Контроль труб наружным ПВТП

Лекция 4. Контроль труб наружным ПВТП Если в наружном ПВТП с однородным магнитным полем находится труба (из проводящего материала), то относительное вносимое напряжение также определяется формулой Только выражение для μэф будет более сложным Где К1 и К0 – модифицированные цилиндрические функции второго рода соответственно первого и нулевого порядков; 𝑥21 = 𝑘2 𝑅1 𝑥22 = 𝑘2 𝑅2 𝑘2 = √−𝑗𝜔𝜇0 𝜇𝑟2 𝜎2 σ2 и μr2 – УЭП и относительная магнитная проницаемость трубы; R1, R2 – соответственно внутренний и внешний радиусы трубы (1 – поверхность, расположенная дальше от ВТП, 2 ближе). На рис приведены годографы для неферромагнитной трубы. 𝑅 Штриховые кривые – Uвн*(σ), при 𝛼12 = 𝑅1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 2 Сплошные кривые - Uвн*(α12), при x22 = const ____ _ ___ _ ___ - бесконечно тонкая труба; ----- (α12 = 0) – сплошной цилиндр Чувствительность НВТП к изменению параметров труб при η = 1 Из рис следует • с уменьшением толщины стенки трубы, т.е. с возрастанием отношения α12 чувствительность к изменению всех трех параметров (R1, R2 и σ) увеличивается. Однако следует иметь в виду, что для тонкостенных труб годографы Uвн*(σ) и Uвн*(Т) практически совпадают, поэтому раздельный контроль удельной электрической проводимости и толщины стенки тонкостенных труб невозможен. Понятие тонкостенности труб обобщенного параметра х22. относительное, оно зависит от значения х22 < 5 трубы с а12 > 0,9 – тонкостенные (годографы почти сливаются) х22 > 10 трубы с а12 > 0,95 – не тонкостенные!!! КОНТРОЛЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ВНУТРЕННИМИ ПРОХОДНЫМИ ВТП с ОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ При Rи = Rв = R2 (R2 – внутренний радиус, т.к. его поверхность ближе к ВТП): 𝜶𝟐𝟏 = ___ - Uвн*(α21), при x22 = k2R2 = const - - - - Uвн*( x22) при α21 = const 𝑹𝟐 𝑹𝟏 α21 = 1 – бесконечно тонкая α21 = 0 – сплошной цилиндр Годографы сходны с построенными для наружного ПВТП. Видно, что возможен раздельный контроль электропроводности и толщины стенки, т.к. векторы приращений напряжений внутреннего проходного преобразователя, обусловленные Δσ и ΔТ, имеют на комплексной плоскости различные направления. Угол между векторами этих приращений напряжений при постоянном внутреннем радиусе R2 трубы с возрастанием x22, т.е. с ростом частоты, увеличивается (угол между ___ и - - -) Чувствительность к внутреннему радиусу (рис) растет с уменьшением толщины стенки трубы и достигает при а21 = 1 значения х22 Каждому значению а21 соответствует определенная величина х22, при которой чувствительность SR2 максимальна. Например, для а21 = 0,8 максимальна при х22 = 3. Для бесконечно толстой трубы, т.е. при а21 = 0, чувствительность SR2 (пунктирная кривая) увеличивается с ростом х22, достигая максимума, равного двум. КОНТРОЛЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ЭКРАННЫМИ ПРОХОДНЫМИ ВТП C ОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Возбуждающая обмотка охватывает контролируемую трубу, а измерительная находится внутри трубы. Для однослойной трубы, относительное вносимое напряжение: 𝜶𝟏𝟐 = 𝑹𝟏 = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 𝑹𝟐 - - - - при x22 = const ____ - 𝜶12 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Углы между ними характеризуют фазовые соотношения между ΔU, вызванное ΔR2 и Δσ При малых x угол мал и растет при уменьшении 𝜶12 Для толстостенных труб - 𝜶12 = 0 Для толстостенных 𝜶12 = 1 – уравнение полуокружности с радиусом 0,5 (рис внтр полуокр) Чувствительность на рис. • С увеличением 𝜶12 чувствительность к R2 стремится к предельному значению x22/2 • Для разных 𝜶12 максимум чувствительности при определенном x22 СОПОСТАВЛЕНИЕ НАРУЖНЫХ, ВНУТРЕННИХ И ЭКРАННЫХ ПРОХОДНЫХ ВТП С ОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Выбор типа проходного преобразователя при контроле параметров цилиндрических объектов определяется прежде всего конструктивными особенностями преобразователей. Когда конструктивные особенности преобразователей не имеют решающего значения, необходимо сопоставить чувствительности каждого типа проходного преобразователя к изменениям контролируемого и мешающего параметров трубы. В табл. приведены максимальные значения чувствительностей трех типов проходных преобразователей к изменениям внутреннего R1 внешнего R2 радиусов и удельной электрической проводимости трубы с различным отношением радиусов а12, а также значения обобщенного параметра x22, соответствующие максимумам чувствительности Чувствительности проходных преобразователей всех трех типов к изменениям наружного и внутреннего радиусов трубы увеличиваются с ростом α12, стремясь к предельному значению 0,5x22 Для тонкостенных труб, т.е. при ап -» 1. Наиболее чувствительны к изменениям R2 наружные преобразователи, к изменениям R1 - внутренние преобразователи, а к изменениям σ - экранные преобразователи. Следует отметить, что чувствительность экранного преобразователя к изменениям и R1, и R2 близка к максимальной, но применение этого типа преобразователя затруднительно из-за более сложной конструкции. КОНТРОЛЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ЦИЛИНДРОВ ПРОХОДНЫМИ ВТП С ОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Коэффициент заполнения: b и а - соответственно малая и большая полуоси эллипса * - значения для кругового цилиндра 𝑏 В диапазоне 0,6 ≤ 𝑎 ≤ 1 при условии η = const совпадают по форме с соответствующими годографами для кругового цилиндра. Чувствительность кругового ВТП к изменению эллиптичности контролируемого цилиндра (при одинаковой площади поперечного сечения) невелика. Так, например, максимальная чувствительность проходного ВТП к изменению малой оси цилиндра на 10 % в 1,7 раза меньше максимальной чувствительности к изменению удельной электрической проводимости цилиндра на 1 %. КОНТРОЛЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПРОХОДНЫМИ ВТП С НЕОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Исходя из конструктивных соображений бывает необходимо малое отношение длины возбуждающей катушки к диаметру (трубы большого диаметра). Анализируют векторный потенциал (сложная формула и ее вывод). Рис. Векторный потенциал вне контролируемого цилиндра 𝑅 ≤ 𝑟 ≤ 𝑅в зависит от двух переменных: r и z 𝐴2 = 𝐴0 + 𝐴вн А0 – вект потенциал при отсутствии ОК Авн – вносимый Соотношения позволяют расчитать ЭДС и напряжение измерительной обмотки. Сравнивая основные характеристики проходных ВТП с однородными и неоднородными магнитными полями, следует отметить, что они аналогичны по характеру. Однако численные значения этих зависимостей существенно отличаются, причем для ВТП с неоднородным полем они зависят от длины возбуждающей обмотки и от расстояния z между измерительной и возбуждающей обмотками. 𝑙 𝑧 𝑙в∗ = ; 𝑧∗ = 𝑅в 𝑅в На рисунке изображен годограф. втп с однородным магнитным полем (lв = ∞). Модуль UВН* ВТП с разнесенными катушками (z* = 2,0) больше модуля UВН* ВТП с однородным магнитным полем, а для ВТП с совмещенными катушками (z* = 0) он меньше. Это означает, что относительная чувствительность ВТП с совмещенными короткими катушками меньше, а с разнесенными - больше относительной чувствительности ВТП с однородным магнитным полем. Анализ ВТП с совмещенными катушками показывает, что увеличение 1В* эквивалентно возрастанию коэффициента заполнения/ модуль zВН* возрастает почти вдвое при изменении lв* от 0 до 10. Основные недостатки проходных ВТП с неоднородным магнитным полем заключаются в сильном влиянии на UВН радиальных перемещений и перекосе ОК внутри ВТП. Для некоторого ослабления этого влияния рекомендуется использовать измерительную катушку радиусом Rи* = 0,65 ... 0,75, расположенную на расстоянии z* = 0,5 ... 0,8 от возбуждающей. При этом приращение ΔUвн* вызванное смещением, равным 0.2R ОК, составляет несколько процентов от приращения ΔUвн*, вызванного 2 %-ным изменением радиуса ОК. Следует отметить, что при длине возбуждающей катушки lв* > 4 для расчета Uвн трансформаторного и параметрического ВТП можно пользоваться формулами для ВТП с однородным полем, при этом погрешность не превышает 5 %