СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к бесконтактным неразрушающим способам измерения удельной электропроводности плоских изделий с использованием накладных вихретоковых датчиков.

Наиболее распространенными способам измерения электропроводности плоских изделий являются способы, основанные на выделении активной и реактивной составляющих вносимого напряжения датчика [1] или измерении изменения добротности колебательного контура датчика [2].

Указанные способы позволяют производить бесконтактный неразрушающий контроль электропроводности плоских изделий, обладают высокой надежностью и хорошими метрологическими характеристиками.

Однако их применение неудовлетворительно в случае, если изделию присуще свойство анизотропии электропроводности (большинство изделий, выполненных на основе композиционных материалов, обладает свойством анизотропии электропроводности). Кроме того, повышение точности измерения за счет увеличения рабочей частоты колебаний контура датчика до 140 - 160 Мгц, а также исполнение катушек индуктивности в виде пары катушек Гельмгольца [3] значительно усложняют реализацию способа и соответственно удорожают устройство его реализующее.

Изобретение направлено на измерение электропроводности плоских изделий бесконтактным неразрушающим способом с учетом свойства анизотропии электропроводности контролируемого изделия.

Это достигается тем, что используются две плоские, одинаковые по геометрическим параметрам взаимно перпендикулярные катушки индуктивности как элементы двух параллельных колебательных LC-контуров, размещенных вблизи контролируемого изделия. При этом производится измерение добротности колебательных контуров, которое зависит от удельного электрического сопротивления изделия в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с соответствующей ориентацией катушек индуктивности. Удельное электрическое сопротивление изделия в каждом направлении определяется формулой

где
- относительное изменение добротности катушек индуктивности, соответственно ориентированных большей стороной в измеряемом направлении и перпендикулярно к нему:
d и h - соответственно большая и меньшая стороны катушек индуктивности;
k - коэффициент пропорциональности, Ом/см.

Из приведенной зависимости следует, что изменение добротности катушки индуктивности, ориентированной большей стороной вдоль направления измерения удельного сопротивления ρ, учитывается с большим, в перпендикулярно к нему - с меньшим коэффициентами.

На фиг.1 показано взаимное расположение катушек индуктивности; на фиг.2 - структурная схема устройства, реализующего способ.

Приняты следующие обозначения: 1 - катушки индуктивности, 2 - измерители добротности, 3 - устройство сложения.

Предлагаемый способ измерения удельной проводимости основан на наведении переменным электромагнитным полем катушек индуктивности вихревых токов в изделии, причем форма катушек определяет направленность этих токов. Возникновение вихревых токов влечет за собой увеличение мощности потерь за счет уменьшения энергии электромагнитного поля катушек индуктивности.

Вводя понятие некоторого условного эквивалентного вихревого тока для каждой из катушек индуктивности, можно сказать, что величина этого тока пропорциональна эквивалентному удельному электрическому сопротивлению изделия в пределах геометрических размеров этих катушек. Отсюда нетрудно определить зависимость между эквивалентным удельным электрическим сопротивлением изделия и мощностью потерь. При этом добротность всего колебательного контура определяется как

где
P - мощность потерь;
W - полная энергия электромагнитного поля катушки;
ω - - угловая частота колебаний колебательного контура.

Таким образом, определенное значение добротности Q соответствует определенному значению удельного электрического сопротивления изделия ρ.
Измерительное устройство, выполненное на основе предложенного способа должно содержать в себе два независимых параллельных колебательных контура, два измерителя добротности и устройство, выполняющее операцию сложения относительных изменений добротностей контуров с соответствующим коэффициентом A1 и A2 (фиг.2), где A1 и A2 согласно формуле (1) равны

Предлагаемое расположение катушек индуктивности (фиг.1) исключает их взаимную индукцию. Для обеспечения достаточной чувствительности и, как следствие, точности измерения удельного электрического сопротивления в диапазоне 150-250 Ом рабочая частота тока должна лежать в интервале 10-50 МГц.

Способ предназначен для измерения удельной электропроводности плоских изделий, обладающих свойством анизотропии электропроводности. Техническим результатом является увеличение мощности потерь за счет уменьшения энергии электромагнитного поля двух катушек индуктивности как элементов колебательных LC-контуров. Способ заключается в измерении изменения добротности катушек индуктивностей, причем удельное электрическое сопротивление в каждом направлении определяют линейной комбинацией проводимостей, выделенных на основании изменения добротности каждой из катушек. 2 ил.

Способ бесконтактного измерения для определения удельной электропроводности плоских изделий с помощью катушки индуктивности как элемента колебательного LC-контура, заключающийся в измерении изменения добротности, отличающийся тем, что используют вторую катушку индуктивности как элемент второго колебательного LC-контура, причем катушки индуктивности являются плоскими, взаимно перпендикулярными элементами двух параллельных LC-контуров, размещенных вблизи контролируемого изделия, при этом удельное электрическое сопротивление в каждом направлении определяют линейной комбинацией проводимостей, выделенных на основании изменения добротности каждой из катушек, причем удельное электрическое сопротивление изделия определяют по формуле

где относительное изменение добротностей катушек индуктивности, соответственно ориентированных большей стороной в измеряемом направлении и перпендикулярно к нему;
d и h - соответственно большая и меньшая стороны катушек индуктивности;
k - коэффициент, Ом/см.