Устройство для измерения удельной электропроводности Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

вый и второй выходы второго блока сравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второ.го элементов совпадения, третьи входы которых подсоединены к выходу амплитудного селектора, а выходы

.элементов совпадения подключены соответственно к входам прямого и инверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащее фазойэмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резистор, компенсирующий трансформатор, первинная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика .к общей шине, отлнчающеес я Тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором, формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения, первым и вторым блоками вычитания, первым и вторым преобразователями, первом и вторым элементами совпадения, реверсивнЕЛ«1 счетчиком и цифроаналоговым преобразователем, при этом первичная обмотка . компенсирующегго трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последовательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого через последовательно включенные фильтр и второй усилитель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подклю чено через первый усилитель к первому входу фазоизмерителя, а конец вторичной обмотки трансЛорматора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резистор подключена к входу первого пре(Л образователя, к второму входу фазоизмерителя и к концу возбуждающей обмотки вихретокового датчика, выход первого преобразователя подсоединен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подклю-. чен к выходу первого источника опорного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемого делителя, первый вход которого псУд sj ключен через формирователь к первым о J входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоизмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, втоOiib рой вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к Ьыходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к выходу третьего источника опорного напряжения, пер

Изобретение относитсгя к электроизмерениям,, в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитными методами, и может быть использовано дляизмерения удельной электропроводности н магнитных электропроводящих материалов . Известно устройство, содержащее генератор, вихретоковый датчик, пре варительный усилитель, фазовращател первый и второй усилители-ограничители, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, первый второй, третий и четвертый дифферен цирующие формирователи, первый и второй триггеры и индикатор, причем первый и второй выходы генера. тора подключены соответственно к возбуждающей обмотке вихретокового датчика и входу фазовращателя, выход фазовращателя через первый уси литель-ограничитель подсоединен к входу первого Формирователя прямоугольных импульсов, первый выход формирователя прямоугольных импуль сов через первый дифференцирующий формирователь соединен с первым входом первого триггера, второй вы ход первого формирователя прямоуго ньзх импульсов через второй дифференцирующий формирователь соединен с первым входом второго триггера, выход вихретокового датчика через последовательно соединенные предварительный усилитель и усилительограничитель подключен к входу, вто рого формирователя прямоугольных импульсов, первый выход которого через третий дифференцирующий формирователь соединен с вторым вхо|дом первого триггера, второй выход второго формирователя прямоугольных импульсов через четвертый диф ференцирующий формирователь соединен с вторым входом второго триггера, а выходы первого и второго триггеров подключены соответственн к первому и второму входам индикатора СП . Недостаток указанного устройства - малая точность измерений вслед ствие фазовой погрешности, воз°никающей из-за нестабильности величины тока возбуждения вихретокового датчика, а также из-за нестабильности фазовых характеристик самого вихретокового датчика, предварительного усилителя, фазовращателя и формирователей. Эти нестабильности приводят к погрешности измерения фазы выходного сигнала вихретокового датчика, которая регистрируется индикатором как изменение электропроводности. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения электропроводности, содержащее генератор переменного напряжения, вихретоковый датчик, компенсационный трансформатор, образцовые резистор и конденсатор, переключатель, фазоизмеритель, снабженный переменным Фазовращателем и индикатор, в котором первый выход генератора переменного напряжения подсоединен к первичной обмотке компенсационного трансформатора, включенной последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки компенсационного трансформатора подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика к общей шине и ее начало подсоединено к первому входу фазоиэмерителя, обмотка вихретокового датчика через последовательно соединенные резистор, конденсатор и переключатель подключена к первому выходу генератора переменного напряжения, второй выход которого через переменный фазовращатель соединен с вторым входом фазои.змерителя, выход фазоизмерителя подключен к входу индикатора С21. 1 Недостатком известного устройства является малая точность измерений, обусловленная нестабильностью величины тока в возбуждающей обмотке вихретокового датчика, что приводит к нестабильности фазы выходного напряжения вихретокового датчика, а также нестабильностью фазовых характеристик вихретокового датчика, компенсационного трансформатора, фазовращателя и нестабильностью ко-эффициента преобразования фазоизме pHtenH. Эти нестабильности вызываю изменение выходного сигнала фазоизмерителя при неизменной электропроводности контролируемого матер ала, что и приводит к погрешности измерений. Цель изобретения - повышение то ности устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения удель электропроводности, содержащее фазоизмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резиетор, компенсирующий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки подключен через измерительную обмо ку вихретокового датчика к общей ши не, дополнительно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения, первым и вторым блоками вычитания, первым и вторым преобразователями, первым и вторым элементами совпадения, реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем,при это первичная обмотка компенсирующего трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последов ательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход -которого через последовательно включенные фильтр и второй усилитель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подключено через первичный усилитель к первому входу фазоизмерителя, а конец,вторичной обмотки трансформатора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резистор подключена к входу первого преобразователя, к второму входу фазоизмерителя и к .концу возбуждающей обмотки вихретокового датчика, выход первого преобразователя подсоединен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого под ключен к выходу первого источника опорного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемо го делителя, .первый вход которого подключен через формирователь к пер вым входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоизмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения,, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к выходу третьего источника опорного напряжения, первый и второй выходы второго блока сравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов совпадения, третьи входы которых подсоединены к выходу амплитудного селектора, а выходы элементов совпадения подключены соответственно к входам прямого и инверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналого ого преобразователя. На чертеже приведена блок-схема .предлагаемого устройства. Схема содержит генератор 1 переменного напряжения, выход которого подключен через управляемый делитель 2, фильтр 3 и второй усилитель 4 к первому входу коммутатора 5, выходы которого подсоединены к первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора б, которая подключена согласно-последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика 7, которая через образцовый резистор 8 подключена к.общей шине. Вторичная обмотка трансформатора б подсоединена последовательно-встречно с измерительной обмоткой датчика 7. Потенциальный вывод резистора 8 подключен к входу первого преобразователя 9, выход которого подключен к первому входу первого блока 10 сравнения, к второму входу которого подключен выход первого источника 11 опорного напряжения. Выход блока 10 подключен к второму входу делителя 2. Первый вход второго блока 12 сравнения подключен к выходу первого блока 13 вычитания, второй вход которого подсоединен к выходу второго источника 14 опорного напряжения, а первый вход подсоединен к выходу фазоизмерителя 15, первый вход которого подключен к выходу трансформатора 6, через первый усилитель 16, а второй вход к резистору 8. Измерительная- обмотка датчика 7 подсоединена через амллитудный селектор 17 к второму входу коммутатора 5. Первый вход второго блока 18 вычитания подключен к выходу фаэоизмерителя 15 и к первому входу блока 13. Третий вход блока 18 подсоединен к выходу третьего источника 1 опорного напряжения через второй преобразователь 20. Вторые входы элементов 21 и 22 совпадения подсоединены к выходу селектора 17, а третьи входы - к выходам блока 12 Выходы элементов 21 и 22 подключены к входам прямого и инверсного сч та 23 реверсивного счетчика, выходы которого подсоединены к входам цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 24, выход которого подключен к второму входу блока 18. Выход генератора 1 через формирователь 25 подключен к первым входам элементов 21 и 22. Выход блока 18 подсоединен к индикатору 2,6. Устройство работает следующим образом. I J . , Генератор 1 переменного напряжения вырабатывает напряжение фикси рованной частоты, которое .поступает на первый вход управляемого делителя 2 напряжения. Выходной сигнал управляемого делителя 2 напряжения подается на вход фильтра 3, который выделяет из него гармоническое напряжение основной частоты. Это гарм ническое напряжение усиливаетсяусилителем 4 и поступает на вход коммутатора 5. В режиме измерений при установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материал амплитудный селектор 1-7 настраивают так, чтобы его выходной сигнал был равен нулю. Нулевой сигнал с выхода амплитудного селектора 17 переводит коммутатор 5 в одно состояние и одновременно закрывает элементы 21 и 22. Ток возбуждения с первого выхода коммутатора 5 поступает на последовательно соединенные первичную обмотку компенсирующего трансформатора б, воэбуждак щую обмотку вихретокового датчика 7 и образцовы резистор 8. При этом ток возбуждения протекает, по обеим секциям первичной обмотки компенсирукяцего тран форматора б, выходное напряжение которого компенсирует напряжение хо лостого хода вихретокового датчика 7 (когда вихретоковый датчик 7 находится в возДухе). Напряжение, возникакядее на образцовом резисторе 8 и равное Uaj« Og в, , поступает на вход преобразователя 9 пере менного напряжения в постоянное, который преобразует его в постоянное напряжение Uq-kjUee-Kq.ae.ee , (1) где Cg - сопротивление резистора 8; ) - коэффициент преобразования преобразователя 9; За - ток через резистор 8. Выходное напряжение преобразователя 9 подается на первый вход блока 10 сравнения. Блок 10 сравнения сравнивает его с выходным напряжением источника 11 опорного напряжения, которое поступает на его второй вход. Выходной сигнал блока 10 сравнения воздействует на второй вход управляемого делителя 2 напряжения и изменяет его коэффициент преобразования (и величину тока возбуждения) таким образом, чтобы напряжения на входах блока 10 были равными, т.е. Ug Лз (ig } , где Ui const - выходное напряжение источника 11 опорного напряжения. faK как коэффициент преобразования Kg преобразователя ,9 и сопротивление Rg образцового резистора 8 постоянны, то из (2) следует, что величина тока возбуждения Jg также будет постоянной, независимо от параметров генератора 1 переменного напряжения, управляемого делителя 2 напряжения, фильтра 3, усилителя 4, коммутатора 5, первичной обмотки компенсационного трансформатора б и обмотки возбуждения вихретокового датчика 7. Вносимое.напряжение, возникающее при установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материал, усиливается первым усилителем 16 и поступает на первый вход фазоизмерителя 15, который измеряет его фазу. На второй вход фазоизмерителя 15 подается опорный сигнал с резистора 8. Так как фаза вносимого напряжения однозначно связана с удельной электропроводностью материала, то выходной сигнал фазоизмерителя 15 также будет пропорционален удельной электропроводности. Напряжение с выхода фазоизмерителя 15 поступает на первые входы блоков 18 и вычитания. Режим коррекции погрешности измерения устройства реализуется при отводе вихретокового датчика от поверхности материала. Амплитуда напряжения на измерительной обмотке датчика 7 изменяется и срабатывает « подключенный к ней амплитудный селектор 17. Сигнал на его выходе/ становится равным логической ,. Он открывает по вторым входам элементов 21 и 22, а также переключает коммутатор 5 в другое состояние. В результате ток возбуждения от второго выхода коммутатора 5 про текает только по виткам второй секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6. При этом напряжение вторичной обмотки компенсационного трансформатора только частично компенсирует напряжение хо лостого хода вихретокового датчика и на входе усилителя 16 возникает напряжение разбаланса, амплитуда и фаза которого зависят от величины тока возбуждения, количества витков обмоток вихретокового датчика 7 и компенсирующего трансформатора 6 и электрических параметров измерительной обмотки датчика 7 и вторичной обмотки компенсирующего трансформатора 6. Так как количество вит ков обмоток неизменно, а величина тока возбуждения поддерживается постоянной, то фаза сигнала разбаланса в режиме коррекции зависит только от электрических параметров измерительной обмотки вихретокового датчика 7 и вторичной обмотки транс форматора 6. Амплитуда сигнала разбаланса при постоянной величине тока возбуждения зависит от соотношения числа витков секций первичной обмотки трансформатора 6 и от магни ной связи его вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки. Соотношение витков секций первичной обмотки трансформатора 6 и магнитную связь его-вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки устанавливают таким, чтобы амплитуда сигнала разбаланса .соответствовала амплитуде вносимого напряжения в диапазоне измеряе1иш1х значений удельной электропроводности. В режиме коррекции на выходе фазо:измерителя 15 имеется ,некоторое |постоянное напряжение , пропорциональное фазе сигнала разбаланса. При настройке, когда устройство работает в режиме коррекции, величину напряжения источника 14 .опорного на пряжения устаналивают равной величине напряжения фазоизмерителя 15 в момент настройки . Напряжение на выходе блока 13 вычитания в этом случае равно нулю. Реверсивный счетчик 23 сброшен в нулевое состояние и выходное напряжение цифроаналогового преобразования 24 также равно нулю. Если в поел едугмцем вследствие действия дестабилизирующих факторов изменяются параметры вихретокового датчика компенсирующего трансформатора 6, усилителя 16 и фазоизмерителя 15, то при очередной коррекции выходной, сигнал фазоизмерителя 15 уже не будет равен значению . На выходе блока 13 вычитания появится разностный сигнал .(3) где - выходной сигнал фазоизмерителя 15 при очередной коррекции. Это разностное напряжение в свою очередь сравнивается блоком 12 сравнения с выходным напряжением Чг цифроаналогоаого преобразователя 24. Если , то на первом выходе блока 12 сравнения появится сигнал логической , который открывает элемент 21 по третьему входу и счетные импульсы от формирователя 25 счетных импульсов поступают на вход прямого счета.реверсивного счетчика 23, ..в котором записывается соответствующий код. Этот код преобразуется цифроаналоговым преобразователем 24 в пропорциональное напряжение U2I, . и как только оно станет равным напряжению U/i$ , сигнал на первом выходе блока 12 сравнения станет равным нулю и поступление импульсов в счетчик 23 прекратится. Если же UAJ t , то сигнал ло;Гической появится на втором выходе блока 12 сравнения и им пульсы от формирователя 25 через элемент 22 будут поступать на вход инверсного счета реверсивного счетчика 23. Код в счетчике и соответственно напряжение цифроаналогового преобразователя 24 будут уменьшаться, пока напряжения на входах блока 12 сравнения не сравняются: U7 U,5 UjK-U 5 M (4) выходное напряжение ЦАП-24 равт.е но по величине и знаку сигналу ошибки, возникаклцей из-за нестабильности параметров вихретокового датчика 7., компенсирующего трансфо{ атора 6, предварительного усилителя 16 и фазоиэмерите/1Я 15. В ходе последующих измерений элементы 21 и 22 закрыты нулевым сигналом с выхода амплитудного селектора 17. Код в счетчике 23 и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 24, при этом не меняются. Напряжение (iii поступает также на второй вход блока 18 вычитания и вычитается из выходного сигнала фазоизмерителя 15. Тем самым компенсируется погрешность от нестабильности параметров вихретокового датчика 7, компенсирующего трансформатора 6, предварительного усилителя 16 и фазоизмерителя 15. В результате повышается точность измерений по сравнению с известным устройством в 5-10 раз.