Визначення характеристик накладного сенсора для дефектоскопії феромагнітних матеріалів

Abstract

Потреба у надійності промислових конструкцій, машин та іншого устаткування потребує точнішої дефектоскопії конструкційних матеріалів, зокрема феромагнітних. Тому актуальною є необхідність удосконалення існуючих чи розроблення нових, точніших методів і пристроїв для дефектоскопії. Дефектоскопію феромагнітних матеріалів здійснюють, обстежуючи локальне виступаюче магнітне поле чи визначаючи магнітний опір ділянки матеріалу за допомогою запропонованого нового типу накладного сенсора у вигляді індуктивного елемента на тороїдальному осерді з додатковими магнітопроводами. Цей сенсор має просту конструкцію і високу чутливість, підтверджені експериментально. Запропонований варіант сенсора надає можливість проводити неруйнівне контролювання у процесі експлуатації феромагнітних конструкцій і без особливих вимог до зовнішніх умов із малими затратами і можливістю комп’ютерної обробки даних. Із використанням зони нелінійності кривої намагнічування матеріалу осердя індуктивного елемента отримано варіант магнітного сенсора, близький за чутливістю до ферозондів і при цьому набагато простіший за конструкцією, з недефіцитних матеріалів. Використання феритового осердя з низькою індукцією насичення потребує невеликої напруги живлення схеми, але запасу потужності генератора. Запропонований сенсор не чутливий до присутності сторонніх феромагнітних об’єктів, а реагує виключно на магнітне поле. Високий внутрішній магнітний опір сенсора дає змогу виконувати дефектоскопію без особливих вимог до якості поверхні контрольованого виробу. Аналітичне дослідження фізичних процесів, які відбуваються в матеріалі магнітного осердя котушки сенсора, що використовується як чутливий елемент, ускладнюється нелінійністю кривої намагнічування матеріалу осердя чутливого елемента та відсутністю єдиної аналітичної залежності для повного опису процесу намагнічування феромагнітних матеріалів індуктивних елементів. Тому кожний екземпляр сенсора матиме індивідуальне градуювання, яке можна виконати за допомогою простих технічних засобів використовуючи запропоновану тут методику.

The need for reliability of industrial structures, machines and other equipment requires more precise defectoscopy of structural materials, in particular ferromagnetic. Therefore, the urgent need is to improve existing or develop new, more precise methods and devices for defectoscopy. Flaw detection of ferromagnetic materials is carried out by examining a local propagating magnetic field or determining the magnetic resistance of the material section with the help of the proposed new type of overhead sensor in the form of an inductive element on a toroidal core with additional magnetic conductors. This sensor has a simple design and high sensitivity, which is confirmed experimentally. The proposed version of the sensor provides the ability to conduct non-destructive control in the process of exploiting ferromagnetic structures and without special requirements for external conditions with low cost and the possibility of computer data processing. Using the nonlinearity zone of the magnetization curve of the material of the core of the inductive element, it was possible to obtain a variant of the magnetic sensor, which is close to the sensitivity to the ferro-sensors, and at the same time much simpler than the design using non-deficit materials. Using a ferrite core with low saturation induction requires a small supply voltage, but the power reserve of the generator. The proposed sensor is insensitive to the presence of foreign ferromagnetic objects, but responds exclusively to a magnetic field. High internal magnetic resistance of the sensor allows to perform a defectoscopy without special requirements to the quality of the surface of the controlled product. An analytical study of the physical processes occurring in the material of the magnetic core of the sensor coil used as a sensitive element is complicated by the nonlinearity of the magnetization curve of the core material of the sensing element and the absence of a single analytical dependence for a complete description of the magnetization process of the ferromagnetic materials of the inductive elements. Therefore, each instance of the sensor will have an individual calibration, which can be performed with the help of simple technical means using the method suggested here.