Вихретоковые датчики

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодей-

ствия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем

вихревых токов, наводимых им в электропроводящем объекте кон-

троля. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего

используется индуктивная катушка (одна или несколько), называе-

мая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или

импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электро-

магнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропро-

водящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздей-

ствует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя

их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение

на катушках или их сопротивление, получают информацию о свой-

ствах объекта или о положении преобразователя относительно него.

Особенность вихретокового контроля в том, что его можно прово-

дить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие

происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения

преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до

нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать

хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения

объектов.

Вихретоковые датчики (ВТД) используются для бесконтактного

измерения вибрации, перемещения и частоты вращения электро-

проводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния

промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Наиболее

часто объектом контроля являются осевое смещение и радиальная

вибрация вала ротора относительно корпуса. ВТД используются так-

же для контроля качества электропроводящих объектов (обнаружение

несплошностей материалов) в дефектоскопии, толщины изоляцион-

ного слоя на металлическом основании (толщинометрия), обнаруже-

ния электропроводящих объектов, например трубопроводов (метал-

лоискатели) в качестве бесконтактных концевых выключателей.

Вихретоковый датчик состоит из вихревого пробника 2 и элек-

тронного блока 1, соединенных кабелем 3 (рис. 2.3, а). В торце ди-

электрического наконечника 5 вихревого пробника находится катуш-

ка индуктивности 6 (одна или несколько). Электронный блок воз-

буждает в ней электромагнитные колебания, в результате чего

возникает электромагнитное поле, взаимодействующее с материалом

контролируемого объекта. Если материал обладает электропровод-

ностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, которые, в свою

очередь, изменяют параметры катушки — ее активное и индуктивное

сопротивление. Степень этого изменения зависит от зазора между

контролируемым объектом и торцом датчика; значение этого зазора

является входным параметром датчика. Оно составляет несколько

миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце

диэлектрического наконечника. Выходным сигналом является на-

пряжение, пропорциональное измеряемому зазору (рис. 2.3, б)\

обычно оно составляет несколько мВ на 1 мкм. Пробник может иметь

различное конструктивное выполнение, так как его конструкция за-

висит от места монтажа и диапазона измерения.

Приоритетной областью использования вихретоковых датчиков,

как уже упоминалось, является контроль осевого смещения и попе-

речного биения валов больших турбин, компрессоров, электромото-

ров, в которых используются подшипники скольжения. Вихретоковый

метод обеспечивает высокую точность, поскольку не имеет нижнего

предела по частоте вибрации и не требует математической обработки

результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сиг-

нала текущему смещению вала или измерительного буртика относи-

тельно корпуса.