Основные теоретические сведения

Лабораторная работа № 3

Измерение толщины изоляционного покрытия магнитным толщиномером

Самара 2008

Цель работы

Ознакомление с принципом работы магнитного толщиномера МТ2003 и получение практических навыков измерения с его помощью толщины изоляционного покрытия.

Основные теоретические сведения

Изоляционные покрытия, применяемые на подземных магистральных трубопроводах, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- диэлектрические свойства;

- сплошность;

- адгезия – прилипаемость к металлу трубопровода;

- водонепроницаемость;

- механическая прочность и эластичность;

- биостойкость;

- термостойкость;

- простота конструкции покрытий и возможность механизации нанесения;

- долговечность.

Противокоррозионную защиту подземных трубопроводов осуществляют покрытиями на основе:

- мастичных покрытий (битумных, асфальтосмолистых или каменноугольных), наносимых в базовых или трассовых условиях;

- полимерных лент (полиэтиленовых, поливинилхлоридных, полиолефиновых и др.), наносимых в заводских или базовых условиях;

- термоусаживающихся и термореактивных полимерных материалов (полиэтилен, полипропилен, полиуретан, полиолефин) и эпоксидных красок, наносимых только в заводских условиях напылением или экструдированием;

- неорганических материалов (цементных, стеклоэмалевых);

- комбинированных покрытий (сочетание одновременно нескольких видов покрытий).

ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» рекомендует 22 конструкции защитных покрытий трубопроводов нормального и усиленного типов. Покрытия усиленного типа значительно более разнообразны по конструкции (их 19). К ним предъявляются повышенные требования по таким показателям как прочность и относительное удлинение при разрыве, адгезия к стали, переходное сопротивление и др.

Защитные покрытия усиленного типа применяют на трубопроводах диаметром 820 мм и более независимо от условий прокладки. Кроме того, этот тип покрытия используют независимо от диаметра трубопровода при прокладке их в зонах повышенной коррозионной опасности:

- засоленные почвы любого района страны;

- болотистые, заболоченные, черноземные и поливные почвы, а также участки перспективного обводнения или орошения;

- подводные переходы и поймы рек, а также переходы через железнодорожные и автомобильные дороги;

- участки промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;

- участки блуждающих токов источников постоянного тока;

- участки трубопроводов с температурой транспортируемого продукта выше 30 °С;

- территории насосных станций;

- пересечения с различными трубопроводами;

- участки трубопроводов, прокладываемых вблизи рек, каналов, озер, водохранилищ, а также населенных пунктов и предприятий.

Во всех остальных случаях применяют защитные покрытия нормального типа.

Измерение толщины покрытия производится толщиномерами различных конструкций.

Одним из них является толщиномер магнитный МТ2003 (рис.1), предназначенный для измерения толщин немагнитных покрытий (лаки, краски, изоляционные материалы и другие диэлектрики, а также цветные металлы), нанесенных на ферромагнитное основание. Толщиномер может применяться как в лабораторных, так и в трассовых условиях.

Контроль обеспечивается при выполнении следующих условий:

- расстояние от края преобразователя тощиномера до края изолированного основания – не менее 30,0 мм;

- толщина изолированного основания – не менее 0,8 мм;

- радиус кривизны поверхности изолированного основания – объекта контроля – не менее 40,0 мм.

Измерение осуществляется путем установки преобразователя на контролируемую поверхность без зазора.

Индикация режимов и результатов измерений осуществляется на цифро-буквенном двухстрочном индикаторе.

Данный толщиномер позволяет измерять покрытия толщиной от 0,05 до 15,0 мм.

Предел допускаемой абсолютной основной погрешности d_осн в миллиметрах не превышает величины:

(1)

где х – измеряемое значение, мм.

Время установления рабочего режима при изменении температуры окружающего воздуха не более 15 мин.

Толщиномер снабжен функцией автоматического отключения питания после двухминутного перерыва в работе.

Процесс измерения в толщиномере активизируется только при поднесении магнитоиндукционного преобразователя (МИП) к ферромагнитному изделию. Окончание измерения индицируется сдвоенным звуковым сигналом.

Принцип работы толщиномера заключается в регистрации изменения индуктивного сопротивления, вносимого в МИП дифференциального типа при приближении его к поверхности металлического основания объекта контроля. МИП выполнен по схеме дифференциального трансформатора (рис.2).

Рис.1. Общий вид магнитного толщиномера МТ2003

Рис. 2. Схема магнитоиндукционного преобразователя толщиномера

Измеряемая величина – толщина покрытия – определяется расстоянием между МИП, установленным на покрытие, и поверхностью металлического ферромагнитного основания.

Регистрация измерений параметров МИП осуществляется путем его включения в качестве нагрузки низкочастотного генератора и измерения амплитуды напряжения на сигнальной обмотке.

Помимо расстояния между МИП и поверхностью ферромагнитного изделия на выходной сигнал воздействуют также не подлежащие измерению другие свойства и параметры объекта контроля, в первую очередь магнитная проницаемость m и удельная электрическая проводимость s ферромагнитного изделия. Практически это проявляется в том, что при одинаковой толщине покрытия, но различных m и s основания показания прибора будут отличаться, хотя должны быть одинаковы. Для отстройки от влияния удельной электрической проводимости частота тока возбуждения МИП выбрана низкой и равна 225 Гц. Для минимизации влияния магнитной проницаемости рекомендуется применять процедуру калибровки, а в качестве образца основания использовать основание изделия, на котором предстоит проводить измерения толщин покрытий.

Напряжение на сигнальной обмотке МИП является нелинейной функцией от измеряемой толщины, поэтому в толщиномере осуществляется операция линеаризации, обеспечивающая прямо пропорциональную зависимость показаний прибора от толщины покрытия.

Функциональная блок-схема толщиномера приведена на рис.3.

Толщиномер включает в себя генератор 1, у которого в качестве нагрузки используется возбуждающая катушка магнитоиндукционного преобразователя 2. Напряжение с сигнальной обмотки МИП поступает на сигнальный канал 4, где оно фильтруется и детектируется. Напряжение с компенсационной обмотки МИП поступает на опорный канал 3, где оно также фильтруется и детектируется. Выходные напряжения с сигнального и опорного каналов поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) цифрового блока 5 в качестве измеряемого и опорного напряжений соответственно. Цифровой блок 5 проводит операции линеаризации и калибровки толщиномера. Блок питания 7 обеспечивает необходимые напряжения для питания электронных узлов толщиномера и обесточивает схему при двухминутном отсутствии измерений или внешних управляющих сигналов. Индикатор 6 отображает режимы работы толщиномера и результаты измерений.

Мера толщины, входящая в комплект толщиномера, предназначена для калибровки и проверки работоспособности толщиномера. Мера толщины представляет собой диэлектрическую пластину толщиной от 800 до 15000 мкм с отклонением ±20 мкм.

Образец основания предназначен для калибровки при подготовке толщиномера к работе и при проверке его работоспособности. При калибровке на образец основания накладывают меру толщины. Образец основания представляет собой ферромагнитный диск (сталь 20) диаметром 100 мм и толщиной 4 мм. Образец основания для калибровки необходимо использовать только в том случае, если использование основания объекта контроля в качестве образца основания не представляется возможным.