KR200303105Y1 - 자기편향 와전류탐촉자 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 자성체 튜브의 결함을 검사하는 와전류검사장치의 탐촉자에 관한 것으로, 코일이 권선되는 권선부를 갖는 코일고정체; 코일고정체의 내부에 길이방향으로 서로 상극이 되도록 배치되는 다수의 내부영구자석; 코일고정체의 양 단부에 상기 영구자석과 이격되어 서로 상극이 되도록 배치되는 다수의 외부영구자석;코일고정체, 내부영구자석 및 외부영구자석의 외연부를 피복하는 외피를 포함하여 구성된다.
Description
본 고안은 와전류 센서에 관한 것으로, 상세하게는 열교환기 자성체 튜브 내에 발생할 수 있는 결함을 검출하고 검출된 결함의 크기를 측정하여 튜브의 건전성을 평가하는 데 사용되는 와전류 센서를 자기편향방법을 이용하여 구성한 와전류탐촉자에 관한 것이다.
와전류(Eddy Current)라고 하는 것은 교류가 인가된 코일을 전도체에 접근시키면 코일의 교류 자장에 의해 전도체에 발생된 원형의 전류를 말한다. 이러한 와전류를 이용하여 복수기(Condenser)나 열교환기(Heat Exchange) 등의 관 부식상태를 측정하기 위해 사용되고 있는 비파괴 검사를 와전류 검사법(Eddy Current Test)이라고 하며, 이러한 검사에 사용되는 장치가 와전류 탐촉자이다.
일반적으로 와전류 검사법은 교류가 인가된 코일(탐촉자)을 관에 삽입하면 코일의 자장에 의해 관에 그 반대방향의 약한 자장이 일어나게 되고, 이 두 자장은 코일의 임피던스 변화를 일으키는 상호작용을 하게 된다. 와전류 검사법은 이 임피던스의 값을 받아 검사자료로 활용하는 것으로서, 탐촉자를 관에 삽입하고 서서히 인출하면서 관의 각 부위의 상태를 검사하는 것이다.
그런데, 재질이 보통 비자성체로 제작되어 있는 열교환기 튜브에 있어서는 기존의 와전류 검사법을 적용하여 비파괴검사가 가능하지만, 일부 고온고압용 열교환기 튜브는 자성체, 예를들어 탄소강 또는 페라이트 스테인레스강으로 되어 있어서 튜브 튜자율 변화에 의해 기존의 와전류검사법의 적용이 불가능하다.
본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자성체 튜브의 비파괴검사 신뢰도 및 결함크기의 정확도를 향상시키고, 탐촉자의 수명을 연장시켜 검사에소요되는 경비 및 검사공기를 단축하며, 결함신호를 명확하게 지시하여 신호분석자의 분석을 용이하게 하고, 또한 자성체 튜브 검사에 일반 와전류검사 장비를 사용하여 검사가 가능하도록 함에 그 목적이 있다.
도1은 본 고안의 자기편향 와전류탐촉자의 구조를 도시하고,
도2는 자기편향 와전류탐촉자에 이용되는 자기포화의 개념을 도시하고,
도3은 차동형 및 절대형 방식에 의해 검출된 결함신호를 도시하고, 그리고
도4는 자기편향 와전류검사 시스템의 구성도이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10: 와전류탐촉자 11: 전단마개
12: 후단마개 13: 탐촉자외피
14: 고정볼트 15: 영구자석
16: 탄소강디스크 17: 구리 링
18: 코일 고정체 19: 코일
40: 컴퓨터 41: 주파수발생기
42: 통신케이블 43: 자성체 튜브
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 검사의 대상인 자성체 튜브를 자기적으로 포화상태로 만들어 투자율 변화를 최소화시킴으로써 비자성체 튜브검사와 동일한 검사를 할 수 있도록 탐촉자의 구조를 변경한 탐촉자를 제공한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.
자기편향기법은 와전류코일을 영구자석 또는 전자석이 내장된 탐촉자 몸체에 설치하여 검사튜브를 자화시켜 검사하는 기법이다. 이 기법은 튜브의 재질, 두께, 자화정도 등에 따라 완전포화 또는 부분포화시킬 수 있다. 자성체에서 와전류 침투깊이에 영향을 미치는 중요한 요소는 재질의 투자율이다. 일반적으로 투자율 변화에 의해서 발생하는 코일의 임피던스 변화는 튜브에 발생한 결함신호를 차폐한다. 결과적으로, 투자율의 변화를 최소화시키지 않을 경우 튜브에 발생한 결함검출이 불가능하다. 비자성체의 상대투자율은 거의 1에 가까우나, 자성체의 상대투자율은 보통 10~200 범위를 가지며, 재질성분, 냉간가공, 열적이력 등에 따라 변한다. 만약, 재질의 상대투자율을 1 단위 근처까지 줄이게 되면 일반 와전류검사와 유사하게 검사가 가능하다. 따라서, 상대투자율을 1 가까이로 만들기 위해서는 자화력이 강한 영구자석을 이용해야 한다.
도1은 본 고안의 자기편향 와전류탐촉자의 구조를 도시하고 있다. 도1에 도시된 바와같이, 와전류탐촉자(10)는 2개의 코일(19)로 설계하여 차동법 및 절대법에 의한 검사(도3 참조)를 동시에 적용할 수 있도록 한다. 코일고정체(18)는 권선기에 고정하여 코일을 감기 위한 것으로 감겨진 코일이 이동하는 것을 방지하며, 기계적 가공이 용이하도록 아세톨로 제작한다. 탐촉자 전단마개(11) 및 후단마개(12)는 무게가 가볍고 견고한 알루미늄으로 제작하고, 탐촉자 외피(13)는 스테인레스강으로 제작하여 탐촉자의 인출 및 삽입시 검사 튜브 내의 스케일 등에 의하여 코일이 손상되지 않도록 한다. 탐촉자 외피(13)는 두께를 얇게 가공하여 신호의 크기에 영향을 주는 충진율, 즉 탐촉자대 튜브의 단면적 비율을 향상시킨다.
자기편향 와전류탐촉자에서 중요한 역할을 하는 영구자석(15)은 희토류계열(rare earth magnets)을 사용하며, 링 형태로 탐촉자 코일고정체(18) 전후단에 각각 2개씩, 그리고 탐촉자 코일고정체(18) 내에 4개를 서로 상극이 되도록 배치한다. 이와같이 여러개 링으로 배치한 것은, 검사체 재료에 따라 투자율이 다르므로, 적은 투자율의 검사체는 영구자석의 수를 줄여서 제작이 가능하도록 함이다. 중앙의 중심 고정볼트(14)는 전단마개(14)부터 후단마개(12)까지 탐촉자 구성요소 전체를 한꺼번에 고정시킬 수 있도록 설계한다. 내부 영구자석과 외부 영구자석은 탄소강디스크(16)에 의해 분리되어 있다. 그리고, 코일 몸체 양측에는 고전도체인 구리링(17)이 설치되어 있어서 고주파 간섭을 차폐한다. 이러한 차폐치는 완전류 신호가 튜브 벽에만 집중되도록 전기장을 조율하기 위하여 사용된다.
도2는 자기편향 와전류탐촉자에 이용되는 자기포화의 개념을 도시하고 있다.도2에 도시된 바와같이, 자화력을 증가시키면 처음 자속밀도가 무릎지점(A)까지는 급격히 증가하다가 이후 서서히 증가하여 포화점(B)에 도달한다. 포화점(B)에 도달하면, 자화력을 증가시켜도 더 이상 자속밀도는 증가하지 않으며, 이러한 포화점(B) 근처로 영구자석에 의해 자화력을 유지한 상태에서는 투자율의 변화가 거의 없기 때문에 자성체 튜브도 비자성체처럼 와전류검사가 가능하다.
도3은 차동형 및 절대형 방식에 의해 검출된 결함신호를 도시하고 있다. 도3에 도시된 바와같이, 차동형 신호(31)는 2개 코일을 전기적으로 직렬로 연결하였을 때 검출된 결함신호이고, 절대형 신호(32)는 2개 코일 중 1개 코일만 결선하여 검출된 결함신호이다. 차동형 방식은 점식 및 균열과 같은 국부적인 작은 체적을 가진 결함 검사에 사용되고, 절대형 방식은 재료특성의 전반적인 특성 및 튜브의 길이방향으로 서서히 두께 감육이 발생하였을 때 사용이 용이하므로 점차적으로 변하는 체적형 결함검출에 사용된다. 따라서, 두 가지 방식 모두를 사용해야 재료의 건전성 진단의 정확도가 향상된다.
도4는 자기편향 와전류검사 시스템의 구성도이다. 도4에 도시된 바와같이, 신호취득 및 분석용 컴퓨터(40)는 취득한 신호를 저장하여 분석자가 신호를 분석할 때 사용한다. 주파수발생기(41)는 여러 주파수를 일정한 전류로 탐촉자에 전송한다. 통신케이블(42)은 각 장비간 전류 및 신호의 전송케이블로서, 주로 근거리 네트워크 방식이 사용된다.
본 고안인 자기편향 와전류탐촉자(10)를 이용하여 검사기 본 고안을 자성체 튜브(43)에 삽입하고, 서서히 인출하면서 신호를 취득하여 신호취득 및 분석용 컴퓨터(40)에 저장하고, 저장된 신호에 의하여 결함의 존재여부 및 결함크기를 분석한다.
이상의 본 고안에 따르면, 자성체 튜브의 비파괴검사 신뢰도 및 결함크기의 정확도가 향상되고, 탐촉자의 수명을 연장시킬 수 있으며, 결함신호를 명확하게 지시하여 신호분석자의 분석을 용이할 수 있을 뿐 아니라, 자성체 튜브 검사에 일반 와전류검사 장비를 사용하는 것을 가능하게 한다.
Claims (8)
- 자성체 튜브의 결함을 검사하는 와전류검사장치에 있어서,코일이 권선되는 권선부를 갖는 코일고정체;상기 코일고정체의 내부에 길이방향으로 서로 상극이 되도록 배치되는 다수의 내부영구자석;상기 코일고정체의 양 단부에 상기 영구자석과 이격되어 서로 상극이 되도록 배치되는 다수의 외부영구자석;상기 코일고정체, 내부영구자석 및 외부영구자석의 외연부를 피복하는 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제1항에 있어서, 상기 코일고정체는2개의 코일을 직렬로 권선하여 절대법 및 차동법 검사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제2항에 있어서, 상기 내부 및 외부 영구자석은검사체의 종류에 따라 일정 투자율을 유지하도록 착탈이 가능한 링 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제3항에 있어서, 상기 내부 및 외부 영구자석은자화력이 강한 희토류계열인 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제4항에 있어서, 상기 외피는스테인레스강인 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,권선된 코일의 양측에 고전도체 링을 설치한 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제6항에 있어서, 상기 고전도체 링은구리 링인 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
- 제7항에 있어서,상기 내부 및 외부 영구자석 사이에 탄소강 디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기편향 와전류탐촉자.
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Cited By (2)
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| CN109444259A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-08 | 核动力运行研究所 | 一种异形管材吸附式涡流阵列探头 |
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2002
- 2002-10-31 KR KR20-2002-0032577U patent/KR200303105Y1/ko not_active Ceased
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