RU2784787C1 - Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes - Google Patents
Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784787C1 RU2784787C1 RU2022111417A RU2022111417A RU2784787C1 RU 2784787 C1 RU2784787 C1 RU 2784787C1 RU 2022111417 A RU2022111417 A RU 2022111417A RU 2022111417 A RU2022111417 A RU 2022111417A RU 2784787 C1 RU2784787 C1 RU 2784787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- value
- wall thickness
- frequency
- eddy current
- gap
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150049628 MPK4 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к методам неразрушающего контроля немагнитных металлических изделий и может быть использовано для контроля толщины металлического изделия и толщины диэлектрического покрытия его поверхности.The invention relates to methods for non-destructive testing of non-magnetic metal products and can be used to control the thickness of a metal product and the thickness of the dielectric coating on its surface.
Известен способ вихретокового контроля толщины немагнитных электропроводящих металлических листов, основанный на возбуждении с помощью накладного трансформаторного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов одной частоты, измерении комплексного значения вносимого напряжения вихретокового преобразователя, по которому определяют значение контролируемого параметра объекта контроля (Неразрушающий контроль. Справочник / под ред. В.В. Клюева: в 8 томах. Т 2: в 2-х кн.: Кн. 1: Контроль герметичности. Кн. 2: Вихретоковый контроль. - М.: Машиностроение, 2003. - 688 с.: с. 418-422). Благодаря различному влиянию на значение вносимого напряжения толщины листа, зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью листа, а также удельной электрической проводимости материала при контроле толщины листа может быть осуществлена амплитудно-фазовая отстройка от влияния на результаты измерения толщины листа изменений электропроводности материала либо зазора.A known method of eddy current control of the thickness of non-magnetic electrically conductive metal sheets, based on excitation using an overhead transformer eddy current transducer in the object of control of eddy currents of one frequency, measuring the complex value of the introduced voltage of the eddy current transducer, which determines the value of the controlled parameter of the control object (Non-destructive testing. Handbook / under V. V. Klyuev: in 8 volumes T 2: in 2 books: Book 1: Leak tightness control Book 2: Eddy current control - M.: Mashinostroenie, 2003. - 688 p.: p. 418-422). Due to the different influence on the value of the introduced voltage of the sheet thickness, the gap between the eddy current transducer and the sheet surface, as well as the specific electrical conductivity of the material, when controlling the sheet thickness, amplitude-phase detuning can be carried out from the influence of changes in the electrical conductivity of the material or gap on the results of measuring the sheet thickness.
Недостатком этого способа является отсутствие возможности отстройки от влияния изменений одновременно двух влияющих факторов и малые диапазоны отстройки от изменений каждого из них.The disadvantage of this method is the lack of the possibility of detuning from the influence of changes at the same time two influencing factors and small ranges of detuning from changes in each of them.
Известен способ вихретокового контроля металлических немагнитных объектов (SU 1176231 А1, МПК4 G01N 27/90, опубл. 30.08.1985), основанный на возбуждении с помощью накладного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов трех частот, первая из которых выбирается из условия пренебрежимо малого значения глубины проникновения магнитного поля по сравнению с толщиной объекта, вторая частота выбирается из условия приблизительного равенства глубины проникновения магнитного поля половине толщины объекта, третья частота выбирается из условия превышения глубины проникновения магнитного поля толщины объекта, измеряют вносимые напряжения трех частот. Вносимое напряжение вихретокового преобразователя на первой частоте зависит только от зазора h между преобразователем и объектом контроля, вносимое напряжение на второй частоте зависит от зазора h и удельной электрической проводимости материала σ, а вносимое напряжение на третьей частоте - от зазора h, удельной электрической проводимости материала а и толщины объекта Т.A known method of eddy current control of metal non-magnetic objects (SU 1176231 A1, MPK4 G01N 27/90, publ. 08/30/1985), based on excitation using an attached eddy current transducer in the control object of eddy currents of three frequencies, the first of which is selected from the condition of a negligible value the depth of penetration of the magnetic field compared to the thickness of the object, the second frequency is selected from the condition that the penetration depth of the magnetic field is approximately equal to half the thickness of the object, the third frequency is selected from the condition that the penetration depth of the magnetic field exceeds the thickness of the object, the introduced voltages of three frequencies are measured. The input voltage of the eddy current transducer at the first frequency depends only on the gap h between the transducer and the test object, the input voltage at the second frequency depends on the gap h and the electrical conductivity of the material σ, and the input voltage at the third frequency depends on the gap h, the electrical conductivity of the material a and the thickness of the object T.
По значению амплитуды вносимого напряжения первой частоты определяют значение зазора h между вихретоковым преобразователем и объектом контроля. По значениям комплексных составляющих вносимого напряжения второй частоты и рассчитанному значению зазора определяют значение удельной электрической проводимости материала σ, а по значениям комплексных составляющих вносимого напряжения третьей частоты и рассчитанным значениям зазора h и удельной электрической проводимости материала σ определяют значение толщины объекта Т. Для определения параметров объекта контроля: зазора h, удельной электрической проводимости материала σ и толщины объекта Т используются функции обратного преобразования, полученные в результате численного анализа функциональных зависимостей вносимых напряжений вихретокового преобразователя от указанных параметров объекта. Таким образом, обеспечивается возможность раздельного контроля величин h, σ и Т.By the value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency, the value of the gap h between the eddy current transducer and the test object is determined. The values of the complex components of the introduced voltage of the second frequency and the calculated value of the gap determine the value of the electrical conductivity of the material σ, and the values of the complex components of the introduced voltage of the third frequency and the calculated values of the gap h and the electrical conductivity of the material σ determine the value of the thickness of the object T. To determine the parameters of the object control: the gap h, the specific electrical conductivity of the material σ and the thickness of the object T, the functions of the inverse transformation are used, obtained as a result of a numerical analysis of the functional dependences of the introduced voltages of the eddy current transducer on the indicated parameters of the object. Thus, it is possible to separately control the values of h, σ and Т.
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля толщины стенки металлических немагнитных труб при значительных диапазонах изменения параметров объекта. Это обусловлено высокими погрешностями аппроксимации реальных функциональных зависимостей вносимых напряжений вихретокового преобразователя от параметров объекта предлагаемыми аналитическими выражениями даже в случае плоского объекта контроля и значительным возрастанием этих погрешностей в случае криволинейной формы объекта, что имеет место при контроле труб. Другим недостатком известного способа является сложность определения функции преобразования значений вносимых напряжений вихретокового преобразователя в значение контролируемого параметра особенно при отличии формы объекта контроля от плоской.The disadvantage of this method is the low reliability of the control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes with a significant range of changes in the parameters of the object. This is due to high approximation errors of the real functional dependences of the introduced voltages of the eddy current transducer on the parameters of the object by the proposed analytical expressions even in the case of a flat test object and a significant increase in these errors in the case of a curvilinear shape of the object, which occurs when testing pipes. Another disadvantage of the known method is the difficulty in determining the function of converting the values of the introduced voltages of the eddy current transducer into the value of the controlled parameter, especially when the shape of the test object differs from flat.
Известен способ вихретокового контроля металлических немагнитных объектов (RU 2656115 С1, МПК G01N 27/90 (2006.01), опубл. 31.05.2018), выбранный в качестве прототипа, основанный на возбуждении с помощью накладного вихретокового преобразователя в объекте контроля вихревых токов трех частот, первую из которых выбирают из условия пренебрежимо малого значения глубины проникновения магнитного поля по сравнению с толщиной стенки, вторую частоту выбирают из условия приблизительного равенства глубины проникновения магнитного поля половине толщины стенки, третью частоту выбирают из условия превышения глубины проникновения магнитного поля толщины стенки, измеряют вносимые напряжения трех частот. По значению амплитуды вносимого напряжения первой частоты определяют значение зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля. Толщину стенки определяют на основе экспериментальной функциональной зависимости фазы вносимого напряжения третьей частоты от значения зазора и толщины стенки для фиксированного значения удельной электрической проводимости металла стенки трубы, соответствующего используемым при нахождении функциональной зависимости образцам труб. Для отстройки от изменения удельной электрической проводимости металла стенки трубы измеренное значение фазы вносимого напряжения третьей частоты корректируют на величину поправки, равной произведению разности измеренного значения фазы вносимого напряжения второй частоты и ее значения для используемых при нахождении функции преобразования образцов труб и поправочного коэффициента, значение которого определяется значением толщины стенки трубы и связано с ним экспоненциальной зависимостью.A known method of eddy current control of metal non-magnetic objects (RU 2656115 C1, IPC G01N 27/90 (2006.01), publ. 05/31/2018), selected as a prototype, based on excitation using an attached eddy current transducer in an eddy current control object of three frequencies, the first of which are selected from the condition of a negligibly small value of the penetration depth of the magnetic field compared to the wall thickness, the second frequency is selected from the condition that the penetration depth of the magnetic field is approximately equal to half the wall thickness, the third frequency is selected from the condition that the penetration depth of the magnetic field of the wall thickness is exceeded, the introduced voltages of three frequencies. The value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency determines the value of the gap between the eddy current transducer and the test object. The wall thickness is determined on the basis of the experimental functional dependence of the phase of the introduced voltage of the third frequency on the value of the gap and wall thickness for a fixed value of the electrical conductivity of the pipe wall metal, corresponding to the pipe samples used in finding the functional dependence. To tune out the change in the specific electrical conductivity of the metal of the pipe wall, the measured value of the phase of the introduced voltage of the third frequency is corrected by a correction value equal to the product of the difference between the measured value of the phase of the introduced voltage of the second frequency and its value for the pipe samples used in finding the conversion function and the correction factor, the value of which is determined value of the pipe wall thickness and is related to it by an exponential dependence.
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля толщины стенки металлических немагнитных труб при одновременном изменении влияющих параметров объекта в значительных диапазонах. Это обусловлено фактической зависимостью поправочного коэффициента не только от толщины стенки трубы, но и в значительной мере от зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля, что в прототипе не учитывается.The disadvantage of this method is the low reliability of the control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes while changing the influencing parameters of the object in significant ranges. This is due to the actual dependence of the correction factor not only on the pipe wall thickness, but also largely on the gap between the eddy current transducer and the test object, which is not taken into account in the prototype.
Предложенное изобретение позволяет повысить достоверность контроля толщины стенки металлических немагнитных труб.The proposed invention improves the reliability of the control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes.
Согласно способу вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб в объекте контроля с помощью накладного вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи трех частот, первую из которых выбирают из условия пренебрежимо малого значения глубины проникновения магнитного поля по сравнению с толщиной стенки, вторую частоту выбирают из условия приблизительного равенства глубины проникновения магнитного поля половине толщины стенки, третью частоту выбирают из условия превышения глубины проникновения магнитного поля толщины стенки, измеряют вносимые напряжения трех частот. По значению амплитуды вносимого напряжения первой частоты определяют значение зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля. По значениям фазы вносимого напряжения третьей частоты и зазора определяют толщину стенки трубы. При этом для отстройки от влияния изменения удельной электрической проводимости металла стенки трубы значение фазы вносимого напряжения третьей частоты корректируют на величину поправки, равной произведению поправочного коэффициента и разности измеренного значения фазы вносимого напряжения второй частоты и ее значения для используемых при нахождении функции преобразования образцов труб. Значение поправочного коэффициента определяют по полученным значениям толщины стенки трубы и зазора с использованием линейной зависимости поправочного коэффициента от этих величин.According to the method of eddy current control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes in the test object, using an attached eddy current transducer, eddy currents of three frequencies are excited, the first of which is selected from the condition of a negligibly small value of the penetration depth of the magnetic field compared to the wall thickness, the second frequency is selected from the condition of approximate equality of the depth penetration of the magnetic field to half the wall thickness, the third frequency is selected from the condition of exceeding the penetration depth of the magnetic field of the wall thickness, the introduced voltages of three frequencies are measured. The value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency determines the value of the gap between the eddy current transducer and the test object. The values of the phase of the introduced voltage of the third frequency and the gap determine the thickness of the pipe wall. At the same time, in order to tune out the influence of changes in the specific electrical conductivity of the pipe wall metal, the value of the phase of the introduced voltage of the third frequency is corrected by a correction value equal to the product of the correction factor and the difference between the measured value of the phase of the introduced voltage of the second frequency and its value for those used when finding the conversion function of pipe samples. The value of the correction factor is determined by the obtained values of the pipe wall thickness and gap using the linear dependence of the correction factor on these values.
Основное отличие, обеспечивающее технический результат: учет зависимости поправочного коэффициента, используемого для коррекции значения фазы вносимого напряжения третьей частоты, не только от толщины стенки трубы, но и от зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля, что обеспечивает более качественную отстройку от влияния изменений удельной электрической проводимости металла стенки трубы.The main difference that provides the technical result: taking into account the dependence of the correction factor used to correct the value of the phase of the introduced voltage of the third frequency, not only on the thickness of the pipe wall, but also on the gap between the eddy current transducer and the test object, which provides better detuning from the influence of changes in the specific electrical conductivity of the metal of the pipe wall.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method.
На фиг. 2 показано поперечное сечение вихретокового преобразователя и части трубы.In FIG. 2 shows a cross-section of the eddy current transducer and part of the pipe.
На фиг. 3 изображен вид функции обратного преобразования относительного значения амплитуды вносимого напряжения первой частоты А1 в значение зазора h.In FIG. 3 shows a view of the function of inverse conversion of the relative value of the amplitude of the introduced voltage of the first frequency A 1 into the value of the gap h.
На фиг. 4 изображен вид функции обратного преобразования фазы ϕ3 вносимого напряжения третьей частоты в значение толщины стенки трубы Т для разных значений зазора h при фиксированном значении удельной электрической проводимости материала σ0.In FIG. 4 shows the function of the inverse transformation of the phase ϕ 3 of the introduced voltage of the third frequency into the value of the pipe wall thickness T for different values of the gap h at a fixed value of the electrical conductivity of the material σ 0 .
На фиг. 5 представлен вид функциональной зависимости фазы ϕ20 вносимого напряжения второй частоты от зазора h при фиксированном значении удельной электрической проводимости материала σ0.In FIG. 5 shows the functional dependence of the phase ϕ 20 of the introduced voltage of the second frequency on the gap h at a fixed value of the electrical conductivity of the material σ 0 .
На фиг. 6 показан вид функциональной зависимости поправочного коэффициента s от толщины стенки трубы T для разных значений зазора h.In FIG. 6 shows the functional dependence of the correction factor s on the pipe wall thickness T for different values of the gap h.
Устройство (фиг. 1), реализующее способ вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб содержит первый 1 (Г1), второй 2 (Г2) и третий 3 (Г3) генераторы гармонических сигналов, накладной вихретоковый преобразователь 4 (ВТП), блок аналогового преобразования 5 (БАП), вычислительный блок 6 (ВБ), блок индикации 7 (БИ).The device (Fig. 1) that implements the method of eddy current control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes contains the first 1 (G1), the second 2 (G2) and the third 3 (G3) harmonic signal generators, an attached eddy current transducer 4 (VTP), an analog conversion unit 5 (BAP), computing unit 6 (WB), display unit 7 (BI).
Выходы первого, второго и третьего генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП) и с первым, вторым и третьим входами блока аналогового преобразования 5 (БАП). Выход вихретокового преобразователя 4 (ВТП) соединен с четвертым входом блока аналогового преобразования 5 (БАП). Шесть выходов блока аналогового преобразования 5 (БАП) соединены каждый с отдельным входом вычислительного блока 6 (ВБ). Выход вычислительного блока 6 (ВБ) соединен со входом блока индикации 7 (БИ).The outputs of the first, second and third harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) are connected respectively to the first, second and third inputs of the attached eddy current transducer 4 (ECT) and to the first, second and third inputs of the analog conversion unit 5 (BAP). The output of the eddy current transducer 4 (EC) is connected to the fourth input of the analog conversion unit 5 (BAP). The six outputs of the analog conversion unit 5 (BAP) are each connected to a separate input of the computing unit 6 (WB). The output of the computing unit 6 (WB) is connected to the input of the display unit 7 (BI).
Один из возможных вариантов конструкции накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП) содержит обмотку возбуждения 8 (фиг. 2), измерительную обмотку 9 и компенсационную обмотку 10. Измерительная обмотка 9 и компенсационная обмотка 10 включены встречно.One of the possible design options for an attached eddy current transducer 4 (ECC) contains an excitation winding 8 (Fig. 2), a measuring winding 9 and a compensation winding 10. The measuring winding 9 and the compensation winding 10 are connected in opposite directions.
При осуществлении контроля вихретоковый преобразователь 4 (ВТП) располагают вблизи объекта контроля 11. Генераторы гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) вырабатывают гармонические сигналы с частотами ƒ1, ƒ2 и ƒ3.When monitoring, the eddy current transducer 4 (ECP) is located near the object of
Значения частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 должны удовлетворять условиям, при которых, глубина проникновения магнитного поля первой частоты пренебрежимо мала по сравнению с толщиной стенки трубы, глубина проникновения магнитного поля второй частоты приблизительного равна половине толщины стенки, глубина проникновения магнитного поля третьей частота превышает толщину стенки трубы.The frequency values ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 must satisfy the conditions under which, the penetration depth of the magnetic field of the first frequency is negligible compared to the thickness of the pipe wall, the penetration depth of the second frequency magnetic field is approximately equal to half the wall thickness, the penetration depth of the magnetic field of the third frequency exceeds the pipe wall thickness.
Выходные сигналы генераторов 1-3 (Г1-Г3) подают на обмотку возбуждения 8 накладного вихретокового преобразователя 4 (ВТП). Ток этой обмотки имеет три гармонические составляющие частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 и создает трехчастотное магнитное поле. Измерительная 9 и компенсационная 10 обмотки вихретокового преобразователя 4 (ВТП) включены встречно, поэтому при отсутствии вблизи него электропроводящего объекта выходной сигнал вихретокового преобразователя равен нулю. При наличии вблизи вихретокового преобразователя 4 (ВТП) электропроводящего объекта трехчастотное магнитное поле возбуждения наводит в контролируемом изделии вихревые токи трех частот.Магнитное поле этих вихревых токов обуславливает возникновение выходного сигнала (вносимого напряжения) вихретокового преобразователя 4 (ВТП). Блоком аналогового преобразования 5 (БАП) осуществляют выделение комплексных составляющих сигнала вихретокового преобразователя 4 (ВТП), обусловленных каждой из трех частотных составляющих магнитного поля вихревых токов. Для выполнения этой функции в состав блока аналогового преобразования 5 (БАП) входят частотно-избирательные блоки и блоки амплитудно-фазового детектирования, используемые, например, в устройствах, реализующих способ-аналог и способ-прототип.The output signals of the generators 1-3 (G1-G3) are fed to the excitation winding 8 of the attached eddy current converter 4 (ECT). The current of this winding has three harmonic frequency components ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 and creates a three-frequency magnetic field. Measuring 9 and
Выходные сигналы блока аналогового преобразования 5 (БАП) пропорциональны амплитудам действительной и мнимой комплексных составляющих вносимых напряжений частот ƒ1, ƒ2, ƒ3: The output signals of the analog conversion unit 5 (BAP) are proportional to the amplitudes of the real and imaginary complex components of the introduced voltages of the frequencies ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 :
Благодаря указанному ранее выбору частот генераторов гармонических сигналов, выделенные составляющие сигнала вихретокового преобразователя на первой частоте зависят только от зазора h между вихретоковым преобразователем 4 (ВТП) и объектом 11, составляющие сигнала на второй частоте зависят от зазора h и удельной электропроводности материала σ, а составляющие сигнала на третьей частоте - от зазора h, удельной электропроводности материала σ и толщины Т объекта.Due to the previously mentioned choice of harmonic signal generator frequencies, the selected components of the eddy current transducer signal at the first frequency depend only on the gap h between the eddy current transducer 4 (ECT) and the
Вычислительным блоком 6 (ВБ) осуществляется вычислительное преобразование выходных сигналов блока аналогового преобразования 5 (БАП) в измеряемое значение контролируемого параметра. Для этого вычисляются амплитуда вносимого напряжения первой частоты А1 и фазы ϕ2 и ϕ3 вносимых напряжений второй и третьей частот:Computing unit 6 (WB) performs computational conversion of the output signals of the analog conversion unit 5 (BAP) into the measured value of the controlled parameter. For this, the amplitude of the introduced voltage of the first frequency A 1 and the phases ϕ 2 and ϕ 3 of the introduced voltages of the second and third frequencies are calculated:
Дальнейшее вычислительное преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с использованием функций преобразования, определяемых экспериментально с использованием образцов труб различной толщины Т с фиксированной удельной электрической проводимостью материала σ0 при различных значениях зазора h. Количества используемых образцов толщины и зазора определяются требуемыми точностью и диапазоном измерения и для широкого круга задач контроля составляют порядка десяти.Further computational conversion of measurement information signals is carried out using conversion functions determined experimentally using pipe samples of various thicknesses T with a fixed specific electrical conductivity of the material σ 0 at various values of the gap h. The number of thickness and gap samples used is determined by the required accuracy and measurement range, and for a wide range of inspection tasks is about ten.
В соответствии с предлагаемым способом вычислительным блоком 6 (ВБ) вычисляется значение зазора h. Для этого используется функция обратного преобразования относительного значения амплитуды А1 вносимого напряжения первой частоты в значение зазора h (фиг. 3), определяемая путем численного анализа экспериментальной зависимости амплитуды А1 от зазора h. Данная функция с достаточной для решения широкого круга задач контроля точностью аппроксимируется зависимостью видаIn accordance with the proposed method, the computing unit 6 (WB) calculates the value of the gap h. For this, the function of inverse conversion of the relative value of the amplitude A 1 of the introduced voltage of the first frequency into the value of the gap h (Fig. 3) is used, which is determined by numerical analysis of the experimental dependence of the amplitude A 1 on the gap h. This function with sufficient accuracy for solving a wide range of control problems is approximated by a dependence of the form
где а - коэффициент, зависящий от наружного диаметра трубы, конструктивных параметров вихретокового преобразователя и диапазона изменений зазора h;where a is a coefficient depending on the outer diameter of the pipe, the design parameters of the eddy current transducer and the range of changes in the gap h;
A10 - значение амплитуды при h=0.A 10 - amplitude value at h=0.
Далее осуществляется определение промежуточного значения толщины стенки Т в предположении, что удельная электрическая проводимость материала трубы σ равна удельной электрической проводимости образцов σ0. Для этого используется функциональная зависимость толщины стенки трубы T(h, ϕ3) от зазора h и фазы ϕ3. Вид этой функциональной зависимости показан на фиг. 4. Для определения значения Т сначала определяют ближайшие к измеренному значению h его дискретные значения hi и hi+1, соответствующие толщинам образцов, использованных для определения зависимости, показанной на фиг. 4. Далее производится расчет соответствующих значений Ti(hi, ϕ3) и Ti+1(hi+1, ϕ3). Значение толщины Т вычисляется в предположении линейности зависимости в малом диапазоне изменений зазора h:Next, the intermediate value of the wall thickness T is determined under the assumption that the specific electrical conductivity of the pipe material σ is equal to the specific electrical conductivity of the samples σ 0 . For this, the functional dependence of the pipe wall thickness T(h, ϕ 3 ) on the gap h and phase ϕ 3 is used. This functional relationship is shown in Fig. 4. To determine the value of T, first determine its discrete values h i and h i+1 nearest to the measured value h, corresponding to the thicknesses of the samples used to determine the dependence shown in FIG. 4. Next, the corresponding values of T i (h i , ϕ 3 ) and T i+1 (h i+1 , ϕ 3 ) are calculated. The value of the thickness T is calculated assuming the linearity of the dependence in a small range of changes in the gap h:
Дальнейшие вычислительные преобразования обеспечивают отстройку от влияния на результат контроля изменений удельной электрической проводимости материала σ. Для этого определяется значение фазы ϕ20 вносимого напряжения второй частоты при измеренном зазоре h и значении удельной электрической проводимости σ0, соответствующей используемым для определения функций преобразования образцам. Вид экспериментальной зависимости фазы ϕ20 от зазора h показан на фиг. 5. С высокой степенью приближения данная зависимость аппроксимируется функциейFurther computational transformations provide detuning from the influence of changes in the electrical conductivity of the material σ on the control result. For this, the value of the phase ϕ 20 of the introduced voltage of the second frequency is determined for the measured gap h and the value of the electrical conductivity σ 0 corresponding to the samples used to determine the conversion functions. The experimental dependence of the phase ϕ 20 on the gap h is shown in Fig. 5. With a high degree of approximation, this dependence is approximated by the function
ϕ20=-ехр(b+ch+dh2),ϕ 20 =-exp(b+ch+dh 2 ),
где b, с и d - экспериментально определяемые коэффициенты, зависящие от наружного диаметра трубы, частоты ƒ2, значения удельной электрической проводимости σ0 и конструктивных параметров вихретокового преобразователя.where b, c and d are experimentally determined coefficients depending on the outer diameter of the pipe, the frequency ƒ 2 , the value of the electrical conductivity σ 0 and the design parameters of the eddy current transducer.
Далее вычисляется разность фаз Δϕ2 между измеренным значением фазы ϕ2 вносимого напряжения второй частоты и ее значением ϕ20 для используемых при определении функций преобразования образцов труб:Next, the phase difference Δϕ 2 is calculated between the measured value of the phase ϕ 2 of the introduced voltage of the second frequency and its value ϕ 20 for the pipe samples used in determining the transformation functions:
Δϕ2=ϕ2-ϕ20.Δϕ 2 \u003d ϕ 2 -ϕ 20 .
Следующей вычислительной операцией является определение разности фаз Δϕ3 между измеренным значением фазы ϕ3 вносимого напряжения третьей частоты и ее значением ϕ30 для используемых при определении функций преобразования образцов. Как показывают результаты математического и физического моделирования разность фаз Δϕ3, обусловленная отличием значения удельной электрической проводимости материала контролируемой трубы σ от ее значения σ0, соответствующего используемым для определения функций преобразования образцам, связана с разностью фаз Δϕ2, обусловленной этой же причиной, линейной зависимостью видаThe next computational operation is to determine the phase difference Δϕ 3 between the measured value of the phase ϕ 3 of the introduced voltage of the third frequency and its value ϕ 30 for the samples used in determining the conversion functions. As the results of mathematical and physical modeling show, the phase difference Δϕ 3 due to the difference in the specific electrical conductivity of the material of the controlled pipe σ from its value σ 0 corresponding to the samples used to determine the transformation functions is associated with the phase difference Δϕ 2 due to the same reason, a linear dependence kind
Δϕ3=sΔϕ2,Δϕ 3 \u003d sΔϕ 2 ,
где множитель s является функцией толщины стенки трубы T и зазора h:where the factor s is a function of the pipe wall thickness T and the gap h:
s=s(T, h).s=s(T, h).
Вид этой функциональной зависимости показан на фиг. 6. С приемлемой степенью приближения зависимость s(T, h) описывается функциейThis functional relationship is shown in Fig. 6. With an acceptable degree of approximation, the dependence s(T, h) is described by the function
s(T, h)=e0+e1T+e2Th+e3h,s(T, h)=e 0 +e 1 T+e 2 Th+e 3 h,
где e0, е1, e2 и е3 - экспериментально определяемые коэффициенты, зависящие от наружного диаметра трубы, значения удельной электрической проводимости σ0, значений второй ƒ2 и третьей ƒ3 частот и конструктивных параметров вихретокового преобразователя.where e 0 , e 1 , e 2 and e 3 are experimentally determined coefficients depending on the outer diameter of the pipe, the value of electrical conductivity σ 0 , the values of the second ƒ 2 and third ƒ 3 frequencies and the design parameters of the eddy current transducer.
При определении значения множителя s, необходимого для вычисления значения величины Δϕ3, используются рассчитанные ранее значения зазора h и толщины Т. Затем вычисляется скорректированное значение фазы вносимого напряжения третьей частоты, соответствующее используемым для определения функций преобразования образцам:When determining the value of the multiplier s, necessary to calculate the value of Δϕ 3 , the values of the gap h and thickness T calculated earlier are used. Then the corrected value of the phase of the introduced voltage of the third frequency is calculated, corresponding to the samples used to determine the conversion functions:
ϕ30=ϕ3-Δϕ3.ϕ 30 \u003d ϕ 3 -Δϕ 3 .
Далее с использованием нового скорректированного значения фазы вносимого напряжения третьей частоты ϕ30 осуществляется повторное вычисление уточненного значения толщины Т с использованием зависимости фиг. 4. Найденное уточненное значение толщины Т вновь используется для последовательных вычислений значений величин s, Δϕ3, ϕ30 и нового уточненного значения толщины Т. Описанный цикл вычислений повторяется (2…5) раз в зависимости от требуемой точности и степени дискретности значений зазоров. Значение толщины Т, рассчитанное в последнем цикле принимается в качестве результата измерения контролируемого параметра Т.Further, using the new corrected value of the phase of the introduced voltage of the third frequency ϕ 30 , the refined value of the thickness T is recalculated using the dependence of FIG. 4. The found refined value of the thickness T is again used for sequential calculations of the values of the values s, Δϕ 3 , ϕ 30 and the new refined value of the thickness Т. The thickness value T calculated in the last cycle is taken as the result of measuring the controlled parameter T.
Блоком индикации 7 (БИ) осуществляется индикация результата контроля.Indication block 7 (BI) indicates the result of the control.
Эффективность использования предлагаемого способа вихретокового контроля толщины стенки металлических немагнитных труб в условиях значительных изменений зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью объекта и удельной электрической проводимости материала была подтверждена результатами лабораторных испытаний опытного образца устройства при контроле толщины стенки легкосплавных бурильных труб из дюраля Д16Т с наружным диаметром 147 мм и толщиной стенки в диапазоне (5…15) мм. Был использован накладной трансформаторный дифференциальный вихретоковый преобразователь, конструкция которого схематично показана на фиг. 2. Использовались частоты составляющих тока возбуждения 100 кГц, 2500 Гц и 125 Гц. Для определения функций преобразования использовались 11 образцов труб с толщинами стенки из указанного диапазона и с удельной электрической проводимостью материала 16 МСм/м. Для изменения значения зазора использовались 12 образцов зазора (диэлектрических пластинок) толщиной (1…15) мм. Для определения функциональной зависимости измеряемых сигналов от изменений удельной электрической проводимости и проверки эффективности отстройки от влияния изменений электропроводности применялось изменение температуры образцов в диапазоне (-10…+80)°С. Диапазон изменения значений множителя s, используемого для корректировки значений фазы вносимого напряжения третьей частоты по результатам измерения фазы второй частоты, составлял от 3,2 до 5,3.The efficiency of using the proposed method for eddy current control of the wall thickness of metal non-magnetic pipes under conditions of significant changes in the gap between the eddy current transducer and the surface of the object and the specific electrical conductivity of the material was confirmed by the results of laboratory tests of a prototype device when controlling the wall thickness of light-alloy drill pipes made of D16T duralumin with an outer diameter of 147 mm and wall thickness in the range (5…15) mm. An overhead transformer differential eddy current transducer was used, the design of which is schematically shown in Fig. 2. The frequencies of the excitation current components were 100 kHz, 2500 Hz, and 125 Hz. To determine the conversion functions, 11 pipe samples with wall thicknesses from the specified range and with a specific electrical conductivity of the material of 16 MSm/m were used. To change the value of the gap, 12 gap samples (dielectric plates) with a thickness of (1…15) mm were used. To determine the functional dependence of the measured signals on changes in electrical conductivity and to check the effectiveness of detuning from the effect of changes in electrical conductivity, a change in the temperature of the samples in the range (-10 ... + 80) ° С was used. The range of change in the values of the multiplier s used to correct the phase values of the introduced voltage of the third frequency based on the results of measuring the phase of the second frequency was from 3.2 to 5.3.
Результаты испытаний опытного образца устройства показали, что при использовании предлагаемого способа контроля при одновременном изменении всех влияющих параметров в указанных диапазонах абсолютная погрешность измерения толщины стенки не превышает 0,25 мм, что примерно на 15% меньше, чем при реализации способа-прототипа.The test results of a prototype device showed that when using the proposed control method while changing all the influencing parameters in the indicated ranges, the absolute error in measuring the wall thickness does not exceed 0.25 mm, which is approximately 15% less than when implementing the prototype method.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2784787C1 true RU2784787C1 (en) | 2022-11-29 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1176231A1 (en) * | 1983-01-18 | 1985-08-30 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects |
| SU1335861A1 (en) * | 1985-07-29 | 1987-09-07 | Саратовский Институт Механизации Сельского Хозяйства Им.М.И.Калинина | Method of eddy-current flaw detector |
| US6424151B2 (en) * | 2000-07-06 | 2002-07-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for evaluation of eddy current testing signal |
| US6566871B2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-05-20 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Process and device for testing a workpiece by means of eddy currents |
| RU2456589C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-07-20 | Закрытое Акционерное Общество "КОНСТАНТА" | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings |
| RU2656115C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1176231A1 (en) * | 1983-01-18 | 1985-08-30 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects |
| SU1335861A1 (en) * | 1985-07-29 | 1987-09-07 | Саратовский Институт Механизации Сельского Хозяйства Им.М.И.Калинина | Method of eddy-current flaw detector |
| US6424151B2 (en) * | 2000-07-06 | 2002-07-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and apparatus for evaluation of eddy current testing signal |
| US6566871B2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-05-20 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Process and device for testing a workpiece by means of eddy currents |
| RU2456589C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-07-20 | Закрытое Акционерное Общество "КОНСТАНТА" | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings |
| RU2656115C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Egorov et al. | Inspection of aluminum alloys by a multi-frequency eddy current method | |
| Fan et al. | Pulsed eddy current thickness measurement using phase features immune to liftoff effect | |
| Fan et al. | Thickness measurement using liftoff point of intersection in pulsed eddy current responses for elimination of liftoff effect | |
| RU2299399C2 (en) | Method for determining object surface profile | |
| JP5383597B2 (en) | Eddy current inspection apparatus and inspection method | |
| Sardellitti et al. | A fast ECT measurement method for the thickness of metallic plates | |
| Luloff et al. | Solution for a transmit-receive eddy current probe above a layered planar conductive structure | |
| US5847562A (en) | Thickness gauging of single-layer conductive materials with two-point non linear calibration algorithm | |
| RU2784787C1 (en) | Method for eddy current control of wall thickness of metal non-magnetic pipes | |
| JP4551035B2 (en) | Conductor thickness measuring device | |
| US3611119A (en) | Method for measuring the ferrite content of a material | |
| RU2656115C1 (en) | Method of metallic non-magnetic tubes wall thickness eddy current control | |
| Egorov et al. | Using signals of special form in multi-frequency eddy current testing | |
| Egorov et al. | The Use of Projection Methods of Multivariate Analysis in Eddy Current Thickness Measurement | |
| JP6740077B2 (en) | CALIBRATION DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE INSPECTION MEASUREMENT SYSTEM AND NON-DESTRUCTIVE INSPECTION MEASUREMENT METHOD | |
| RU2456589C1 (en) | Method for eddy current-measurement of thickness of metal coatings | |
| Chen et al. | Application of pulsed eddy current in plate thickness evaluation | |
| Dmitriev et al. | Subminiature eddy current transducers for thickness measurement problems | |
| RU2158424C2 (en) | Electric potential method of double parameter control over electromagnetic properties of metal ( versions ) | |
| Terekhin et al. | Evaluating specific electrical conductivity of two-layered nonmagnetic objects by pulsed eddy-current method | |
| Egorov et al. | Eddy current testing of metallic materials using projection methods | |
| RU2411517C1 (en) | Digital eddy-current flaw detector | |
| JPH08240403A (en) | Method and device for measuring displacement by impedance of coil | |
| SU868554A1 (en) | Method and device for non-destructive testing | |
| RU2532858C2 (en) | Measurement method of thickness of non-ferromagnetic electrically conducting coating of steel |