在线磁悬液浓度测量装置的研制

    在湿法磁粉探伤中,现场大批量零件探伤完毕后,部分磁粉被零件吸附,使磁悬液浓度降低,对探伤质量造成很大的影响,磁悬液浓度过高或过低,都会降低探伤灵敏度[1]。因此,探伤人员需要每天在探伤前先检测磁悬液浓度,根据测定结果确定是否需要添加磁粉或更换磁悬液,以保持相对固定的磁悬液浓度。

    常用磁悬液浓度测量方法是采用测量磁粉容积的梨形沉淀管法[2]。该方法存在测量时间长、不能及时反馈等缺点,同时,由于零件上的污物(如沙土和氧化物等)带入磁悬液中,使测量结果不准确,导致在大批量零件的探伤中,用该方法测定的结果往往是使用一段时间后的磁悬液浓度反而比原先的磁悬液浓度大[3]。为了更快更准确地测量磁悬液浓度,磁粉探伤工作者在传统磁悬液浓度测量方法基础上,提出了一些新的测量方法,如光电转换法、电磁感应法、标准缺陷试块法[4]和离心法[5]等。但光电转换法测量分散性大,操作相对不便;标准缺陷试块法试块加工要求高,而且容易受到腐蚀破坏;离心法存在测量速度慢,容易受砂土等污物影响;相比之下,电磁感应法相对容易、稳定。

    针对传统磁悬液浓度测量方法的不足,利用磁悬液中磁粉的导磁性,笔者提出一种在线自动检测磁悬液浓度的方法和测量装置,能够准确地测量正常工作中的磁悬液浓度。

1　测量方法与原理

1.1　测量原理

    利用磁悬液中磁粉的高磁导率特性,使用电感线圈和电阻组成电桥来测量磁悬液浓度(图1)。用特定频率的交流信号激励电桥,其中绕制的电感线圈作为传感器,工作中的磁悬液从传感器线圈中流过,由于磁粉具有较强的导磁性,流过传感器线圈的被测磁悬液的浓度变化会导致传感器电感量变化,从而引起电桥输出变化,该变化通过放大处理后可以显示出磁悬液浓度变化情况。

1.2　实验验证

1.2.1　磁悬液中磁粉的导磁性验证

    在空心塑料管上绕制漆包线形成传感器线圈,配置不同浓度的磁悬液,实验使用荧光磁粉,根据JB/T 4730.4—2005标准,荧光磁粉浓度一般为1~3 g/L[2],磁悬液浓度分别配置为0.5,1,1.5和2 g/L。用电感/电容/电阻测试(LCR)电桥测量线圈内分别为空气、水和不同浓度磁悬液时的电感值(测量频率100 kHz),测量结果见表1。

    表1可见,不同浓度磁悬液的磁导率μr不同,从而导致其通过传感器线圈时线圈的电感量不同,表明了该测量方法的可行性。

1.2.2　全桥电路验证

    用1 MHz的正弦信号激励图1所示的测量电桥,在线圈内为空气时调节电桥的参数使其输出尽量达到平衡(图2a),然后分别测量线圈内为水和磁悬液(2 g/L)时电桥的两个桥臂输出情况,结果分别如图2b和c。图中两条曲线分别为图1中A-G和B-G之间的电压,可见磁悬液和水通过线圈时引起电桥输出产生不同的变化。