汤元会 陕西省计量科学研究院，陕西 西安 710052

钢丝绳无损校准方法

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针对钢丝绳测试仪尚无有效校准方法的现状，本文在对其工作原理和设备类型分析的基础上，初步提出基于标准钢丝绳的校准方法和流程。

钢丝绳测试仪；校准；LMA；LF

1 钢丝绳测试仪的校准现状

钢丝绳（钢缆）测试仪是用于检验和测试钢丝绳（钢缆）缺陷的仪器，被广泛应用于安检部门、企业自检部门和钢丝绳生产企业。目前社会上钢丝绳的检测工作由质监局下属的特种设备质量安全监督检测中心负责完成，每年均须定期进行检验。但这些部门所使用的钢丝绳测试仪没有有效的校准方法，也就是说，钢丝绳测试仪测试结果是否准确或误差大小无法标定。虽然目前一般特检部门也把钢丝绳测试仪送到有关技术机构进行测量，但对其主要指标，如钢丝绳磨损程度、断头数量等无法进行校准。

2 钢丝绳测试仪的检测原理

目前钢丝绳的结构变得越来越复杂，性能越来越好，制造工艺也越来越先进，其缺陷状态也表现为多样性和复杂性，增加了损伤检测的技术难度。根据查询结果，到目前为止，没有哪一种检测方法或仪器装置完全满足实际检测使用要求。但是相对而言，国内外现阶段公认的最可靠、最实用的方法是磁检测方法。

磁检测方法检测钢丝绳缺陷(断丝、磨损、锈蚀等)的基本原理是：用一磁场沿钢丝绳轴向磁化钢丝绳，当钢丝绳通过这一磁化磁场时，一旦钢丝绳中存在缺陷，则会在钢丝绳表面产生漏磁场，或者引起磁化钢丝绳磁路内的磁通变化，采用磁敏感元件检测这些磁场的变化即可获得有关钢丝绳缺陷的信息，将其经过放大滤波处理后，送给处理器，最后在显示器上显示测试结果。

钢丝绳电磁检测方法已经发展了近100年，有两种检测方法已经被推荐用作钢丝绳缺陷的检测和分类。①金属横截面损失检测法(LMA检测法)，这是一种衡量金属损失的相对比较测量方法，用仪器测出一个参考点，即可以代表金属最大横截面的点，用被测点与之比较即可。它能定量检测钢丝绳内、外部LMA类缺陷恶化所产生的金属横截面积损失。②局部缺陷检测法(LF检测法)，钢丝绳上不连续的缺陷点，比如绳上的断裂点、锈蚀点、磨损槽以及在其它的物理条件下造成的能降低钢丝绳整体性能的局部变化，可对内、外部局部缺陷进行定位检测。

3 钢丝绳测试仪的操作原则

根据钢丝绳检测仪结构和原理的差异，主要可以分为三种。

3.1 交流电磁设备：基于变压器主、副线圈电压比与其铁芯磁导率有关的原理工作。这种仪器将主、副线圈绕在钢丝绳上构成变压器，钢丝绳相当于变压器的铁芯，主（励磁）线圈中通过的为低频交流电，频率通常为10Hz～30Hz，不直接使用工频是为了提高对工频的抗干扰能力，为防止集肤效应，出现对钢丝绳内部不易测量的问题，故交流电的频率不宜过高。副（感应）线圈测量绳的磁性，任何铁芯（钢丝绳）上磁性的重大变化都会表现为副线圈上电压的变化（幅值或相位）该电磁设备工作在一个相对来说较低的磁场强度下，因此，有必要在检测钢丝绳之前将其完全退磁，此种设备主要用于检测金属横截面变化。

3.2 直流和永磁（磁通）设备：采用直流或永久磁铁提供一个恒定的磁场，当一段钢丝绳通过探头（磁路）时被磁化，绳上沿轴向的全部磁通量可以由以下设备测出：霍尔效应传感器、环形（感应）线圈以及其他可以在恒定磁场中测量绝对磁场及其变化的合适设备，传感器的输出信号经过电子处理，其输出电压同磁路影响范围内含铁量或者金属横截面变化成比例关系，此种设备用于测量金属横截面的变化。

用于测量金属横截面变化的仪器可以显示被测处相对于仪器校准参考点的变化。 这种方法的灵敏度将随着缺陷在钢丝绳中的深度增大而减小，随着断丝端部间隙的减小，灵敏度减小。

3.3 磁通泄漏仪-种用于提供恒定磁通的直流或永磁设备（如图1），用于当钢丝绳通过探头（磁路）时磁化一段钢丝绳，绳上的突变，如断丝将会引起磁通泄漏，可以通过霍尔传感器、感应线圈或者其它合适的设备检测到，传感器输出的信号经电路处理后记录下来，此种设备用于检测局部损伤信号（LFs），当传感器检测到的信息在数量上并不是偶然缺损值，那么就可以得出可靠的结论：钢丝绳中存在断丝、内部锈蚀或者钢丝存在磨损现象。

图1 断丝产生的磁通泄漏示意图

4 钢丝绳测试仪校准方法探讨

本部分就如何对使用电磁法、磁通法、磁通泄漏法以及这些方法的任意组合的钢丝绳检测仪进行校准提出初步的构想，包括采用的标准装置和校准过程。

4.1 标准钢丝绳

对钢丝绳测试仪的校准采用标准钢丝绳法。依据钢丝绳参考标准，制定不同型号、尺寸以及人造缺陷位置数目的标准钢丝绳。标准钢丝绳要适用于检测，应保证钢丝绳足够长以达到人造缺陷允许的距离，并且还可以提供足够的长度来避开绳端效应。

标准绳上的人造缺陷应包括移动，增加外层丝的长度造成的断口，这些断口的典型长度为1/16，1/8，1/4，1/2，1，2，4，8，16和32英寸（1.6，3.2，6.4，12. 7，25.4，50.8，101.6，203.2，406.4和812.8mm）。断口之间应有30英寸（762mm）的间隔。在断口和绳端间至少应有1.2m的间隔。所有钢丝的端部应平直且与钢丝垂直。

4.2 校准过程

4.2.1 记录客户名称、校准日期、仪器序号等信息；

4.2.2 判断钢丝绳测试仪的测试原理，判断其是测金属横截面缺损（LMA），还是测局部损伤（LF），或是两者都测；

4.2.3 选择与仪器和探头相匹配的标准钢丝绳；

4.2.4.在电磁设备检测前钢丝绳应完全退磁，如果使用磁通量或磁通泄漏仪器，必须重复测试几次以保证钢丝绳被均匀磁化；

4.2.5 使标准钢丝绳大致穿过探头中央，根据事先定义好的钢丝绳上的参考点确定探头的位置；

4.2.6 应按步骤调整仪器，在开始检测之前通过插入已知横截断面的铁磁性钢丝或钢丝绳来调整灵敏度，产生的标准信号应永久记录以备以后的参考；

4.2.7 使标准钢丝绳丝以实际检测速度通过探伤仪，记录其相关信号以备分析使用；

4.2.8 将标准钢丝绳的信息与测得的数据进行分析比较，得出校准结论；

5 结束语

钢丝绳检测仪与人工目测检查相比要可靠的多，而且效率高、准确性高。钢丝绳测试仪的检测精度对于钢丝绳的安全状况评估极其重要,需要对其进行规范化评估。其意义不仅在于有益于检测仪器市场的规范化,而且对钢丝绳无损检测技术的发展具有指导性作用,可以为仪器的研究和制作提供可靠的依据。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.22.058