Портативный магнитометр для магнитопорошковой дефектоскопии
Магнитометр – прибор для измерения магнитной индукции, напряжённости магнитного поля и остаточной намагниченности объектов из ферромагнитных материалов при проведении магнитопорошкового контроля (МПК). В зависимости от конкретной модификации магнитометры могут применяться для измерения магнитной индукции магнитного поля, возбуждаемого переменным, постоянным и/или импульсным намагничивающим током. Измерение магнитной индукции (напряжённости магнитного поля) выполняется в мТл, мкТл, А/м, А/см, реже – Гс. Измерение остаточной намагниченности часто осуществляется в мкТл и А/м. Магнитометр позволяет следить за нормальной и тангенциальной составляющей напряжённости магнитного поля и эффективностью работы намагничивающего устройства. Для поддержания высокой выявляемости дефектов при проведении магнитопорошкового контроля соотношение нормальной и тангенциальной составляющей напряжённости (магнитной индукции) магнитного поля должно составлять Hн/Нт ≤ 3. Кроме того, намагничивающее устройство (электромагнит, постоянный магнит, магнитопорошковый дефектоскоп, соленоид, тороидальная обмотка или какое-либо другое) должно обеспечивать достаточную напряжённость магнитного поля при контроле способом приложенного поля и способом остаточной намагниченности, с тем чтобы обеспечить выявление поверхностных и подповерхностных дефектов – трещин, флокенов, расслоений, волосовин, надрывов, задиров, подрезов, закатов, шлаковых, флюсовых, окисных включений и т.д. Благодаря магнитометру можно оценивать фактические значения напряжённости магнитного поля как одного из ключевых параметров магнитопорошкового контроля. После его проведения и размагничивания магнитометр тоже очень полезен, поскольку позволяет измерять остаточную намагниченность и тем самым предотвращать многие проблемы с последующей обработкой и эксплуатацией контролируемого объекта (явление магнитного дутья при сварке, накопление продуктов износа в трущихся узлах, помехи в работе радиоэлектронной аппаратуры и пр.). Кроме того, измерители напряжённости магнитного поля помогают выявлять участки спонтанной намагниченности для контроля методом магнитной памяти металла. Использование магнитометров предусмотрено во многих руководящих нормативных технических документах (НТД) и операционных технологических картах (ОТК), регламентирующих порядок проведения неразрушающего контроля (НК) сварных соединений и основного металла технических устройств (ТУ), зданий и сооружений на опасных производственных объектах (ОПО).Содержание:
Принцип работы магнитометраИзмерение индукции постоянного магнитного поля
Нормальная и тангенциальная составляющие напряжённости магнитного поля
Индукция переменного магнитного поля
Индукция импульсного магнитного поля
Остаточная намагниченность
Как выбрать портативный магнитометр для магнитопорошковой дефектоскопии
Где выгодно покупать магнитометры
Назначение и принцип работы магнитометра – измерителя напряжённости магнитного поля
Магнитная индукция – векторная физическая величина, показывающая отношение силы, действующей на единицу длины прямолинейного проводника, перпендикулярного направлению поля, то есть к силе тока в проводнике. Магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), миллитеслах (мТл), микротеслах (мкТл), реже – в гауссах (в 1980 году единица магнитной индукции гаусс исключена из Международной системы единиц СИ). Для практических задач магнитопорошковой дефектоскопии чаще всего применяются магнитные поля с индукцией от 1,0 до 20,0 мТл.Напряжённость магнитного поля – тоже векторная магнитная величина, но которая, в отличие от магнитной индукции, не зависит от магнитных свойств среды и учитывает лишь зависимость интенсивности поля от значений тока и расположения магнитов. Напряжённость магнитного поля определяется моментом пары сил, действующих на контур с током и измеряется в ампер на метр (А/м) и ампер на сантиметр (А/см). Для магнитопорошковой дефектоскопии чаще всего применяются магнитные поля с напряжённостью в пределах 100–200 А/см. На полюсах постоянных магнитов напряжённость может достигать 1000–2000 А/см.
Тип магнитного поля, возбуждаемого при проведении магнитопорошкового контроля, определяется видом тока, который используется для намагничивания и размагничивания детали. В повседневной практике магнитопорошковой дефектоскопии чаще всего применяются:
- переменный ток. Поле распространяется преимущественно в поверхностном слое детали, а потому обеспечивает наиболее эффективное выявление поверхностных дефектов. Может наблюдаться существенный нагрев контролируемой поверхности;
- постоянный ток. Поле глубоко проникает в контролируемый материал, а потому позволяет выявлять не только поверхностные, но и подповерхностные несплошности (на глубине до 2 мм).
Для магнитопорошкового контроля чаще всего применяются магнитометры с преобразователями на основе первичных чувствительных элементов – датчиков Холла с усилителем сигнала и схемой температурной компенсации. Сам чувствительный элемент представляет собой пластину квадратной формы со сторонами по 0,6 мм. Обычно он расположен по центру корпуса преобразователя, на расстоянии 1,0 мм от его переднего торца. С магнитометром МФ-34ФМ МАГНОСКАН, например, доступно два преобразователя: П-1М, у которого магниточувствительная ось датчика Холла расположена перпендикулярно к его рабочей поверхности, и П-1С, у которого магниточувствительная ось совпадает с продольной частью рабочей поверхности. Линейные преобразователи Холла запитываются от источника стабилизированного постоянного тока. Выходная разность потенциалов датчиков Холла пропорциональна величине индукции магнитного пола и принимается программируемым измерительным усилителем. Микропроцессорный блок задаёт коэффициент его усиления таким образом, чтобы добиться максимально большого выходного сигнала, который после обработки в блоке автокомпенсации поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Блок автокомпенсации тоже управляется микропроцессорным блоком и нужен для того, чтобы создавать нулевое значение уровня входного напряжения АЦП при отсутствии магнитного поля вблизи датчика Холла. Микропроцессорный блок также принимает и обработку выходного сигнала АЦП, передаёт информацию на блок индикации (дисплей), отвечает за хранение, просмотр, экспорт записанных результатов замеров. Всё это относится к цифровым приборам. Раньше для измерения индукции магнитного поля применялись стрелочные индикаторы с циферблатом. Производством таких СИ занималась, к примеру, компания Magnaflux.
В некоторых магнитометрах предусмотрен режим компенсации внешних полей. Пример такого прибора – ИМП-6. В цилиндрическом канале преобразователя, который неразрывно соединён с корпусом электронного блока, предусмотрено два датчика Холла – передний (для измерений) и задний (для компенсации однородного магнитного поля Земли), расположенные на расстоянии 90 мм друг от друга. Режим компенсации внешних однородных полей помогает выполнять контроль малогабаритных слабо намагниченных объектов – при условии, что напряжённость магнитного поля на исследуемом участке и на расстоянии 90 мм от неё сопоставима с погрешностью прибора. Дополнительно к этому доступен режим прямых измерений без компенсации – для измерения напряжённости постоянного сильного магнитного поля при контроле крупногабаритных объектов. На их поверхности могут возникать широкие однородные полюса остаточного поля – достаточно большие, чтобы на расстоянии 90 мм показания магнитометра в режиме компенсации внешнего поля оказались заниженными. Режим прямых измерений позволяет избежать связанных с этим ошибок. Что касается датчиков Холла, то они представляют собой полупроводниковые прямоугольные пластинки. При помещении такого магниточувствительного элемента в магнитное поле возникает поперечная разность потенциалов, и на прибор поступает электрический сигнал, от напряжения которого зависит результат измерения.
Режим компенсации внешних однородных полей реализован не во всех измерителях напряжённости магнитного поля. В каких-то приборах компенсация выполняется средствами программного обеспечения (МФ-23ИМ), другим это и вовсе не требуется (МФ-34ФМ МАГНОСКАН).
Измерение индукции постоянного магнитного поля
Измерение напряжённости (индукции) постоянного магнитного поля может выполняться в режиме непрерывного сканирования. Для этого преобразователь устанавливают вплотную к объекту контроля и перемещают его вдоль поверхности. Если направление поля неизвестно, то дополнительно рекомендуется немного поворачивать преобразователь, чтобы было легче зафиксировать максимальное значение. Положение преобразователя подбирается таким образом, чтобы плоскость его чувствительного элемента и магнитные силовые линии оказались взаимно перпендикулярны. Результаты измерения при этом автоматически обновляются на дисплее (жидкокристаллическом индикаторе) магнитометра.Нормальная и тангенциальная составляющая напряжённости магнитного поля
Нормальная составляющая индукции (напряжённости) магнитного поля ориентирована перпендикулярно к контролируемой поверхности, «вглубь» ферромагнитного материала (например, вдоль полюсных наконечников приставного электромагнита).Соотношение нормальной (Нн) и тангенциальной (Нт) составляющей индукции (напряжённости) не должно превышать «3» (Нн/Нт ≤ 3). Как и в случае с нормальной составляющей, для измерения тангенциальной составляющей индукции (напряжённости) магнитного поля необходимо правильно позиционировать преобразователь – таким образом, чтобы магнитные силовые линии были направлены перпендикулярно чувствительному элементу. Соответственно, для измерения нормальной составляющей напряжённости или индукции магнитного поля преобразователь устанавливают «плашмя» на контролируемую поверхность, а для измерения тангенциальной составляющей – преобразователь устанавливают на неё торцом (ребром).
Измерение индукции переменного магнитного поля
Измерение напряжённости переменного магнитного поля выполняется немного иначе: после установки преобразователя перпендикулярно силовым линиям намагничивающего устройства необходимо нажать на магнитометре специальную кнопку и удерживать её до срабатывания звукового сигнала. После этого на экране отображается среднеквадратичное и пиковое значение напряжённости переменного магнитного поля, а при наличии осциллограммы – ещё и форма замороженного сигнала. У магнитометра МФ-34ФМ МАГНОСКАН, например, максимальное значение на осциллограмме дополнительно подсвечивается красным маркером. Горизонтальный масштаб осциллограммы регулируется и может достигать 24 с.Измерение индукции импульсного магнитного поля
Аналогично это работает в режиме измерения напряжённости импульсного магнитного поля. Перед началом работы рекомендуется установить порог срабатывания таким образом, чтобы исключить влияние шумов и помех. Измерение осуществляется по импульсу магнитного поля положительной полярности. Для этого тоже необходимо установить преобразователь перпендикулярно силовым линиям намагничивающего устройства, нажать кнопку на клавиатуре прибора, удерживать её до звукового сигнала и появления на экране специальной пиктограммы и включить источник импульсного магнитного поля. На дисплее магнитометра автоматически отобразится среднеквадратичное и пиковое значение напряжённости импульсного магнитного поля.Измерение остаточной намагниченности
Для этого используются магниторезистивные преобразователи. В комплекте магнитометра МФ-34ФМ МАГНОСКАН это преобразователь Г-2С с диапазоном измерений от 1 до 1600 А/м (1–2000 мкТл). В конструкции предусмотрено два магниторезистивных датчика, расположенных на одной оси на расстоянии 20 мм друг от друга. Помимо этого, в преобразователе Г-2С располагается схема размагничивания, усилитель, 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь и энергонезависимая память, благодаря которой преобразователь автоматически распознаётся прибором при подключении и в которой хранятся градуировочные константы. Считается, что преобразователь Г-2С не предназначен для размещения в магнитном поле с величиной магнитной индукции более 2 000 мкТл. Впрочем, в реальной практике магнитопорошкового контроля преимущественно используются магнитные поля с индукцией от 1,0 до 20 мТл. Реже это значение достигает 150 мТл (при намагничивании в соленоидах) или максимум 200 мТл (например, для МПК изделий, покрытых слоем хрома толщиной до 0,2 мм).В зависимости от направления магнитных силовых линий и позиционирования преобразователя результат может быть как положительным (со знаком «+»), так и отрицательным (со знаком «-»), но в данном случае это говорит лишь о направлении магнитного поля (полярности), не об абсолютной величине. Подготовка магнитометра к измерению остаточной намагниченности также предусматривает установку нуля и проверку на специальном калибровочном устройстве (контрольном образце). К магнитометру МФ-34ФМ МАГНОСКАН, например, с этой целью прилагается контрольный образец КО-2 с направляющим цилиндрическим отверстием под преобразователь Г-2С. Остаточная намагниченность контрольного образца КО-2 – 400 мкТл. Если результат измерения получился равным этому значению (с отклонением в пределах допускаемой абсолютной погрешности, скажем, порядка 10-14 мкТл), значит, магнитометр с преобразователем готовы к работе. В противном случае требуется калибровка у производителя либо в аккредитованной метрологической службе.
Измерение остаточной намагниченности после проведения магнитопорошкового контроля выполняется не всегда. Многие нормативные технические документы, наоборот, это предусматривают и требуют, чтобы она не превышала определённых значений (часто не более 5 А/см). Как и напряжённость магнитного поля, остаточную намагниченность измеряют, прежде всего, в местах наибольшей концентрации магнитного поля – по боковым граням, в местах резкого перехода поперечного сечения, на двугранных углах, кромках и т.д. Именно эти участки, к слову, являются концентраторами напряжений, а потому наиболее склонны к образованию трещин и иных дефектов. Позиционировать преобразователь нужно таким образом, чтобы магнитные силовые линии были направлены перпендикулярно к плоскости его чувствительного элемента. Измерение остаточной намагниченности может выполняться в режиме непрерывного сканирования, с рекомендуемой скоростью не более 5 см/с.
Как выбрать магнитометр
Как и другие приборы для неразрушающего контроля, в первую очередь необходимо отталкиваться от требований нормативных технических документов. Что касается наиболее важных характеристик магнитометра, то к ним можно отнести следующее.- Утверждение типа СИ. Магнитометры применяются для НК на опасных производственных объектах, которые подведомственны Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору и на которые распространяется федеральный закон от 26 июня 2008 года №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». А значит, как и другие средства измерения, которые применяются для неразрушающего контроля на ОПО, магнитометры (измерители напряжённости магнитного поля) подлежат метрологической аттестации, утверждению типа СИ, внесению в Госреестр СИ РФ и ежегодной поверке в аккредитованной метрологической службе. Если при проведении магнитопорошкового контроля предусматривается использование магнитометр, то при составлении заключения по результатам МПК может потребоваться указание номера, даты выдачи и срока действия свидетельства о поверке прибора.
- Диапазон измерений. Какие-то приборы подходят для измерения напряжённости только постоянного магнитного поля. Другие – могут измерять напряжённость ещё и переменного поля. В этом случае, помимо напряжённости, приборы могут измерять также пиковое значение и среднеквадратичное значения напряжённости (индукции). Если же магнитометр может работать и с импульсным магнитным полем, то к измеряемым величинам прибавляется пиковое значение напряжённости (индукции) однократного импульса магнитного поля. Если же говорить о главной величине – напряжённости (индукции) магнитного поля (постоянного, переменного и/или импульсного) – то у разных приборов он выражается в разных единицах измерения. Так, по данным ФГИС «Аршин», у магнитометра ИМП-6 он составляет от 10 до 19 900 А/м (до 200 А/см), причём речь идёт исключительно о постоянном магнитном поле. У магнитометра МФ-34ФМ МАГНОСКАН диапазон измерения магнитной индукции переменного, постоянного и импульсного магнитного поля достигает 300 мТл (4 800 А/см). Дефектоскопический магнитометр МФ-23ИМ, например, может измерять напряжённость постоянных, переменных и импульсных полей в диапазоне до 8 000 А/см. У магнитометра ИМАГ-400Ц диапазон показаний от 0,1 до 95 мТл (от 1 до 750 А/см). Что касается дискретности измерений (значения единицы младшего разряда), то у многих современных измерителей напряжённости магнитного поля она не превышает 1 А/м (1 А/см, 1 мТл). Предел допускаемой абсолютной погрешности зависит от режима (типа магнитного поля) и единицы измерения. У современных магнитометров абсолютная погрешность не превышает 3%, у приборов более старших поколений – может достигать 5%. В руководстве по эксплуатации к магнитометру ИМАГ-400Ц, например, уточняется, что режим измерения импульсных магнитных полей – лишь «факультативный» и не предполагает нормирования по погрешности. Справочным ориентиром при измерении индукции импульсного поля считается погрешность в пределах 4% от контролируемой величины. У других приборов типа того МФ-34ФМ МАГНОСКАН режим измерения амплитудного значения магнитной индукции импульсного магнитного поля – один из основных, и заявляемая погрешность не превышает ±(0,1*B + 3), где В – измеренное значение магнитной индукции в мТл.
- Возможность измерения градиента напряжённости в А/кв. см. Такая функция реализована, например, в магнитометре МФ-34ФМ МАГНОСКАН.
- Возможность измерения остаточной намагниченности (дифференциального значения магнитной индукции).
- Доступные единицы измерения. Современные приборы поддерживают несколько единиц измерения. Для напряжённости и индукции магнитного поля – это мТл, мкТл, А/м, А/см, кА/м, реже – гауссы и эрстеды. Для остаточной намагниченности – мкТл, А/м, А/см.
- Графическое отображение результатов измерений. В самом простом варианте результат отображается на маленьком жидкокристаллическом индикаторе (ИМАГ-400Ц, МФ-23ИМ, FSM-2 и GM-04 от Magnaflux, Helling MP-1000 и др.). У более продвинутых магнитометров предусмотрена осциллограмма. Магнитометр МФ-34ФМ МАГНОСКАН, например, дополнительно к этому позволяет переключаться между светлой и тёмной цветовой схемой – для комфортной работы при любой освещённости. На рабочий экран могут выводиться важные параметры – например, температура преобразователя, заряд аккумулятора, порог срабатывания сигнализации, минимальное и максимальное зафиксированное значение, масштаб осциллограммы и пр.
- Доступные преобразователи и тип их исполнения. К большинству магнитометров прилагаются преобразователи с датчиками Холла. У некоторых доступна возможность работать с магниторезистивными и/или феррозондовыми. Существуют также феррозондовые преобразователи градиентометрического типа, которые, в отличие от преобразователей с датчиками Холла, лучше адаптированы к высоким температурам (до +45 градусов Цельсия) и обеспечивают более высокую локальность измерений.
- Наличие световой и/или звуковой сигнализации. Отдельный нюанс – способ настройки порога срабатывания сигнализации. У одних приборов это задаётся в настройках, через пользовательский интерфейс (МФ-34ФМ МАГНОСКАН). У других пороговое значение регулируется при помощи встроенного потенциометра. Оператору нужно отвёрткой повернуть шлиц потенциометра по часовой стрелке (чтобы увеличить порог срабатывания) либо против часовой стрелке (чтобы уменьшить порог срабатывания).
- Тип аккумулятора и продолжительность автономной работы. Одни приборы работают от встроенного, скажем, литий-ионного аккумулятора. Другие – от заменяемых батарей типа АА. У некоторых моделей доступен режим автоматического отключения при длительных паузах между замерами. В зависимости от модификации магнитометра за индикацию заряда аккумулятора отвечает специальный светодиод (как у ИМП-6) либо специальный значок на экране прибора (МФ-34ФМ МАГНОСКАН).
Где купить хороший магнитометр для магнитопорошкового контроля
Спонсорами проекта «Дефектоскопист.ру» являются уважаемые российские производители и поставщики измерителей напряжённости магнитного поля.НПФ «АКА-Скан». Созданная в 2011 году научно-производственная фирма с производственно-технической базой в Москве, где находится в том числе и собственный цех механической обработки. Филиал компании работает в Санкт-Петербурге. В НПФ «АКА-Скан» трудится доктор технических наук и кандидаты технических наук. Сегодня компания выпускает портативные магнитометр (микротесламетр-градиентометр) МФ-24ФМ и универсальный магнитометр МФ-34ФМ МАГНОСКАН. Оба прибора внесены в Государственный реестр СИ РФ. К обоим приборам выпускается большое количество преобразователей для измерения напряжённости (индукции) магнитных полей, остаточной намагниченности, градиента напряжённости и пр. Гарантия на магнитометры составляет 2 года. Уточнить характеристики магнитометров и заказать комплект под свои задачи можно по телефону +7 (495) 532-56-42 и по почте info@aka-scan.ru.
НИИИН МНПО «СПЕКТР». Группа компаний создана на базе Научно-исследовательского института интроскопии, основанного ещё в 1964 году. Это один из самых авторитетных в РФ разработчиков оборудования и технологий НК. Сегодня НИИИН МНПО «СПЕКТР» выпускает портативный магнитометр (миллитесламетр) МХ-10 (диапазон измерений 0,1–100 мТл, наличие схемы температурной компенсации), дефектоскопический магнитометр МФ-23ИМ и индикатор остаточной намагниченности изделий из ферромагнитных материалов МИ-10Х. Магнитометры производства НИИИН МНПО «СПЕКТР» внесены в Государственный реестр СИ РФ и реестр ОАО «РЖД». Заказать магнитометр под свои задачи можно в интернет-магазине института: +7 (499) 322-38-98, sales@niiin.ru.
ЕЦНК (Единый Центр Неразрушающего Контроля). Создан в 2009 году. Центральный офис находится в Санкт-Петербурге, филиалы работают в Казани, Москве, Самаре, Уфе и Екатеринбурге. В каталоге представлены магнитометры от разных отечественных и импортных производителей. Официальный дистрибьютор НПФ «АКА-Скан» и других разработчиков. Бесплатная справочная линия: +7 (800) 777-18-43, ecnk@ecnk.ru.
NDT Rus LLC. Федеральная компания, которая базируется в Тюмени и является одним из крупнейших на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке поставщиков оборудования для неразрушающего контроля и дефектоскопических материалов. Официальный дистрибьютор НПФ «АКА-Скан» и Karl Deutsch – немецкого производителя приборов для измерения магнитного поля DEUTROTEST 3873. Бесплатный звонок в отдел продаж: +7 (800) 550-64-94, info@nd-testing.ru.
«ГЕО-НДТ». На рынке НК с 2010 года. Уважаемый поставщик с очень большим складом в Москве, собственной метрологической службой и сервисным центром. Официальный дистрибьютор НПФ «АКА-Скан». В каталоге представлены все популярные в РФ измерители напряжённости магнитных полей. Запросить коммерческое предложение: +7 (495) 988-79-77, info@geo-ndt.ru.
Многие из партнёров «Дефектоскопист.ру» предоставляют форумчанам хорошие скидки. Берегите бюджет своей лаборатории – и покупайте оборудование неразрушающего контроля только у надёжных поставщиков!