Электромагнитный способ измерения удельной электрической проводимости изделий Советский патент 1986 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения удельной электрической проводимости неферромагнитных проводящих изделий с повышенной точностью в условиях значительных изменений зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемьм изделием.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет подавления влияния изменений зазора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 - годографы относительного вносимого напряжения накладного трансформаторного вихретокового преобразователя в функции обобщенных параметров oi

: R .«

, где h - зазор между вихретоковым преобразователем и изделием; R - радиус наибольшей обмотки преобразователя; Ш - круговая частота возбуждающего тока преобразователя; /и„ 41f .10 гн магнитная постоянная; d - удельная электрическая проводимость изделия.

Устройство содержит функциональный генератор 1 с регулируемой частотой выходного сигнала, подклю- ченньш через управляемый коммутатор 2 к возбуждающим обмоткам системы идентичных (с равными радиусами обмоток) трансформаторных вихре- токовых преобразователей 3, 4 и 5, расположенных соосно на растоянии (0,1-0,2)8 друг от друга, измерительные обмотки которых через управ ляемьш коммутатор 6 подсоединены к i входу усилителя 7 переменного напряжения, выход которого подключен к рабочим входам синхронных детекторов 8 и 9, опорные вxoд.I которых подключены к выходам формирователя 10 опорной системы координат j связанного своим входом с вторым выходом функционального генератора 1 с регулируемой частотой. Выходы синхронных детекторов 8 и 9 через аналого-цифровые преобразователи 11 и 12 юдключены к блоку 13 оперативны запоминающих устройств (ОЗУ), выходы которого присоединены к входам вычислительного устройства 14, выход которого через цифроаналоговый преобразователь 15 подключен к уп

15722

равляющему входу функционального генератора с регулируемой частотой. Генератор 16 тактовых импульсов через счетчик 7 подключен к управля5 ющим входам коммутаторов 2 и 6, адресному входу блока 13 ОЗУ и к входу формирователя 8 импульсов записи, выход которого подключен к входу разрешения записи блока 13 ОЗУ.

10 Выход функционального генератора 1 с регулируемой частотой подключен также через преобразователь 19 частоты в код к входам вычислительного устройства 20 и ОЗУ 21, причем вы15 ходы ОЗУ 2 и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 22 тоже подклю- чень к входам вычислительного устройства 20, выход которого подключен к информационному входу блока 23 циф20 ровой индикации, к управляющему входу которого подключен выход вычислительного устройства 14, подключенный также через формирователь 24 импульсов записи и переключатель 25

25 режимов работы устройства к входу разрешения записи ОЗУ 21,

Способ реализуют следующим образом.

Предварительно записывают в ПЗУ

2Р 22 численное значение удельной элек-. трической проводимости эталонного образца Сз 5т Устанавливают систему вихретоковых преобразователей 3, 4 и 5 на эталонный образец с некоторыми установочными зазорами об (на фиг. 2 oij представляет собой относительный зазор между нижним вихретоковым преобразователем и контролируемым изделием). Переключатель 25 режимов работы устройства замыкают, что соответствует режиму работы Калибровка.

Генератор 6 тактовых импульсов запускает счетчик 17, формирующий коды управления коммутаторамр 2 и 6, которые одновременно являются адресными кодами 3 ОЗУ и используются в формирователе 18 для генерирования импульсов записи. Управ0 ляем ые коммутаторы 2 и 6 с частотой следования тактовых импульсов поочередно подключают к возбу ждающим обмоткам вихретоковых преобразоватедей 3, 4 н 5 выходное синусоидальное

S напряжение функционального генератора с регулируемой частотой, а к их измерительным обмоткам (синхронно с возбуждающими) - вход уси5

лителя 7 переменного напряжения, что эквивалентно перемещению одного вихретокового преобразователя на фиксированные высоты. Выходные сигналы синхронных декторов 8 и 9, пропорциональные ортогональным составляющим вносимых (выходных) напряжений опрашиваемых вихретоковых преобразователей 3, 4 и 5 на фиг.2

Х ,, 9 J г il г V i з соответстве но, преобразуются аналого-цифровыми преобразователям 1 1 и 12 в двоичный код .и записываются в ячейки памяти блока 13 ОЗУ. Опорные напряжения для синхронных детекторов 8 и 9 вырабатывает формирователь 10 опорной системы координат, который запускается импульсным прямоугольным напряжением функционального генератора 1 с регулируемой частотой и формирует пару прямоугольных напряжений, сдвинутых друг относительно друга 90 и жестко засин- хронизированных с напряжением питания вихретоковых преобразователей

Вычислительное устройство 14, используя информацию, накопленную за три такта работы в ячейках памяти блока 13 ОЗУ, вычисляет функцию вида

Hi- Ji

х,-х

(/,о):

где IJ k - величина, определяемая отношением коэффициентов преобразования выходных сигналов вихретоковых I преобразователей в каналах синхронных детекторов 8 и 9. Функция Ф(/, cio представляет собой разность тангенсов углов наклона прямых, проведенных через точки на комплексной плоскости вносимых напряжений (фиг. 2), соответствующие некоторому значению обобщенного параметра / и относительным зазорам j и ,2

причем oi} (х:,, , 0 3 ° 1 ос, + 2uci , где л о(, - относительное расстояние между вихретоковыми преобразователями 3 и 4, 4 и 5. Как следует из годографов вносимых напряжений вихретоковых накладных трансформаторных преобразователей (фиг.2) при некотором оптимальном значении обобщенного параметра /5 /5опг линия отвода становится прямой в диапазоне изменения относительного зазора

oi, а, 1 ... 1 ,0, а при /5 /3

опт

и

215724

Л ; /Зд„ линия отвода обладает кривизной противоположных знаков, что обусловливает следующие свойства функции Ф(/ ,oiig): 5 fO ес.пи р /Зопт

S(p, 0 .с О, если

в диапазоне изменения установочйого 10 зазора aio о, 1 . .. (l-2iot) .

Функция F(/5,) отличается от .ЙО) множителем , который в процессе измерений остается практически постоянным. ЦифрОе1налоговый

15 преобразователь 15 преобразует с

учетом знака цифровую величину f(p,o} в напряжение, которое подается на управляющий вход функционального генератора 1 с регулируемой частотой,

20 причем если функция F(/, tig положительна, то происходит уменьшение частоты, а если отрицательна - увеличение и, таким образом, происхо - дит приближениа пбабщенного парамет25 ра ;,в (и7 кр|опт- Циклы опроса вихретоковых преобразователей 3, 4 и 5, вычисления функции К(/1,(д)и изменения рабочей частоты функциональ: ного генератора 1 продолжаются авто3Q матически, и частота изменяется до . тех пор, пока значение функции F(p.et). на выходе вычислительного устройст- |ва 14 не обратится в нуль, т.е.

35

fi

где {, - установившееся значение рабочей частоты.

Преобразователь 19 частоты в код производит непрерьшное преобразование рабочей частоты функционально- го генератора 1 в параллельный двоичный код, который поступает на входы вычислительного устройства 20 и ОЗУ 21. Вычислительное устройство 20 осуществляет операцию деления числа, записанного в ОЗУ 21, на числа, коды которых поступают с преобразователя 19 частоты в код, и умножает результат на численное значение С),т хранящееся в ПЗУ 22. В момент равенства нулю функции F(p, oio) на выходе вычислительного устройства 14 срабатывает формирователь 24 импульсов записи, который

через замкнутый переключатель 25 режимов работы устройства посылает импульс на вход разрешения записи ОЗУ 21, в результате чего в него

записывается численное значение час тоты i, . Одновременно происходит высвечивание показаний блока 23 цифровой индикации, на информационный вход которого поступает выходной код вычислительного устройства 20. Так как в режиме калибровки с преобразователя 19 часть в код и ОЗУ 21 на входы вычислительного устройства 20 поступает код значений частоты 1, , то блак 23 цифровой индикации покажет численное значение й,. На этом процесс калибровки устройства заканчивается, сущность его заключается в записи в ПЗУ 22 численного значения d,, а в ОЗУ 21-соответствующего ему значения частоты i, .

Переключатель 25 режимов работы устройства размыкают, что соответствует режиму работы Измерение. Устанавливают систему вихретоковых преобразователей 3, 4 и 5 на контролируемое изделие с неизвестным значением удельной электрической проводимости ijj( , Работа устройстве осуществлется аналогично процессу калибровк1 у но в отличие от него в ОЗУ 21 уже записано значение частоты 1| , В момент равенства нулю выходного цифрового сигнала вычислительного устройства 14 рабочая частота функционального генератора { принимает некоторое значение ij и согласно условию (2) имее

fr nt Rls izpo.

Рг

Приравнивая выражения для , выразим искомую величину;

. . i, х-,.-р.

Данную функцию реалирует вычислительное устройство 20, а результат измерения показьшает блок 23 гдифро- вой индикации.

Изобретение позволяет устранить погрешность, обусловленную колеба- гдаями установочного зазора в некотором диапазоне, бпределяемом рад лусом R внешних обмоток преобразователей

и расстоянием С между гтреобразовате- лями,. Например, так как возможный диапазон колебаний относительного устаргововчного зазора oi,p составляет 0,1... (l-24(t.), то при R 6 мм и д сб 0,3 получим С iuci 0,9 мм и диапазон возможных колебаний установочного зазора uh - (l-2k )-0,l R 0,9 мм,

при R до6 0,3; С,5 мм и i h I,5.

Формула изобретения

Злектромагнитньш способ измерения удельной электрической проводимости иэделиЙ5 заключающийся в том, что накладной вихретоковьй преобразователь перемещают по нормали к зталон- комз и контролируемому изделиям, изменяют частоту возбуждающего тока

вихретокового преобразователя, измеряют значения частот, соответствующие заданному постоянному соотношению параметров выходных сигналов вихретоко- Бого преобразователя дл:я эталонного

и контролируемого изделий соответственно, и используют указанные значения частот для определения удельной электрической проводш-юсти контролируемых изделий, о т л и ч а юЩ и и с я тем. 4TOj с целью, повьт- шения точности измерения за счет подавления влияния изменений зазора, вихретоковый преобразователь устанавливают над эталонньп- и контролируеГ ММ изделиями с тремя фиксированными

значениями зазоров, измеряют для каждог о значения зазора ортогональные составляющие выходных напряжен НИИ вихретокового преобразователя,

определяют отношение п рирап;ений ортогональных составляющих ,сц1я двух пар зазоров: максимальный - средний и средний-минимальный 5 а изменением частоты возбуждающего тока вихретокового преобразователя добивают, ся равенства полученных отноше- ник,

Фиъл

Л; /7,2/г 0.3 Хз 0, USH

Rf -г (Jo

USH

Rf -г (Jo

Рйпт

Фи.2

ВНИИПИ Заказ 1605/50 Тираж 778 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области неразрушающего к:онтрол я и может использоваться для измерения удельной электрической проводимости неферромагнитных проводящих изделий. Цель изобретения - повышение точности за счет подавления влияния изменений зазора. Способ;.измерения удельной электрической проводимости изделий заключается в том, что нак- ладной вихретоковый преобразователь устанавливают над эталонным и контролируемым изделиями с тремя фиксированными значениями зазоров, измеряют для каждого значения зазора ортогональные составляющее выходных напряжений вихретокового преобразователя, определяют отношение приращений ортогональных составляющих для двух пар зазоров: максимальный средний и средний - минимальный, изменяют частоту возбуждающего тока. до равенства полученных отношений и используют полученное значение частоты для определения удельной электрической проводимости изделия.2ил. V g to to СП ND