между контакт-деталями и поверхностью ферромагнитного материала объекта контроля. Магнитное сопротивление Ин5 представляет собой сопротивление ферромагнитного материала объекта контроля по длине элемента преобразования.

Источник магнитодвижущей силы Рподм определяется выражением

Т ■ --я I, подм '

v««= и - число витков катушки геркона,

I - ток, протекающий по катушке.

Магнитные сопротивления R , R и R , описаны в литературе и

Ml И2 ИЗ.

их величины можно рассчитать.

Для расчета сопротивления R^ была обоснована форма силовой линии магнитного поля и показано, что она с наименьшей ошибкой аппроксимируется уравнением окружности. На основании полученных выражений составлена программа расчета этого сопротивления на ЭВМ. Программа написана на языке FORTRAN и приведена в приложении 1 диссертации.

Магнитное сопротивление R определяется магнитными свойства^ ми материала объекта контроля

в - у

MS ЦоЦЗм '

где 1 - длина геркона;

S - площадь поперечного сечения объекта контроля; И - магнитная проницаемость материала объекта контроля. Все магнитные сопротивления, относящиеся к элементу преобразования, можно представить в виде эквивалентного сопротивления

Rk » RM 2

RM3 - - + RH3 + RM« .

Rm + Rm2

Магнитное сопротивление Нмэ элемента преобразования, построенного на герконе типа КЭМ-2, имеет величину R«o » 2,4х10вГн~*.

Расчет многоэлементного преобразователя для автоматизированных систем неразрущающего контроля начинается с выбора числа элементов . Число элементов определяется длиной максимальной чувствительности пространственной характеристики элемента преобразования и шириной полосы контроля преобразователя. Элементы преобразования преобразователя изготовлены на герконах типа КЭМ-2 (пространственная характеристика которых определена экспериментально и описана в четвёртой главе, а длина максимальной чувствительности составляет 2мм). Для полосы контроля преобразователя равной 32 мм получаем число элементов равное шестнадцати. .

Скорость перемещения преобразователя определяется длиной перекрытия контакт-деталей, максимальной частотой коммутации и количеством элементов в строке.

Также определена частота следования импульсов опроса и для рассматриваемого типа преобразователя она выбрана равной50 Гц.

Необходимость использования импульсного подмагничивания элемента преобразования позволяет сделать их опрос (электронное сканирование) по одному и последовательно, что позволило ; устранить влияние соседних элементов на опрашиваемый, и поэтому расчет многоэлементного преобразователя на магнитоуправляемых контактах может осуществляться на анализе одного элемента преобразования в любой момент времени.

Расчет преобразователя ведется на ' основе анализа схемы замещения полной магнитной цепи, то есть совместно с Цепью намагничивания объекта контроля, и задача по расчету преобразователя сводится к определению величины тока подмагничивания элемента преобразования и условий намагничивания объекта контроля в зависимости от размеров выявляемых дефектов.

На рис. 2 показана схема замещения полной магнитной цепи автоматизированной системы неразрушающего контроля.

Ф

нам

Рис. 2. Схема замещения полной магнитной цепи

магнитной цепи содержит следующие

мэ представляет собой магнитное сопротивление элемента пре-4 является магнитным сопротивлением участка объекта

Схема замещения полной магнитные сопротивления. Я

Образования

контроля, который перекрывается элементом преобразования, и падение магнитного напряжения на этом сопротивлении будет управляющим для элемента преобразования.

Магнитное сопротивление К - это сопротивление ферромагнит-

ГН1

^под ~ это магнитодвижущая сила подмагничивания элемента азов

Р«,»., - это магнитодвижущая сила устройства намагничивания.

Сопротивления К и И дополняют И до сопротивления полной

Н 2 И 3 И1

длины намагничивания объекта контроля,то есть от одного полюса намагничивания до другого, по ширине элемента преобразования. КИ4 представляет собой магнитное сопротивление оставшейся части намагниченного участка объекта контроля. Эта часть намагниченного участка объекта контроля расположена между полюсами намагничиваю-щегр устройства по разные стороны от того участка объекта контроля, который перекрывается элементом преобразования.

Нн5 и КН6 Представляют собой магнитные сопротивления воздушных зазоров между полюсами намагничивающего устройства и ферромагнитной поверхностью объекта контроля.

Я является сопротивлением воздушного пространства над объектом контроля между полюсами намагничивающего устройства.

Магнитное сопротивление К - это сопротивление ного материала сердечника намагничивающего устройства

Г - э1 под

преобразования

Г - эт< нам

При расчета магнитных сопротивлений объекта контроля И, И и Я ) необходимо учитывать размеры дефекта, неравномер-

М 3 М 3 4

ное распределение магнитного потока по материалу объекта между полюсами намагничивающего устройства и нелинейную зависимость основной кривой намагничивания.

г (а + сНо)(1г - Ьд) (а + сНд)Ьд

2Кк\ 2Нк^о- V '

где 1г- длина геркона (элемента преобразования);

радиус намотки катушки индуктивности, расположенной на баллоне геркона; Ь — высота ферромагнитного материала объекта контроля; Ид- глубина выявляемого дефекта;

Н - напряженность магнитного поля на бездефектном участке

объекта контроля; А.а.Ь,с - коэффициенты уравнения, которое аппроксимирует основную кривую намагничивания объекта контроля и имеет вид:

Н

ь " а + сН •

где В - магнитная индукция;

Н - напряженность магнитного поля;

Нд- напряженность магнитного поля на дефектном участке объекта контроля, которая определяется выражением

2Й ..И

II у

1 + --

ЙВ ГЪ - И 1 - сФ >

V - сфэ

где Фэ~ величина магнитного потока, проходящего через

площадь поперечного сечения, равную

Сопротивления ЙМ2 И ймз определены суммарно

(Хн - 1г)(а + сНо)

л. ■+ в --г———-,

нг нз До2йк1ю

где 1н - расстояние между центрами полюсов намагничивающего

устройства.

Для расчета сопротивления йн4 необходимо знать длину силовой линии магнитного поля намагничивания объекта контроля. В диссертации приведена фотография распределения мелких ферромагнитных частичек на намагниченном объекте контроля с изображением линий, аппроксимирующих форму силовой линии, которые хорошо описываются уравнением эллипса. С учетом изложенного получено выражение:

й

2[1*м

* Л И4п '

I

у(а»51па>г+ (ЬСова)2

й - 2 1-Х--- <1а

1 мод(Н)ПоАа31по1 ао

где а,Ь - полуоси эллипса;

ап - длина полуоси п-ой силовой линии по координате х; йа - приращение угла а, который является параметром в

параметрическом уравнении эллипса; Да - приращение оси эллипса по координате х от п-ой к (п+1)~ой силовым линиям,

Выражение для расчета - й имеет вид:

И КН8 НИ5

Ьз

«¿5 =

ДоБиу

где Из - высота зазора;

Бну - площадь поперечного сечения сердечника (полюса) намагничивающего устройства.

в» » __

"не г Г I "ТС

П/2

кв„ I и

Уа3 8шга + Ь2Сов2о

V п п , ■

да ,

оЬнуОдЬСоза + Дав!па) О

где Ьну - длина полюса намагничивающего устройства;

Да, АЬ - приращения по осям эллипса.

Магнитное сопротивление Ин7 по отношению к другим сопротивлениям очень велико и его можно не учитывать.

Сопротивление И равно

"8 1ну

«не"

Цод(Н)8ну

где 1ну - Длина средней силовой линий сердечника намагничи-

вающего устройства; вну - площадь поперечного сечения сердечника намагничивающего устройства.

На основании полученных выражений составлена программа анализа полной магнитной цепи автоматизированной системы неразрущающего контроля на ЭВМ, которая приведена в приложении диссертации.

Третья глава посвящена разработке элементов автоматизированной системы неразрущающего контроля. Управление и обработка инфор-

мации осуществляется на базе ЭВМ.

Эффективность выявления дефектов зависит от степени намагничивания обьекта контроля. В функциональной схеме автоматизированной системы неразрушающего контроля должна также учитываться ста-билизаця потока намагничивания.

Первичная информация, поступающая для обработки, должна быть предварительно преобразована в тот вид, который воспринимается ЭВМ, а именно, в двоичную форму. В состав функциональной схемы автоматизированной системы неразрушающего контроля должны входить

блоки преобразования информационного сигнала в двоичную форму с соответствующуй адресацией и учетом особенностей преобразователя магнитного поля.

На рис. 3 изображена функциональная схема автоматизированной системы неразрушающего контроля, учитывающая вышеизложенные требования, в которую входят обьект контроля с намагничивающим устройством и регулятором потока намагничивания, преобразователь магнитного поля, аппаратура предварительной обработки данных и управления преобразователем, ЭВМ (компьютер).

Разработка многоэлементного преобразователя состоит из расчета количества элементов преобразования, длительности импульсов опроса, частоты повторения опроса и величины потока подмагничивания, методика расчета которых изложена во второй главе.

Для определения величины потока подмагничивания, источников погрешности и степени их влияния составим на основании законов Кирхгофа систему уравнений равновесия магнитной цепи автоматизированной системы неразрушающего контроля, изображенной на рис.2.

Ф - Ф — Фэ — О 2 1

ФБ~ Ф4- Фа = о

Фэймэ" Гпод

фЛа+ *1НК1+ фЛз" °

Ф4НМ4+ Ф6(НИ5+ КН6+ Кнв) = ГНаМ

Для анализа источников погрешности решим данную систему относительно потока элемента преобразования Фэ.

РнамИ И + тод(АС + ОЯ .)

Фэ- ^—Л1Л1-;- ,■ ■ ■;

С(АИмэ + ВИ ) + РЛ (Инэ + й )

М1 М4 Н1

где А в «К1 + *на+ «из

В «И2+ «нз

С В 4. М4 К„6+ «не

ав н + М5 «не

В диссертации показано,' что основными источниками погрешности являются Источник магнитодвижущей силы Рнам и суммарное сопротивление ЛЬ равное ЯЬ - И + Й

М5 И б

Изменение Фэ представляет собой полный дифференциал сложной функции от переменных Гнам и И и запишется в виде

- 18 -

В Рпод(А + И ) - РМ ЙФЭ - и я арнам + —---аи

И1 И4 (в + мк }г

'1 о

где Р - РнамйМ1НН4+ РподА

И * Айиэ .+ ВНН1+ Кн*(Кн1+

Вг= (ЙН4+ Киэ)(АНиэ+ВВН1) + йиэ)

Анализ полученного выражения показывает, что изменение магнитного потока Фэ может быть равно нулю при условии

<1й « КйРнам ь

где

ЫСВ РподСА + Я )

I 2 Я4

С- АЙИЭ+ ВЯ + +Киэ)

X ИГ N4 М1 •

N - РнамКМ1Нн4+ РподА^

Таким образом изменение величины зазора между полюсами намагничивающего устройства и поверхностью объекта контроля можно скомпенсировать, при определенных условиях, путем изменения ЫДС намагничивания , то есть необходимо построение системы стабилизации потока намагничивания' объекта контроля.

В диссертации рассмотрена функциональная схема как системы стабилизации потока намагничивания, так и регулятора. Показано, что регулятор, функциональная схема которого приведена на рис.4.

Рис. 4. Функциональная.схема регулятора потока намагничивания

стабилизирует поток намагничивания относительно установленной величины ио. Коэффициент передачи системы рассчитывается из условия равенства нулю полного дифференциала,

Информационный сигнал формируется в аппаратуре предварительной обработки данных, функциональная схема которой приведена на рис.5. Аппаратура состоит из модуля формирования служебных импульсов, модуля памяти и модуля управления преобразователем.

В многоэлементном преобразователе все элементы преобразования должны иметь одинаковый порог срабатывания.

Во второй главе показано, что изменение потока подмагничива-ния приводит к изменению порога срабатывания элемента преобразования. Используя это свойство, в диссертации предложена схема одного

на п р е о б р аз о в а те л ь

Рис. 3.5. Функциональная схема аппаратуры предварительной обработки данных

из вариантов выравнивания порога срабатывания элементов преобразования мно'гозлементного преобразователя на герконах.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований многоэлементного преобразователя и элементов автоматизированной системы нераэрушающего контроля.

Экспериментальное исследование пространственной характеристики элемента преобразования показало, что пространственная чувствительность вдоль геркона неравномерна и максимальная чувствительность находится в месте перекрытия контакт-деталей. Длина зоны максимальной чувствительности для указанных типов герконов состов-ляет 1,6 мм.

Экспериментальное исследование элемента преобразования показало, что теоретическое значение отличается от определенного экспериментально на величину не более 1,32% во всем диапазоне измерений . Динамический диапазон (под динамическим диапазоном изменения внешнего магнитного поля понимается отношение максимального уровня внешнего магнитного потока замыкания контактов к минимальному уровню при, соответственно, минимальной и максимальной величине потока подмагничивания) не изменяется при скорости нарастания тока подмагничивания не более 100 А/с или ОД А/ж, Увеличение скорости нарастания тока подмагничивания до 1 А/мс приводит к возрастанию минимального значения МДС срабатывания, и динамический диапазон уменьшается.

Автоматизированная система нераэрушающего контроля представляет собой измерительную систему, которая в процессе эксплуатации -должна проходить поверку.,С этой целью разработана поверочная схема и контрольные образцы для поверки системы на рабочем месте.

Элемента системы, на которой проводились экспериментальные исследования, имели следующие параметры:

- ошибка регулирования регулятора потока составляет 0,1%;

- максимальный порог чувствительности преобразователя 8,7А;

- обьем буферной памяти составляет 4К.

Результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов элементов автоматизированной системы нераэрушающего контроля сведены в таблицу 1, где приведены отношения максимальной и минимальной МДС намагничивания, полученные в результате расчета и экспериментально при различных значениях отношения глубины дефекта к толщине объекта контроля.

Таблица 1

ИдЛю 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

п1юох/и1го1п (расч.) 1,07 1,76 3,13 4,02 4.60

1Г1аах/н1*1п (ЭКСП.) 1,03 1,65 2,91 3,70 4,21

ошибка (%) 2,88 6,25 7,0 8,0 8,5

Данные, приведенные в таблице 1, указывают на хорошее совпадение теоретических расчетов с практическими результатами и подтверждают правильность методики анализа полной магнитной цепи.

В диссертации приведены фотографии визуализации записанной информации в блоке памяти при обнаружении дефектов.

основные результаты ; '

1. Предложена структурная схема автоматизированной системы нераз-рушающего контроля на базе ЭВМ, в основе которой в качестве источника информации о дефекте используется многоэлементный преобразователь на магнитоуправляемых контактах, с помощью которого осуществляется сканирование поверхности объекта контроля.

2. Разработаны электрофизические модели и метод расчета полной магнитной цепи для определения условий намагничивания объекта контроля с целью выявления дефектов сплошности материала и с учетом параметров многоэлементного преобразователя. Составлена программа анализа полной магнитной цепи на ЭВМ.

3. На основе анализа уравнений равновесия, описывающих полную магнитную цепь автоматизированной системы, определены источники погрешности преобразования и показано, что для уменьшения ее величины необходима стабилизация Потока намагничивания, для чего в автоматизированную систему ¡включена схема его стабилизации.

4. На основе разработанных теоретических моделей получены рабочие формулы для расчета магнитных сопротивлений элемента преобразования и объекта контроля, созданы соответствующие программы ,их расчета на ЭВМ.

5. Предложен и обоснован метод, позволяющий учитывать гистерезис переключающей характеристики магнитоуправляемого контакта и исключить взаимное влияние элементов многоэлементного преобразователя с одновременным выравниванием их порога срабатывания.

6: Разработаны поверочная схема и конструкции-: контрольных образцов, которые позволяют контролировать параметры преобразователя как в специальных поверочных лабораториях, так и на рабочем месте. 7. Предложенные теоретические основы многоэлементного преобразователя на магнитоуправляемых контактах хорошо согласуются е результатами экспериментальных исследований, а полученные характеристики автоматизированной системы (чувствительность, разрешающая способность и производительность) показали, что она может быть эффективно использована в заводских и эксплуатационных условиях.

основные публикации по теме диссертации

1. Абакумов A.A., Чегодаев ВВ. Матричный преобразователь к дефектоскопу. Авт.свид. W1562869.- Бюл.изо'бр. ,1990,ДГ17.

2. Чегодаев В.В. Методы калибровки магнитотелевизионных дефектоскопов.--Тезисы докл. XII Всесоюзной научно-технической конф. "Неразрушающие физические методы контроля." Т.VI.-Свердловск, 1.990, с. 107-106.

3: Абакумов A.A., Чегодаев В.В. Метрологическое обеспечение Магнитотелевизионных дефектоскопов.- В кн.:Сборник научных трудов кафедры автоматики.контроля и диагностики АЭС.-Обнинск,1990,с.55-60.

4. Абакумов A.A., Борисов М.В., Чегодаев В.В. Магнитотелеви-зионный дефектоскоп и настроечный образец для него. Авт.свид. N1681226,- Бюл. изобр. , 1991 ,АГ36.

5. Абакумов A.A., Чегодаев В.В. Контрольный образец для дефектоскопов. Авт.свид. W1693522.- Бюл.изобр.,1991,W43.

6. Абакумов A.A., Слекеничс Я.В., Чегодаев В.В. Магнитотелеви-аионный дефектоскоп с автоматической регулировкьй намагничивающего поля.- Тезисы докл. второй международной конференции "Научно-технические проблемы безопасности АЭС и подготовка кадров."-Обнинск,1991,с.102.

7. Абакумов A.A., Слекеничс Я.В., Чегодаев В.В. Регулятор намагничивающего поля в дефектоскопии- Тезисы докл. региональной научно-технической конференции "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем и проблемы математического моделирования."- Калуга.1991,с.48.

ft. Абакумов-А А., Борисов М.В., Чегодаев В.В. Магнитотелевй-ааониый дефектоскоп и образец для него. Авт.свид. W1765760.-

Вюл.изобр.,1992,N36.

9. Абакумов A.A., Чегодаев В.В. Преобразователь магнитного поля на магнитоуправляемых контактах,- Тез.докл.V межвузовской научно-технической конференции - Могилев,1992.с.8.

10. Абакумов A.A., Поляков В.А., Типикин Б.Г., Чегодаев В.В. Формирователь магнитного поля к дефектоскопу.

Авт.свид. N1793356,- Вюл.изобр.,1993,N5.

11. Абакумов A.A., Чегодаев В.В. Преобразователь магнитного поля. Патент RIT N2009478 С1.- Вюл.изобр. ,1994,N5.

S90-100 von-es