Файл: Дорофеев, А. Л. Индукционная структуроскопия.pdf

Свойства катушек оцениваются индуктивностью, добротностью, собственной емкостью и температурным коэффициентом. Разработкой способов расчета индуктивности катушек занимались Дж. К- Макс­ велл, О. Хевпсаіід, Дж . У. Рэлеіі, У. Кельвин, А. Зоммерфельд. Однако точные расчеты существуют лишь для катушек самой про­ стой конфигурации [Л. 33, 37].

В радиотехнике наиболее известной формулой для расчета ин­

дрическими, броневыми, Н, Ш-образными и кольцевыми сердечниками с зазором. Часто эти сердечники прессуют и спекают из феррита [Л. 82]. Феррит — ферромагне­ тик, по своим свойствам отличающийся от ферромагнит­ ных материалов, из которых изготавливают карбониль­ ные и альсиферовые сердечники.

Магнитные свойства феррита при увеличении темпе- _ ратуры исчезают дважды: в точке Кюри и в «точке ком­ пенсации» [Л. 63]. Наличие этой второй точки объясняет­ ся особенностями его кристаллической структуры. В по­ давляющем большинстве ферриты представляют собой твердые растворы окиси железа Fe2 03 и окислов двухва­ лентных металлов. Феррит имеет две подрешеткп с маг­ нитными моментами,_ направленными антипараллельно. Компенсация происходит тогда, когда эти моменты будут равны. Намагниченность насыщения у ферритов мень­ ше, чем у ферромагнетиков. Влияние температуры на начальную динамическую магнитную проницаемость увеличивается с ростом этой величины. Однако у никельцинкового феррита (jit = "200) магнитная проницаемость

14

ваются из высокодпсперспых ферромагнитных частиц, которые изолируются полистироловой или бакелитовой

ма сложен. Уменьшение магнитного сопротивления может

эффективной магнитной проницаемости (.іЭфф от размеров ферритового сердечника (марки Ф600) и числа слоев на­ мотки катушки приведена на рис. 1-1. С увеличением на­

где Q — добротность катушки без сердечника; R0e, R c — сопротивления потерь в обмотке и сердечнике.

Эта характеристика зависит от частоты. На частотах более 10 мгц добротность катушек с никель-цинковыми

1 5

феррнтовыми сердечниками становится настолько низ­ кой, что их использование в резонансных схемах с на­ кладными датчиками оказывается нецелесообразным.

1-3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАТУШКИ С МЕТАЛЛОМ

Если вблизи катушки, обтекаемой 'переменным током, поместить немагнитный металл, то будут наблюдаться два явления. Часть энергии как бы «отсасывается» ме­ таллом и превращается в тепло. Другая часть отражает­ ся от поверхности металла, уменьшая индуктивность ка­ тушки.

Если же вблизи катушки поместить ферромагнитный металл, к этим двум явлениям добавляется еще два: некоторое увеличение индуктивности катушки из-за уменьшения магнитного сопротивления и значительное возрастание активных потерь с ростом частоты питающе­ го тока.

Таким образом, суммарное действие этих факторов приводит к резкому возрастанию активных потерь и не­ которому, обычно незначительному, изменению индуктив­ ности.

Эти изменения характеризуются величиной вносимых сопротивлений. Схема замещения катушки, расположен­

начальное значение индуктивности). По мере увеличения частоты питающего тока приходится усложнять эту экви­

где M = £|j/LoZ-o„n — коэффициент взаимоиндукции; k\ —

коэффициент связи; Rm™=-R%-\-R\ù А'ПКП = Х2 +Л'П ; /?2 н е ­ собственные (внешние) сопротивления эквивалентной

вторичной обмотки; R„ и Х„ — внутреннее активное и ре­ активное сопротивления металла; /-Э кП = ^экв/ш.

1 6

При индукционном контроле весьма важен характер изменения вносимых сопротивлений под действием таких факторов, как электропроводность 'контролируемого ме­ талла и частота питающего тока.

При изменении электрической проводимости немаг­ нитных металлов от нуля до бесконечности вносимое индуктивное сопротивление изменяется от нуля до неко­ торого предельного значения. При контроле ферромаг­ нитных материалов знак вносимого сопротивления зависит от частоты. 'На низких частотах вносимое индук­ тивное сопротивление положительно, а на высоких — отрицательно.

Если катушка располагается вблизи немагнитных металлов с разной проводимостью, то при неизменной частоте тока годограф вектора вносимого сопротивления, изображенный на комплексной плоскости, будет пред­ ставлять собой кривую, близкую к дуге окружности. Хор­ дой этой дуги служит отрезок иа осп ординат до точки максимального значения вносимого индуктивного сопро­ тивления, соответствующего материалам с бесконечно большой проводимостью.

'Исследование влияния различных факторов (при кон­ троле) связано с анализом изменения вносимых ком­ плексных сопротивлений. Для сопоставления результатов анализа при использовании тока разной частоты опреде­

черкнуть, что сопоставлять молено лишь результаты, по­ лученные при испытаниях весьма близких по форме ка­ тушек, примерно одной конструкции, в сравнительно узком диапазоне частот, значительно меньших собствен­ ной резонансной частоты катушки.

Влияние формы катушки наиболее просто можно учесть с помощью коэффициента рассеяния пред­ ставляющего собой отношение индуктивного сопротивле­ ния катушки, расположенной вблизи немагнитного ме­ талла с бесконечно большой электрической проводимо­ стью, к собственному индуктивному сопротивлению

катушки cüL0 :

Т, = шЬ/шЬа.

Эквивалентное активное сопротивление /?э к в в этом слу­ чае принимается равным нулю. Для катушек без сердеч­ ников коэффициент рассеяния зависит от плотности

намотки, диаметра провода и т. п. Для катушек с сердеч­ никами— кроме того, и от эффективной магнитной про­ ницаемости. Введение этого коэффициента позволяет сопоставить результаты, полученные при испытаниях раз­ личных типов катушек датчиков. Для примера па рис. 1-2

Линии, соединяющие точ­ ки, соответствующие вноси­ мым сопротивлениям для ме­ таллов с одинаковой элек­

трической проводимостью при разных расстояниях меж­ ду катушкой и контролируемым образцом, называются линиями зазора или линиями отвода.

Коэффициент рассеяния служит масштабным факто­ ром. При испытаниях в проходной системе коэффициент рассеяния был равен 0,445, в накладной системе для пло­ скости он равен 0,844, для цилиндрической поверхности 0,88.

18