DE2701857A1

DE2701857A1 - Messbruecke fuer vorrichtung zur werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE2701857A1
Application number: DE19772701857
Authority: DE
Inventors: Michel Pigeon; Robert Saglio
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1976-01-22
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1977-07-28
Also published as: NL169643C; GB1534673A; FR2339170A1; FR2339170B1; JPS5291490A; NL169643B; DE2701857C2; US4109201A; IT1116701B; NL7700474A; BE850611A

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßbrücke für eine Vorrichtung zur Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode.

Meßbrücken für Vorrichtungen zur Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode haben zwei Widerstände und zwei Spulen in einer Wheatstone-Schaltung. Falls die beiden Spulen Fehler des Prüflings erfassen, kann mit der Brücke eine Differenz-Messung durchgeführt werden. Wenn eine einzige der Spulen Fehler des Prüflings erfaßt, kann mit der Brücke eine Absolütmessung durchgeführt werden.

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Mit derartigen Brücken können Sonden gebaut werden, die zusammen mit Erreger- und Meßeinrichtungen bestimmte Fehler nachweisen können, die Werkstoffe beeinflussen, die in der Nähe oder im Innern der Spulen vorbeilaufen. Wenn die Analyse in einer Impedanzebene erfolgt, wird jeder Fehler in dieser Ebene in eine Kurve mit Acht-Form übertragen, aus deren Verlauf, Amplitude und Neigung die Art und die Amplitude des Fehlers bestimmt werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Meßbrücke mit erhöhtem Durchlaßbereich der Sonde anzugeben, bei der das Verhältnis zwischen den Signalen für einen örtlich begrenzten Fehler und für einen ausgedehnten Fehler vergrößert ist und bei der die Antwort-Kurve in Acht-Form einen symmetrischen Verlauf aufweist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Widerstand parallel zu der oder den Spulen vorgesehen ist, die auf Fehler ansprechen.

Die Zuschaltung eines derartigen Widerstandes führt zu folgenden Vorteilen:

1. Der Durchlaßbereich der Sonde ist erhöht,

2. das Verhältnis zwischen den Signalen für einen örtlich begrenzten Fehler und einen ausgedehnten Fehler ist vergrößert, und

3. die Antwort-Kurve in Acht-Form hat einen symmetrischen Verlauf.

Die Erfindung betrifft also eine Meßbrücke für eine Vorrichtung zur Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode (Absolutwert-Brücke oder Differenz-Brücke) und zeichnet

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eich durch einen zusätzlichen Widerstand parallel zu der oder den Spulen aus, die auf Fehler des Prüflings ansprechen.

In vorteilhafter Weise ist die Meßbrücke eine Doppelbrücke; sie weist nämlich zugleich eine Differenz-Meßbrücke und eine Absolutwert-Meßbrücke auf, wobei diese beiden Brücken gemeinsam die Spule besitzen, die in beiden Fällen auf Fehler des zu prüfenden Werkstoffes anspricht und parallel zum zusätzlichen Widerstand vorgesehen ist. Diese Doppelbrücke kann gleichzeitig eine Differenz-Messung und eine Absolutwert-Messung ausführen, oder, wenn ein Schalter zwischen dem Absolutwert-Ausgang und dem Differenz-Ausgang vorgesehen ist, entweder eine Absolutwert-Messung oder eine Differenz-Messung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Differenz-Meßbrücke, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Absolutwert-Meßbrücke,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Absolutwert- und/oder Differenz-Doppelbrücke, und

Fig. k ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßbrücke.

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßbrücke dargestellt, mit dem eine Differenz-Messung durchgeführt werden kann. Diese Brücke besteht aus zwei ersten Zweigen 1 aus jeweils einem Widerstand mit dem Widerstandswert FL und aus zwei zweiten Zweigen 2 aus jeweils einer Spule Z₁. Erfindungsgemäß ist jede Spule Z₁ einem parallel vorgesehenen zusätzlichen Widerstand R zugeordnet. Die Brücke wird mit Hilfe eines Trans-

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formators Ί versorgt. Die Differenz-Messung erfolgt, indem das am Ausgangsanschluß S, abgegebene Signal analysiert wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßbrücke ist besonders zur Prüfung von Werkstoffen geeignet, die Fehler mit kleinen Abmessungen gegenüber der Länge der Spulen aufweisen. Dies ist schematisch in der Fig. 1 gezeigt, in der ein Prüfling 6 und ein lokaler Fehler 8 dargestellt sind. Entsprechend dem herkömmlichen Prinzip der Differenz-Sonde bringt der Durchgang des Fehlers 8 in beiden Spulen nacheinander die beiden Induktionszweige der Brücke aus dem Abgleich und führt zu Änderungen des am Ausgang S auftretenden Signales, die in der Impedanzebene in eine Kurve mit Acht-Form übertragen werden.

Die Schaltung der Fig. 1 ist jedoch zur Prüfung von Werkstoffen weniger geeignet, die Fehler aufweisen, deren Abmessungen die Länge der beiden Spulen überschreitet. In diesem Fall führt nämlich jeder ausgedehnte Fehler zu zwei gleichen Unsymmetrien in beiden Spulen, so daß dieser Fehler nicht durch die Differenz-Meßbrücke erfaßt wird. Ein derartiger Fehler kann jedoch durch eine Absolutwert-Meßbrücke erfaßt werden, wie diese in der Fig. 2 dargestellt ist.

In dieser Figur hat die Meßbrücke auch zwei parallele Zweige, von denen der erste Zweig 10 aus zwei Widerständen R₂ besteht und der zweite Zweig 12 einerseits durch eine Spule Z_, die auf Fehler des Prüflings anspricht und parallel zu einem Widerstand R angeordnet ist, und andererseits aus einer Induktivität I¹J gebildet ist, die gegenüber Fehlern des Prüflings unempfindlich

ist. Auch diese Brücke wird durch einen Transformator 16

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versorgt, und die Absolutwert-Messung erfolgt, indem das am Ausgang S abgegebene Signal analysiert wird.

el

Wenn ein Prüfling 18 mit einem sehr ausgedehnten Fehler 20 in die Spule Zp eindringt, kommt der Zweig 12 der Brücke aus dem Abgleich, und der Fehler wird erfaßt .

Damit das am Ausgangsanschluß S gemessene Signal von

der Erregerspannung der Brücke frei wird, kann die Induktivität 1Ί durch eine Schaltung ersetzt werden, die diese Erregerspannung kompensiert, wie dies in Einzelheiten in der Fig. 3 dargestellt ist.

Die Pip'. 3 zeigt eine Doppelbrücke aus einer Absolutwert-Meßbrücke und einer Differenz-Meßbrücke. Die Absolutwert-Meßbrücke besteht aus zwei ersten Zweigen 22 aus jeweils einem Widerstand R₁ und zwei zweiten Zweigen 2 M aus jeweils zwei Spulen Z. Erfindungsgemäß sind zusätzliche Widerstände R parallel zu den beiden Spulen Z vorgesehen. Der Ausgang für die Differenz-Messung hat ebenfalls das Bezugszeichen S.. Die Brücke wird über einen Transformator 26 versorgt.

Der der Absolutwert-Meßbrücke entsprechende Teil besteht aus zwei ersten Zweigen 28 aus jeweils einem Widerstand R₂ und zwei zweiten Zweigen aus der Spule 25 und deren zugeordnetem Widerstand R sowie aus einer Schaltung 30, die eine Kompensation der Erregerspannung erlaubt. Diese Schaltung 30 hat ein Potentiometer 32, an dem über eine Verbindung 3Ί die Versorgungsspannung am Transformator 26 liegt, sowie eine veränderliche Kapazität 36. Durch Einstellen des Potentiometers 32 und der Kapazität 36 kann die Absolutwert-Brücke so auf Null abgeglichen werden, daß die am Absolutwert-Ausgangsanschluß S auftretende Spannung vom Erregersignal

et

frei ist.

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Mit der Schaltung der Fig. 3 kann entweder eine Absolutwert-Messung oder eine Differenz-Messung und dies mit ein und derselben Sonde durchgeführt werden, sofern die Analysiereinrichtung (Aufzeichnungsgerät, Oszilloskop, usw.) mit einem Schalter ausgestattet ist, der sie entweder mit dem Ausgang S oder dem Ausgang S verbindet.

Mit der Schaltung der Fig. 3 ist jedoch auch gleichzeitig eine Absolutwert-Messung und eine Differenz-Messung möglich, wenn jeder Ausgang S und S mit der Analysiereinrichtung verbunden ist.

Die Festlegung des Widerstandswertes für den Widerstand R parallel zu den Spulen ist nicht kritisch; vorzugsweise ist jedoch der Widerstandswert des Widerstandes R kleiner als die Widerstandswerte der Widerstände R₁ (für eine Differenz-Meßbrücke) oder kleiner als die Widerstandswerte der Widerstände Rp (für eine Absolutwert-Meßbrücke). Vorzugsweise werden für die Spulen Induktivitäten verwendet, deren Impedanz Z größer als der Wert des Widerstandes R ist.

Eine Doppelbrücke (vgl. Fig. 3) kann z. B. die folgenden Werte aufweisen:

R₁ = 1 kil,

R₂ = 10 kil,

R = 238 Jl , und

Z > 238 Jl.

Die soeben beschriebene Brücke kann verschiedene Schaltungen haben, die elektrisch gleichwertig sind. Eines dieser Ausführungsbeispiele ist in der Fig. 4 dargestellt. In dieser

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Figur hat die Brücke einen Widerstandszweig 40 aus zwei Widerständen R, und einen Induktionszweig 42 aus den Spulen Z.. Sie hat weiterhin einen dritten Widerstand 44 mit dem Widerstandswert R, gleich den beiden anderen Widerständen zwischen den Mittenpunkten der beiden Zweige. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede Spule Z₁ parallel einem Widerstand zugeordnet, der die Summe des Widerstandes 44 und des einen Widerstandes der Widerstände des Zweiges 40 bildet, nämlich 2 R .

Anstelle der oben angegebenen Zahlenwerte können z. B. bei diesem Ausführungsbeispiel drei Widerstände des halben Wertes von 238 Π verwendet werden, z. B. der genormte Wert von 122 Xt . Wenn die Brücke eine Doppelbrücke ist, bleibt der Widerstandswert des Widerstandes R_ bei 10 kit. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt in einer Verringerung des Widerstandswertes der Widerstände R₁ der Meßbrücke und damit in einer entsprechenden Verringerung der einem Verstärker angebotenen Impedanz. Dieser ist sonst weniger gegenüber Rauschen und elektrischen Störsignalen empfindlich.

Die erfindungsgemäße Meßbrücke kann in jeder Vorrichtung zur Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode vorgesehen werden (vgl. PR-OS 75 27615: "Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode mit Mehrfrequenz-Anregung und Ausschluß bestimmter Parameter").

Wie oben erläutert wurde, kann durch den zusätzlichen Widerstand R parallel zu der auf Fehler empfindlichen Spule insbesondere die Antwort-Kurve in Acht-Form symmetrisch gestaltet werden. Wenn dieser Widerstand nicht vorgesehen ist, zeigt die erhaltene Kurve oft einen asymmetrischen Verlauf, so daß der Ausschluß bestimmter Parameter entsprechend dem oben angegebenen Verfahren (vgl. FR-OS 75 27615) sich

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als schwierig erweisen kann. Durch den erfindungsgemäßen Widerstand wird beträchtlich der Ausschluß unerwünschter Parameter erleichtert.

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Claims

Ansprüche

flJ Meßbrücke für Vorrichtung zur Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode,

mit zwei ersten benachbarten Zweigen aus je einem Widerstand, und

mit zwei zweiten benachbarten Zweigen parallel zu den ersten Zweigen,

wobei mindestens einer der Zweige aus einer Spule besteht, die auf Fehler des Prüflings anspricht,

gekennzeichnet durch

einen zusätzlichen Widerstand (R) parallel zur Spule (Z.) (Pig. D.
2. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstandes (R) kleiner als der Widerstandswert jedes Widerstandes (R₁) der ersten beiden Zweige ist.
3. Meßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des zusätzlichen Widerstandes (R) kleiner als der Impedanzwert der Spule (Z₁) ist.
Ί. Meßbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zweiten benachbarten Zweige aus zwei Spulen (Z₁) bestehen, die gegenüber den Fehlern (8) des Prüflings (6) empfindlich sind, und daß ein zusätzlicher Widerstand (R) parallel zu jeder Spule (Z₁) liegt, so daß die Brücke Differenz-Messung erlaubt (Fig. 1)
5. Meßbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

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ORIGINAL INSPECTED

kennzeichnet, daß die beiden zweiten benachbarten Zweige aus einer einzigen Fehler (20) des Prüflings (18) erfassenden Spule (Zp) mit dem zusätzlichen Widerstand (R) an deren Anschlüssen und aus einer die Fehler (20) nicht erfassenden konstanten Induktivität (14) bestehen, so daß die Brücke Absolutwert-Messung erlaubt (Fig. 2).
6. Meßbrücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsspannung an den Anschlüssen der Fehler erfassenden Spule (Z) liegt, um die Erregerspannung an dieser Spule (Z) zu kompensieren (Fig. 3).
7. Meßbrücke nach den·Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbrücke eine Doppelbrücke ist und eine Differenz-Meßbrücke sowie eine Absolutwert-Meßbrücke aufweist, die beide gemeinsam haben:

die Spule (Z), die in beiden Fällen Fehler des Prüflings erfaßt, und

den zusätzlichen Widerstand (R) parallel zu dieser Spule (Z), so daß diese Doppelbrücke Differenz- und/oder Absolutwert-Messung erlaubt.

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