Приложение в феррозондовые приборы

В.1 Феррозондовые преобразователи

Феррозондовые преобразователи, используемые при контроле и измерениях параметров магнитного поля, приведены в таблице В.1.

Таблица В.1

Обозначение	Наименование по конструкторской документации	Измеряемая величина	База, мм
МДФ-9405.30	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Нг	Градиент Gz(x)	3
МДФ-9405.130	Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нг	Градиент Gz(x)	4
МДФ-9405.30-02	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Тп	Поле Hx до 3 000 А/м	3
МДФ-9405.130-01	Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нп	Поле Hz до 3 000 А/м	4
МПФ 205	Преобразователь феррозондовый Р2/5 Тп	Поле Hx до 25 000 А/м	5
МПФ 206	Преобразователь феррозондовый Р2/5 Нп	Поле Hz до 25 000 А/м	5
МПФ 207	Преобразователь феррозондовый Р2/7	Градиент Gz(z)	7

ФП МДФ-9405.30 (имеет фаски на основании — база 3 мм), служит для контроля деталей сложной геометрической формы с малыми радиусами закруглений, такими как корпус автосцепки.

ФП МДФ-9405.130 (без фасок на основании — база 4 мм) служит для контроля деталей с протяженными поверхностями, такими как надрессорная балка, боковая рама.

ФП МПФ 207 измеряет градиент проекции поля на ось z по этой же оси.

ФП МДФ-9405.30-02 и МПФ 205 служат для измерения проекции поля H_x(x).

ФП МДФ-9405.130-01 и МПФ 206 служат для измерения проекции поля H_z(x).

В.2 Феррозондовые дефектоскопы-градиентометры

В настоящее время предприятием «Микроакустика» выпускается три типа феррозондовых дефектоскопов-градиентометров ДФ‑103, ДФ‑105, ДФ‑201.1. Все они предназначены для выявления дефектов (усталостных трещин, недопускаемых литейных пороков, дефектов сварных швов) и измерения градиента напряженности магнитных полей рассеяния.

Конструктивно дефектоскопы-градиентометры состоят из электронного блока и феррозондового преобразователя (ФП). ФП соединен с электронным блоком гибким кабелем через разъем. Дефектоскоп может быть укомплектован одним из двух типов ФП с базой 3 мм или 4 мм.

Передняя панель дефектоскопов ДФ‑103, ДФ‑105, ДФ‑201.1 защищена от загрязнений и влаги специальной прозрачной пленкой. Все дефектоскопы проходят первичную и периодическую поверку, а прибор ДФ‑103 — градуировку на всех пределах измерения.

Дефектоскоп-градиентометр ДФ-103

Первым представителем семейства дефектоскопов, разработанных предприятием «Микроакустика», является дефектоскоп-градиентометр ДФ‑103 (рисунок В.1). Это наиболее простой по схемотехническим решениям и функциональным возможностям прибор. Основное назначение ДФ‑103 — выявление дефектов (поверхностных и подповерхностных трещин) в ферромагнитных деталях.

1 — кнопка включения питания; 2 — световой индикатор питания; 3 — световой индикатор дефектов; 4 — решетка звукового индикатора дефектов; 5 — стрелочный прибор; 6 — аккумуляторная батарея; 7 — регулятор чувствительности (точно); 8 — регулятор чувствительности (грубо); 9 — феррозондовый преобразователь; 10 — кнопка проверки аккумуляторной батареи.

Рисунок В.1 — Внешний вид дефектоскопа ДФ‑103А

Регистрация дефектов осуществляется по звуковому и световому сигналам.

Технические характеристики дефектоскопа ДФ‑103 приведены в таблице В.2.

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑103А позволяет выявлять дефекты, соответствующие условным уровням чувствительности А, Б, Д по ГОСТ 21104.

Таблица В.2

Характеристика	Значение
Диапазон измерения градиента напряженности магнитного поля, А/м2	800—50 000
Относительная погрешность измерения градиента, %	10
Продолжительность непрерывной работы измерителя от аккумуляторной батареи, емкостью 0,55 А ч, входящей в комплект поставки, ч, не менее	8
Масса в чехле, кг, не болееГабариты, мм, не более17012558	0,82

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑103А измеряет абсолютное значение производной (градиента) проекции поля на ось Z по переменной x.

Результат измерения определяется по градуировочным графикам, которые прилагаются к паспорту дефектоскопа. Эти графики связывают значения градиента с показаниями стрелочного индикатора 5 и положениями регуляторов чувствительности 7, 8 (рисунок В 1).

Работа с прибором производится в соответствии с руководством по эксплуатации.

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑105

В этой разработке механические переключатели заменены электронными. Для экономии питания при перерывах в работе введена кнопка «Память», переводящая прибор на экономичное питание с сохранением установленного уровня чувствительности. Технические характеристики дефектоскопа ДФ‑105 приведены в таблице В.3.

Таблица В.3

Характеристика	Значение
Диапазон измерения градиента напряженности магнитного поля, А/м2	2 000—65 000
Относительная погрешность измерения градиента, %	10
Продолжительность непрерывной работы измерителя от аккумуляторной батареи, емкостью 0,55 А/ ч, ч, не менее	8
Масса в чехле, кг, не болееГабариты, мм, не более17013562	0,94

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑105 (рисунок В.2) позволяет выявлять дефекты, соответствующие условным уровням чувствительности А, Б, Д по ГОСТ 21104.

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑105 также измеряет абсолютное значение производной (градиент) проекции поля на ось Z по переменной x. Отсчет производится по градуировочным графикам, связывающим значение градиента с показаниями стрелочного индикатора 7 и положением указателя уровня чувствительности 10.

1 — кнопка включения питания; 2 — световой индикатор питания; 3 — световой индикатор дефектов; 4 — световой индикатор разряда аккумуляторов; 5 — кнопка проверки напряжения аккумуляторной батареи; 6 — звуковой индикатор дефектов; 7 — измерительный прибор; 8 — соединитель для ФП; 9 — аккумуляторная батарея; 10 — указатель уровня чувствительности; 11, 12 — кнопки увеличения, уменьшения чувствительности; 13 — кнопка переключения дефектоскопа в дежурный режим; 14 — индикатор дежурного режима дефектоскопа.

Рисунок В.2 — Внешний вид дефектоскопа ДФ‑105А

Дефектоскоп-градиентометр феррозондовый ДФ‑201.1

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑201.1 (рисунок В.3) является прибором принципиально иного класса по сравнению с предыдущими дефектоскопами. Схема обработки сигналов ФП в нем построена на микропроцессоре, что позволило реализовать две новые функции:

— запоминание в оперативной памяти (ОЗУ) технологической информации о контролируемом объекте (номер завода изготовителя вагона, номер вагона, номер детали, тип дефекта, его характеристики и т. д.);

— повышение точности измерения градиента и непосредственный отсчет его величины на жидкокристаллическом индикаторе — дисплее (без градуировочных графиков).

Технические характеристики дефектоскопа представлены в ­таблице В.4.

Дефектоскоп-градиентометр ДФ‑201.1 позволяет выявлять дефекты, соответствующие условным уровням чувствительности А, Б, Д по ГОСТ 21104.

1 — кнопка включения питания; 2 — индикатор включения питания; 3 — дисплей; 4 — световой индикатор; 5 — батарея аккумуляторная; 6 — соединитель для подключения ФП; 7 — соединитель для подключения компьютера; 8 — кнопка записи информации о дефекте; 9, 10, 11 — кнопки переключения состояний прибора; 12 — кнопки ввода цифровой информации.

Рисунок В.3 — Внешний вид дефектоскопа-градиентометра ДФ‑201.1

Таблица В.4

Наименование параметра	Значение
Диапазон показаний градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м²	0—220 000
Диапазон измерений градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м²	1 000—200 000
Пределы допускаемой основной относительной погрешности  измерения градиента напряженности постоянного магнитного поля, % (GK — верхний предел измерения градиента напряженности, А/м2; G — измеренное значение градиента напряженности, А/м2).
Напряжение аккумуляторной батареи, В	8,5 — 13,0
Продолжительность непрерывной работы прибора от аккумуляторной батареи емкостью 0,55 Ач, входящей в комплект поставки, ч, не менее	20
Габаритные размеры прибора (в чехле), мм, не более	152  195  96
Масса прибора (в чехле), кг, не более	1,4

В.3 Магнитоизмерительные феррозондовые комбинированные приборы Ф‑205

Приборы магнитоизмерительные феррозондовые комбинированные Ф‑205 выпускаются в настоящее время в трех модификациях Ф‑205.03, Ф‑205.30, Ф‑205.38.

Магнитоизмерительный феррозондовый комбинированный прибор Ф‑205.03

Прибор магнитоизмерительный феррозондовый комбинированный Ф‑205.03 (рисунок В.4) совмещает в себе функ­ции дефектоскопа и измерителя и позволяет выполнять следующие основные операции:

— ввод технологической информации;

— обнаружение дефектов;

— измерение постоянного поля;

1 — кнопка включения питания; 2 — индикатор включения питания; 3 — дисплей; 4 — заводской номер; 5 — световой индикатор; 6 — гнездо соединителя для подключения преобразователей МДФ 9405.130, МДФ 9405.30 и МПФ-207 (градиентометров); 7 — батарея аккумуляторная; 8 — гнездо соединителя для подключения преобразователей МДФ 9405.30‑02 и МПФ-205 (полемеров); 9 — кнопка записи; 10 — гнездо соединителя для подключения устройства указания или компьютера; 11, 12, 13, 15 — кнопки переключения состояний прибора; 14 — кнопки ввода цифровой информации и переключения состояний прибора.

Рисунок В.4 — Внешний вид прибора Ф‑205.03 без чехла и преобразователей

— измерение градиента;

— запись характеристик поля;

— передача информации на компьютер.

В память прибора можно внести до 400 записей о результатах контроля деталей.

Технические характеристики прибора представлены в ­таблице В.5.

Таблица В.5

Наименование параметра	Значение
Диапазон показаний напряженности постоянного магнитного поля, А/м	± (0—4 000)
Диапазон измерений напряженности постоянного магнитного поля, А/м	± (30—3 000)
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения напряженности постоянного магнитного поля, % (НK — верхний предел измерения напряженности поля, А/м; Н — измеренное значение напряженности поля, А/м)
Диапазон показаний градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м2	± (0—250 000)
Диапазон измерений градиента напряженности постоянного магнитного поля, А/м2	± (1 000—150 000)
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения градиента напряженности постоянного магнитного поля, % (GK — верхний предел измерения градиента напряженности, А/м2; G — измеренное значение градиента, А/м2)

Составные части прибора приведены в таблице В.6.

Таблица В.6

Обозначение	Наименование по конструкторской документации	Кол. (шт.)	Примечание
МДФ 605-03	Блок электронный Ф-205.03	1
МДФ-9405.30-02	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Тn	1	Полемер
МДФ-9405.130-01	Преобразователь феррозондовый Р2/4Нn	1	Полемер
МДФ-9405.30	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Нг	1	Градиентометр
МДФ-9405.130	Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нг	1	Градиентометр
МОТ2	Батарея аккумуляторная	1

Для того чтобы освоить особенности контроля деталей прибором Ф‑205.03 рассмотрим его работу в состояниях, показанных на рисунке В.5.

Рисунок В.5 — Карта переключений состояний: 1 — ФИКС.; 2 — обнаружение дефектов и измерение градиента; 3 — УПР.

Состояние ФИКС. индицируется символом _F во второй строке дисплея. В этом состоянии значение порога фиксировано и не изменяется во время дефектоскопирования (рисунок В.6в).

Состояние обнаружение дефектов и измерение градиента индицируется символом _< во второй строке дисплея. В этом состоянии порог изменяется (следит) в соответствии с уровнем фона. Следует заметить, что в состоянии ФИКС. на дисплее высвечивается истинное значение порога, а в состояниях обнаружение дефектов и измерение градиента и УПР. — разница между истинным значением порога и уровнем фона.

Состояние УПР. индицируется символом во второй строке дисплея. В этом состоянии при изменении уровня порога используется более простой алгоритм.

Соотношения между значениями порогов и уровнем фона (в динамике это соответствует перемещению ФП слева направо в направлении оси x) для этих состояний показано на рисунке В.6 (а, б). Следует заметить, что значения порога для всех трех состояний установлено с помощью операции настройка порога по сигналу дефекта (см. руководство по эксплуатации прибора Ф‑205.03).

Анализ графиков позволяет сделать следующие выводы:

— контроль детали с заметным изменением фонового значения градиента в состояниях УПР. и обнаружение дефектов и измерение градиента (рисунок В.6 (б, а)) позволяет надежно (без пропусков) обнаружить дефект.

Однако дефектоскопист должен помнить, что при замедлении скорости перемещения ФП в области дефекта прибор может «воспринять» изменение значения градиента над дефектом как приращение фона. В этом случае индикаторы дефектов не сработают, и дефект будет пропущен. То есть при контроле скорость перемещения ФП должна быть стабильной и такой же, как при настройке порога;

— контроль детали с заметным изменением фонового значения градиента в состоянии ФИКС. (рисунок В.6в) может привести как к пропуску дефекта (дефект оказался ниже уровня фона), так и к ложному срабатыванию индикаторов дефектов в точке, где уровень фона оказался выше порога.

Рисунок В 6 — Соотношения между порогом и фоном в состояниях: а) обнаружение дефектов и измерение градиента; б) УПР.; в) ФИКС.

С другой стороны, при поиске дефекта помимо срабатывания индикаторов дефекта дефектоскопист может контролировать ситуацию (значение фона, наличие дефекта) по показаниям градиентометра. Для опытного дефектоскописта это поможет избежать ошибок и в состоянии ФИКС. (рисунок В.6в).

Прибор магнитоизмерительный феррозондовый комбинированный Ф‑205.30 (рисунок В.7) совмещает в себе функ­ции дефектоскопа и измерителя и позволяет выполнять следующие основные операции:

— ввод технологической информации;

— обнаружение дефектов;

— измерение постоянного поля;

— измерение градиента;

— запись характеристик поля;

— передача информации на компьютер.

1 — кнопка включения питания; 2 — индикатор включения питания; 3 — дисплей; 4 — заводской номер; 5 — световой индикатор; 6 — гнездо соединителя для подключения преобразователей МДФ 9405.130, МДФ 9405.30 (градиентометров); 7 — батарея аккумуляторная; 8 — гнездо соединителя для подключения преобразователей МДФ 9405.30-02 и МДФ 9405.130-01 (полемеров); 9 — кнопка записи; 10 — гнездо соединителя для подключения устройства указания или компьютера; 11,12,13, 15 — кнопки переключения состояний прибора; 14 — кнопки ввода цифровой информации и переключения состояний прибора.

Рисунок В.7 — Внешний вид прибора Ф‑205.30 без чехла и преобразователей

В отличие от прибора Ф‑205.03 прибор Ф‑205.30 позволяет записать в память результаты 4 000 измерений поля или градиента. Кроме того, в приборе реализована новая функция последовательной записи значений градиента или поля с заданным пространственным интервалом. Для этого в прибор введено устройство указания (манипулятор), с помощью которого можно выполнить запись характеристик поля с шагом 1 мм (см. рисунок В.8).

1 — колесо; 2 — «зубчик»; 3 — соединительный кабель; 4 — ФП; 5 — фиксатор ФП.

Рисунок В.8 — Манипулятор с ФП

Характеристики измерений поля и градиента совпадают с характеристиками прибора Ф‑205.03 и представлены в ­таблице В.5.

Составные части прибора приведены в таблице В.7.

Таблица В.7

Обозначение	Наименование по конструкторской документации	Кол. (шт.)	Примечание
МДФ 605-03	Блок электронный Ф-205.03	1
МДФ-9405.30-02	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Тn	1	Полемер
МДФ-9405.130-01	Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нn	1	Полемер
МДФ-9405.30	Преобразователь феррозондовый Р2/3 Нг	1	Градиентометр
МДФ-9405.130	Преобразователь феррозондовый Р2/4 Нг	1	Градиентометр
МОТ 2	Батарея аккумуляторная	1
МУМ 822	Устройство указания	1	Манипулятор

В.4 Феррозондовые измерители градиента и напряженности магнитного поля

Для проверки работоспособности намагничивающих устройств и систем необходимо периодически контролировать уровень намагниченности детали. Для этой цели служат измерители напряженности магнитного поля.

Измеритель напряженности магнитного поля МФ‑107

Типичным представителем семейства измерителей поля является прибор МФ‑107 (рисунок В.9).

1 — кнопка включения питания; 2 — индикатор включения питания; 3 — разъем для подключения ФП; 4 — аккумуляторная батарея; 5 — индикатор разряда батареи; 6 — звуковой индикатор; 7 — дисплей; 8 — индикаторы режимов измерения нормальной (Hn) или тангенциальной (H составляющих поля; 9 — кнопка переключения режимов измерения; 10 — индикатор включения второго диапазона; 11 — кнопка переключения диапазонов измерения; 12 — феррозондовый преобразователь

Рисунок В.9 — Внешний вид измерителя МФ‑107

Технические характеристики измерителя МФ‑107 представлены в таблице В.8.

МФ‑107 имеет ФП для измерения как нормальной (H_n), так и тангенциальной (H_) составляющих напряженности магнитного поля.

Таблица В.8

Продолжительность непрерывной работы измерителя от аккумуляторной батареи, емкостью 0,55 А/ч, входящей в комплект поставки, ч, не менее8Габаритные размеры в чехле, мм, не более125  182  66Масса, кг, не более 0,95Наименование характеристики ЗначениеДиапазоны показаний HилиHn, А/м		±(0—199,9) и ±(0—1 999)
Диапазоны измерений HилиHn, А/м±(40—180) и ±(160—1 800)Пределы допускаемой основной относительной погрешности Д измерения напряженности магнитного поля, % (Hk — конечное значение поддиапазона измерений, H — измеренное значение напряженности магнитного поля)

Измеритель напряженности магнитного поля МФ‑109

1 — кнопка включения питания; 2 — индикатор включения питания; 3 — индикатор разряда батареи; 4 — дисплей; 5 — индикатор полярности поля; 6 — индикатор режима измерения нормальной составляющей поля H_n; 7 — индикатор режима измерения тангенциальной составляющей поля H_τ; 8 — кнопка переключения режимов измерений; 9 — гнездо соединителя для подключения ФП; 10 — звуковой индикатор.

Рисунок В.10 — Внешний вид измерителя МФ‑109

Технические характеристики измерителя МФ‑109 представлены в таблице В.9.

Таблица В.9

ХарактеристикаЗначениеДиапазон показаний HилиHn, А/м		 (0—19 999)
Масса, кг, не более1,25Продолжительность непрерывной работы измерителя от аккумуляторной батареи, емкостью 0,55 А/ ч, входящей в комплект поставки, ч, не менееДиапазон измерений  HилиHn, А/м  (40—19 000)Пределы допускаемой основной относительной погрешности Д измерения напряженности магнитного поля, % (Hk — конечное значение диапазона измерений, H — измеренное значение напряженности магнитного поля) в комплект поставки, ч, не менее Аккумуляторной батареи, емкостью 0,55 А/ ч, входящей в комплекНоминальная емкость аккумуляторной батареи, Ач, не менее		8
Габаритные размеры в чехле, мм, не более145196 80

Измеритель МФ‑109 состоит из электронного блока, двух феррозондовых преобразователей (ФП), подсоединяемых к нему с помощью соединителей, и аккумуляторной батареи.

Внешний вид ФП показан на рисунке В.11.

ФП МПФ 205 преобразует в электрический сигнал проекцию H_x вектора напряженности магнитного поля на продольную ось преобразователя.

ФП МПФ 206 преобразует в электрический сигнал проекцию H_z вектора напряженности магнитного поля на нормальную ось преобразователя.

Рисунок В.11 — а) ФП МПФ 205; б) ФП МПФ 206

ФП измеряет абсолютное значение вектора напряженности магнитного поля, если направление силовых линий поля совпадает с нормальной осью преобразователя для МПФ 206 и с продольной — для МПФ 205.

При установке ФП МПФ 205 основанием на поверхность объекта измеряется проекция поля на ось x (продольную ось ФП). Для измерения тангенциальной составляющей поля H_ необходимо повернуть ФП вокруг оси z до получения максимальных показаний.

При установке ФП МПФ 206 основанием на поверхность объекта измеряется нормальная H_n по отношению к поверхности объекта составляющая поля.

Измеритель градиента напряженности магнитного поля ГФ‑105

Измеритель ГФ‑105 предназначен для измерения абсолютного значения составляющей градиента напряженности постоянного магнитного поля.

Технические характеристики измерителя ГФ‑105 представлены в таблице В.10.

Составные части измерителя приведены в таблице В.11.

Внешний вид измерителя ГФ‑105 показан на рисунке В.12.

Таблица В.10

Наименование характеристики	Величина
Диапазоны показаний, А/м2	0—20 000 и 0—200 000
Диапазоны измерений, А/м2	200—18 000 и 14 000—180 000
Предел допускаемой основной относительной погрешности, % (Gk — конечное значение градиента в поддиапазоне, G — измеренное значение градиента)
Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В	9,6
Номинальная емкость аккумуляторной батареи, А-ч, не менее	0,55
Потребляемый ток, не более, мА	35
Габариты, мм, не более	112
Масса, кг, не более	0,9

Таблица В.11

Обозначение	Наименование	Кол.
МКИЯ 422543.001	Блок электронный	1
МДФ 9405.30	Феррозондовый преобразователь Р2/3 Нг	1
МДФ 9405.130	Феррозондовый преобразователь Р2/4 Нг	1
МОТ 2-01	Батарея аккумуляторная	1

1 — звуковой индикатор; 2 — индикатор разряда батареи; 3 — батарея аккумуляторная; 4 — индикатор включения второго диапазона; 5 — кнопка переключения диапазонов измерения; 6 — дисплей; 7 — индикатор включения питания; 8 — кнопка включения питания; 9 — соединитель для подключения ФП; 10 — ФП.

Рисунок В.12 — Внешний вид измерителя ГФ‑105

В.5 Стандартные образцы

Стандартные образцы предназначены для настройки дефектоскопов перед проведением контроля деталей подвижного состава.

Стандартный образец (рисунок В.13) содержит пластину размерами 3004010 из стали 20 ГФЛ или стали 3 с нанесенным на нее искусственным дефектом. Пластина является частью замкнутой магнитной системы, включающей магнитопроводы и постоянные магниты.

1 — поворотное регулировочное устройство; 2 — магнитопровод; 3 — пластина с дефектом; 4 — ручка регулировочного устройства; 5 — фиксатор регулировочного устройства.

Рисунок В.13 — Стандартный образец

Номинальное значение градиента над дефектом стандартного образца приведено в таблице В.12.

Таблица В.12

Наименование образца	Номинальное значение градиента, А/м2	Погрешность воспроизведения градиента, %
ОСО-НО-021	6 500	 5
ОСО-НО-022	10 000	 5
ОСО-НО-023	12 000	 5
ОСО-НО-024	6 500	 5
ОСО-НО-025	7 000	 5
ОСО-НО-026	5 000	 5

Для стандартных образцов, имеющих три искусственных дефекта, в таблице В.12 приведено минимальное значение градиента из трех, измеренных над дефектами.