Таблиця 9.1 – Характеристики магнітовідривних товщиномірів

Тип товщиноміра	Діапізон вимірювань	Основна похибка	Габарити, мм	Маса, г
МТА-2	0 … 400	1,5 мкм до товщини 30 мкм і 5% для товщини > 30 мкм	65^х35
МТА-2А	0 … 26 20 … 75 60 … 30	1,5 мкм до товщини 30 мкм і 5% для товщини > 30 мкм	85^х65^х40

Аналогічні прилади випускаються і за кордоном. Одним з таких приладів є “Elcometr 211” (Англія), який зображений на рис. 9.4.

Рисунок 9.4 – Магнітовідривний товщиномір “Elcometr 211”

Стан поверхні (шорсткість) в значній мірі впливає на похибку вимірювання товщини покриття, оскільки постійний магніт встановлюється на поверхню з деяким зазором, який визначається шорсткістю. Тому значення приведених в табл. 9.1 похибок відносяться до ОК з обробкою, яка визначається шорсткістю поверхні не більше Rz=20. В інакших випадках похибку вимірювання потрібно перераховувати.

Прилади дуже прості у використанні і дешеві, не потребують джерела живлення, але їх недолік полягає у необхідності дуже точного вимірювання моменту сили відривання магніту, що затрудює автоматизацію контролю. Цей недолік усунено в товщиномірах магнітостатичного типу.

9.3 Магнітостатичні товщиноміри

Їх дія базується на оцінюванні зміни напруженості магнітного поля в колі електромагніту або постійного магніту при зміні зазору між ним і поверхнею феромагнітного ОК, який утворюється внаслідок наявності неферомагнітного покриття. На рис. 9.5 схематично показані конструкції магнітостатичних товщиномірів: з П-подібним магнітопроводом і електромагнітом (а), постійним магнітом (б) і стрижневим магнітопроводом (в), який найчастіше виготовлюють з постійним магнітом. Робочий магнітний потік Ф, який створюється котушкою або постійним магнітом, замикається через магнітопровід або повітря і об’єкт контролю з неферомагнітним покриттям, товщина якого Δ вимірюється. За величиною магнітного потоку судять про товщину неферомагнітного покриття, а магнітний потік визначають вимірюванням магнітної індукції за допомогою первинного перетворювача, в якості якого використовуються давачі Холла, ферозонди, рамки зі струмом та ін.

Рисунок 9.5 – Схеми магнітостатичних товщиномірів

До найпростіших приладів такого типу відносять товщиноміри, в яких в якості індикатора використовується механічна магніточутлива система, наприклад “Elcometr 211”. В приладі встановлено додаткову магнітну перетинку, яка паралельна до основного магнітопроводу, і в ній знаходиться рухома магнітна система, що зрівноважена пружиною. При зміні товщини неферомагнітного покриття відбувається перерозподіл магнітного потоку між магнітопроводом і перетинкою. Стрілка, яка кінематично пов’язана з рухомою магнітною системою, відхиляється на кут, пропорційний товщині покриття. Ці прилади використовуються лише для експрес-оцінки товщини покриття, оскільки високої точності відліку отримати не вдається.

При контролі деталей з криволінійною поверхнею зручно використовувати однополюсні перетворювачі із стрижневими магнітами (рис. 9.5 в). Для ліквідації впливу нахилу перетворювача контактна поверхня має форму півсфери. Для підвищення чутливості магнітостатичних товщиномірів здійснюють компенсацію початкового рівня сигналу шляхом розміщення магніточутливих елементів в магнітній нейтралі або використанням двох диференціально з’єднаних перетворювачів.

До недоліків магнітостатичних товщиномірів варто віднести те, що, по-перше, через велику відстань між полюсами з їх допомогою неможливо контролювати малогабаритні деталі. По-друге, в них сильно позначається вплив краю деталі (крайовий ефект), оскільки область, де розподіляється постійне магнітне поле у феромагнетику, дуже значна.

Ці недоліки усунуті в індукційних товщиномірах, які використовують однострижневий магнітопровід і змінне електромагнітне поле, завдяки чому крайовий ефект не проявляється на відстані в декілька міліметрів.

9.4 Індукційні товщиноміри

На рис. 9.6 схематично зображено перетворювач індукційного магнітного товщиноміра. Феритовий стрижень розташований перпендикулярно поверхні ОК. На стрижні розміщено котушку W_B, яка збуджує змінне електромагнітне поле, а також дві ідентичні вимірювальні котушки і , які з’єднані зустрічно. У відсутності ОК е.р.с вимірювальних котушок взаємно компенсуються. При встановленні перетворювача на поверхню ОК порушується симетрія магнітного поля, створеного збуджувальною котушкою. Із зменшенням товщини покриття асиметрія магнітного поля зростає і відповідно зростає вихідна напруга перетворювача, яка несе інформацію про товщину покриття.

На рис. 9.7 подана структурна схема індукційного товщиноміра. Збуджувальна котушка 1 перетворювача живиться від генератора 2. Осердя 3 перетворювача встановлюється на об’єкт контролю. Дві диференціально з’єднані вимірювальні котушки 5 приєднані до блоку обробки сигналу 6, на виході якого встановлені блок індикації 7 і блок автоматики 8.

Рисунок 9.6 – Перетворювач індукційного товщиноміра

Рисунок 9.7 – Структурна схема індукційного товщиноміра (а) і зовнішній вигляд портативного приладу “Duocheck S” (б)

Частота збуджуючого струму в магнітних товщиномірах зазвичай низька, тому, хоча конструктивно магнітний перетворювач досить схожий з вихрострумовим, дія його базується тільки на вимірюванні опору магнітного кола. Вплив вихрових струмів в приладах такого типу несуттєвий і електропровідність матеріалу практично не впливає на їх покази. Тому для вимірювання практично застосовується одна і та ж шкала для всіх неферомагнітних покрить.

В індукційних товщиномірах використовуються накладні перетворювачі двох типів. Перетворювачі першого типу у вигляді стрижня призначені для вимірювання товщини покриття на деталях невеликих розмірів з криволінійною поверхнею і складною конфігурацією. Перетворювач другого типу з підпружиненою робочою поверхнею і трьохточковою стійкою на поверхні опорою застосовують для вимірювання товщини покриття на плоских поверхнях. Характеристики індукційних товщиномірів наведені в табл. 9.2.

Таблиця 9.2 – Характеристики індукційних товщиномірів

Тип	Діапазон вимірювання, мкм	Похибка, %	Габарити, мм	Маса, кг
ММТ-41НЦ	0 … 20 20 … 200 200 … 2000		127^х200^х280	3.5
“Monimetr 3.3.10”	0 … 200 0 … 2000	0.5 мкм 2 мкм	115^х60^х200	0.7
“Minitset FD”	1 … 1250	1 мкм 3 мкм	145^х80^х36	0.45
“Deltascope”	0 … 2000 0 … 4000 100 … 6000		150^х80^х30	0.35
“Permascope”	0 … 1000 100 … 5000		290^х205^х100	3.5
“Fischerscope Magna 460”	0 … 1000	±1 + 0.05	335^х135^х340

На теренах СНД із вказаних в табл.9.2 промисловістю серійно випускається товщиномір МТ-41НЦ. В НВО “Спектр” розроблено більш сучасний портативний товщиномір МТ-50 НЦ, який призначений для вимірювання товщини неферомагнітного покриття (лаків, фарб, гальванічного покриття), яке нанесене на основу з феромагнітних сталей. Діапазон вимірюваних товщини (5 – 2000) мкм, основна похибка (0.3 – 0.5) мкм. Товщиномір має вбудований імітатор, який дозволяє здійснювати підготовку до роботи без використання мір товщини.

Крім розглянутих, існують товщиноміри для вимірювання товщини шарів об’єктів із феромагнітних матеріалів. Ці товщиноміри поширені значно менше через складність досягнення високої точності, особливо при вимірюванні великих товщин.

В Інституті Фьорста (Німеччина) випускають магнітостатичні вимірювачі товщини жерсті типу 2.203 і 2.215. Перетворювачі виконані у вигляді двохполюсних магнітів (рис. 9.5, б) з датчиками Холла. Прилад 2.203 вимірює товщину шарів в межах 0 – 6000 і 0 – 25000 мкм. Він призначений для контролю товщини жерсті для консервних банок, трансформаторного заліза. Прилад 2.215, який має межі вимірювань 0 – 50; 0 – 100; 0 – 250; 0 – 500; 0 – 1000; 0 – 2500 і 0 – 5000 мкм, призначений для вимірювання відхилень від заданої товщини феромагнітної жерсті.

10 МАГНІТНІ СТРУКТУРОСКОПИ

10.1 Фізичні основи магнітної структуроскопії

При магнітному контролі фізико-механічних властивостей об’єктів використовується зв’язок між фізико-механічними та магнітними параметрами. Цей зв’язок часто неоднозначний і нестабільний, носить кореляційний характер і виникає тоді, коли одні і ті ж фізичні і хімічні процеси утворення структури і фазового складу феромагнітних сталей формують також і магнітні властивості. Складний характер одночасного впливу різних факторів на магнітні і фізико-механічні властивості феромагнітних матеріалів часто не дозволяють визначити вплив кожного фактору окремо. Тому в магнітній структуроскопії оцінюють зміну магнітних параметрів і по них визначають відповідні цим змінам різноманітні фізико-хімічні чи фізико-механічні властивості ОК. При магнітному контролі механічних характеристик і структури феромагнітних матеріалів використовують відносні вимірювання, тобто не вимірюють будь-який магнітний чи механічний параметр, а тільки фіксують відповідність параметрів ОК заданим або відхилення від них. Щоб оцінити, наскільки при цьому механічні параметри деталі відрізняються від номінальних, потрібні додаткові співставлення з параметрами спеціально підібраних зразків.

По використовуваним магнітним інформативним параметрам розрізняють наступні різновиди магнітної структуроскопії: коерцитиметрія; контроль по залишковій намагнічуваності; контроль по магнітній проникності; контроль по магнітних шумах; феритометрія; метод вищих гармонік. Останній метод настільки близько стикається з вихрострумовим, що дуже важко віднести його до одного з цих видів неруйнівного контролю. Переважно відносять його до магнітного контролю, оскільки він заснований на використанні нелінійності кривої намагнічування, і саме ступінь нелінійності визначає інформативність методу вищих гармонік.

В магнітній структуроскопії оцінюють магнітні параметри, які сильніше за інших корелюють з тими властивостями сталей, які цікавлять інженерну практику. До цього часу накопичено достатньо великий експериментальний матеріал по кореляції магнітних властивостей конструкційних сталей різних марок з їх фізико-хімічними і механічними властивостями.

10.2 Коерцитиметри

Одним із різновидів магнітних структуроскопів є коерцитиметри. В неруйнівному контролі коерцитиметр – це магнітний структуроскоп, який використовує в якості інформативного параметра значення коерцитивної сили матеріалу ОК. Навіть в тих випадках, коли з довідкової літератури відомий зв’язок коерцитивної сили з контрольованим механічним параметром, необхідно встановлювати можливість її використання при коерцитиметричному контролі конкретних деталей в умовах виробництва.

Дата добавления: 2013-12-14