Устройство контроля качества точечной сварки Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

ратор тактовых импульсов, подключенный к управляющим входам четырех коммутаторов, три блока памяти, подключенные к выходам четвертого коммутатора, второй блок вычитания, включенный между выходами первого и второго блока памяти, третий блок вычитания, включенный между выходами

I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике с помощью вихретоковых методов и может,быть использовано для определения удельной электрической проводимости не- магнитных материалов и изделий.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет отстройки от влияния зазора между контролируемым изделием и вшсретоковым преоб- разователем, а также упрощение практической реализации способа.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения электрической проводимости немагнитных мате- риалов, реализующего способ; на фиг. 2 - годограф, отражающий зависимости вносимого сигнала от величины обобщенного параметра /0 ; на фиг. 3 - графики, отражающие зависи- мость tg со от /3 при различных зазорах (сплошная линия -- для первого такта измерения, пунктирная линия - для третьего такта).

Устройство для измерения электри- ческой проводимости содержит соединенные последовательно генератор 1 и делитель 2 частоты, генератор 3 .тактовых импульсов, четыре коммутатора 4-7 и вихретоковый преобразо- ватель 8 с возбуждающей обмоткой 9, подключаемой через коммутатор 4 либо к генератору 1, либо к делителю 2 частоты, и двумя измерительныьш обмотками 10 и 11. Выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам коммутаторов 4-7.

Устройство содержит первьй компенсатор 12, включенный между измерительной обмоткой 10 и первым входом коммутатора 6, второй компенсатор. 13 включенный между измерительной обмоткой 11 и вторым входом коммутатора 6

1226267

первого и третьего блоков памяти, блок деления, включенный между выходами второго и -третьего блока вычитания и входом блока возведения в квадрат, и масштабный преобразователь, включенный между выходом блока возведения в квадрат и входом цифрового индикатора. 3 с.п.ф-лы, 3 ил.

и третий компенсатор 14, включенный между вькодом первого компенсатора 12 и третьим входом коммутатора 6. Опорные входы компенсаторов 12 и 14 объединены и подключены к генератору 1, а опорный вход компе нсатора 13 подключен к делителю 2 частоты.

Устройство содержит также соединенные последовательно усилитель 15, вход которого подключен к выходу коммутатора 6, и фазовый детектор 16, два фазовращателя 17 и 18, входы которьк через коммутатор 5 подклю- ггены к выходу коммутатора 4, а выходы соединены с опорным входом фазового детектора 16, два амплитудных детектора 19 и 20, три блока 21-23 вычитания, причем вход амплитудного детектора 19 подключен к выходу усилителя 15, вход амплитудного детектора 20 соединен с выходом третьего компенсатора 14, а их выходы подключены к первому блоку 21 вычитания.

Также устройство содержит блок 24 управления, включенньй между выходом блока 21 вычитания и третьим входом компенсатора 14, линеариза- тор 25, включенный между вькодом фазового детектора 16 и входом четвертого Kot-iMyTaTopa 7, три блока 26- 28 памяти, подключенные к соответствующим: выходам коммутатора 7, и соединенные последовательно блок 29 деления, первый вход которого через второй блок 22 вычитания подключен к блокам 26 и 27 памяти, а второй вход блока 29 деления через .третий блок 27 вычитания соединен с блоками 26 и 28 пам.яти, блок 30 возведения в квадрат, масштабный преобразователь 31 и индикатор 32.

Способ осуществляют следующим образом.

в первом такте измерения в контролируемом изделии (не показано) с помощью вихретокового преобразователя 8 наводят вихревые токи, реакция которых приводит к отклонению начального напряжения (которое имелось в воздухе) на величину вносимого напряжения. Определяют тангенс Фазового угла вносимого напряжения относительно его реальной составляющей. При установке вихретокового преобразователя 8 с относительньм зазором 0,2-0,6, выборе частоты . со возбуждающего тока генератора 1 и диаметра измерительной обмотки 10 обеспечивающих значения / 3-40, зависимость .тангенса фазового угла- (фиг. 3) вносимого напряжения от параметра имеет вид.

tg 0, а (р / + Ь(р,

а () и Ь() - параметры функции

преобразования устройства, реали- зукнцего способ, являющиеся функцией температуры окружающей среды и обобщенного параметра зазора

2h

2 V D

где h - расстояние от середины катушки преобразователя до контролируемого изделия, м.

Полученное значение tg а, фиксируют

Во втором такте измерения изменяют величину обобщенного параметра зазора , оставляя неизменным обобщенный параметр . Изменить f в и раз. можно перемещением.вихретокового преобразователя при известном значении в первом такте или изменением диаметра измерительной обмотки в ц раз одновременным обратным изменением частоты питающего тока в h раз для стабилизации параметра /3 . Изменение в h 2 раза (фиг. 3) приводит к опре- - делению / по зависимости tg «i Ч (/), используемой в первом такте измерения , в два раза отличающихся от действительных /3 , что адекватно введению мультипликативного квазитеста р во втором такте измерения.

Таким образом:

„

tga-i а ()/3. п + Ь(р

226267

и при п 2 получают

tg«2 (Р

(Д)

10

15

20

- 25

30

.

-

35

„ 40

50

55

Значение tg « 2 Фиксируют .

В третьем такте измерения вносимое напряжение векторно суммируют с некоторым дополнительным компенсирующим напряжением, по величине меньшем начального напряжения на зомери- телъной катушке вихретокового преобразователя в воздухе, а по фазе ему противоположном.При этом вновь сформированная функция преобразования оказывается сдвинутой параллельно вниз основной (фазовый переход первого такта измерения), что приводит к отклонению в определении, параметра jb от действительного на некоторую постоянную величину й|3 , которая является функцией величины дополнительного компенсирующего напряжения и определяется в процессе калибровки устройства, реализующего способ.

Таким образом, величина tgo/, определяется в виде

tgK, а() ( л/3)+Ь(р, . (5)

где л/З - аддитивньш квазитест /3 .

Значение tg а фиксируют.

Если величину результирующего напряжения вихревого преобразователя для каждого значения контролируемого изделия формируют равной величине результирующего напряжения вихретокового преобразователя в воздухе, как показано на фиг. 2 для значений 5 и j3 10, то функция преобразования устройства, реализующего способ имеет вид, показанный пунктирными линиями (фиг. 3). Пунктирные прямые параллельны сплошным линиям и сдвинуты, поэтому для всех значений /3 вводится ., аддитивный квазитест К , равный д/3 3 ,3 .

Решение системы из трех уравнений (1), (3) и (5) относительно/3 и введение данного результата в квадрат позволяет получить линейную зависимость между проводимостью и электрическими сигналами в виде

6 /..,.f / tgo;, /lD(n-1)/

(3)

.c

.tgo(,-tgce3 /

(6)

где С - постоянная для данного прибора, определяемая при его градуировке

Показания, получаемые по алгоритму (6)j не зави сят ни от вариаций зазора, ни от температуры в определенных: интервалах ее значений.

Если п 2э а величину результиру- гощего напряжения вьпсретокового преобразователя на контролируемом изделии в третьем такте измерения формирз ют равной величине результирующего напряжения вихретокового преобразователя в воздзгхе, то величина йр (фиг 3) в этом случае равна 3,3 и выражение (6) преобразуется к виду

6 ( jj;

tgci -tgci.,1 ,

(7) 20

УСТРОЙСТВО} реалт-гзующее способ,, работает следующим образом,

Вихретоковьм преобразователь 8 устанавливают на контролируемое изделие. Генератор 3 тактовьк И1--5пульсов приводит ко;ммутаторы 4-7 з первое (I) положение и подключает через коммутатор 4 выход генератора 1 к возбуждающей обмотке 9 вихретокового преобразователя 8. С основной измерительной обмотки 10 выходное напряжение векторно суммируется с напряжением первого компенсатора 12. пара-метры которого выбраны таким образом что суммарное выходное напрялсепие вгссретокового преобразоватети 8 и первого компенсатора 12 в воздухе (без контролируемого изделия) равно

нулю. Вносимое напряжение с вьгхода компенсатора 12 через комвд-татор б, усилитель 15J фазовьн детектор 16, на опорньш вход которого поступает напряжение с генератора 1 через коммутатор 5 и фазовращатель и, и далее.через линеаризатор 25 и коммутатор 7 поступает в первый блок 26

памяти.

Во втором такте измерений г енера- тор 3 тактовых импульсов приводит коммутаторы 4-7 во второе положе--. . ние (П). При этом генератор 1 переменного тока через делитель 2 частоты и коммутатор 4 подключается к возбуждающей обмотке 9 вихретокового преобразователя 8. Коэффициент деления дегштеля 2 частоты равен п , где

D,

п --, а - диаметр измерительной обмотки 11. Технически просто осуществить кратное деление частоты,

/7

тфе. п 2,4, ..., поэтом дальнейшее рассмотрение работы измерителя проведем для п 4.

С измерительной обмотки 11 напряжение частотой в п раз меньшей, чем частота генератора 1, суммируется с компенсирующим напряжением второго компенсатора 13, параметры которого выбраны- таким образом, что выходное суммарное напряжение вихретокового преобразоват.еля и второго компенса- . тора 13 в воздухе равно нулю. Вносимое напряжение с компенсатора 13 через комт утатор 6, усилитель 15, фазовьй детектор 165 через торы 4 и 5, фазовращатель 18 и далее через линеаризатор 25 и коммутатор 7 заносится в блок 27 памяти. Поскольк л.яаметр измерительной обмотки 11 в 11 раз больше диаметра измерительной обмотки 10 и они расположены соосно и Б одной плоскости, то параметр во втором такте оказывается Е; h 2 раз меньше, чем в первом такте, так как вместе с увеличением диаметра обмотки в 2 раза уменьшаетс Е 4 раза частота возбуждающего тока. Уменьшение параметра в 2 раза приводит к изменению параметров функции преобразования измерителя (фиг. 2). Одт ако, если измерения проводят используя те же параметрь функции преобразования j что и в первом такте, т.е. по то.й же градуировочной прямой (фиг. 2)э то уменьшение в 2 раза (напримерS с 1,28 до 0,64 ил f до 0,32) приводит к оп- ределен.шо значений /3 в 2 раза больши чем действительные значения /Э ,

В третьем-такте измерений генератор 3 тактовых ш-гаульсов приводит коммутаторы 4-7 в третье положении (Ш .При зток генератор 1 через кoм fyтaтo 4 вновь подключается к возбуждающей обмотке 9 Е:шсретокового преобразователя 8. С измерительной обмотки 10 на,пряжение последовательно векторно сум1.ируется с компенсирующими напряжениями первого 12 и третьего 14 компенсаторов . Величина компенсирующего напряжен:ня компенсатора 14 в начальный момент равна нулю, а результирующее напряжение с него через коммутатор 6 поступает на усилитель 15.

Выходное напряжение сравнивается с компенсирующим напряжением третьего компенсатора 14.

Цепь, состоящая из амплитудных детекторов 19 и 20 блока 21 вычитания и блока 24 управления обеспечивает автоматическую регулировку величины компенсирующего .напряжения компенсатора 14 до момента его равенства напряжению с выхода усилителя 15. Для этого напряжение с усилителя 15 поступает через амплитудный детектор 19 на вход блока 21 вычитания, на другой вход которого поступает компенсирующее напряжение с компенсатора 14 через амплитудньй детектор 20. С выхода блока 21 вычитания через блок 24 управления осуществляется регулировка величины переменных элементов компен.сатора 14 до тех пор, пока выходные напряжения амплитудных детекторов 19 и 20 не будут равны.

Таким образом, сформированное напряжение на выходе коммутатора 6 в третьем такте измерения на комплексной плоскости можно изобразить в виде векторов, исходящих из точек О и О , для значений /3 5 и /3 10 соответственно (фиг. 2). Напряжение с выхода усилителя 15 через фазовый детектор 16, на опорный вход которого поступает напряжение с выхода генератора через коммутаторы 4 и 5, фазовращатель 17 и далее через линеаризатор 25 и коммутатор 7 в блок 28 памяти.

Напряжение, записанное в блок памяти изменяется от /5 согласно графику, изображенному пунктирными линиями (фиг. 3).

Блоки 26-28 памяти обеспечивают хранение информации до завершения всех трех тактов работы устройства. Выходные сигналы с блоков 26, 27 и. 26, 28 памяти поступают одновременно на входы соответственно блоков 22 и 23 вычитания, выходные сигналы с которых через блок 29 деления и блок 30 возведения в квадрат поступают на вход масштабного преобразователя 31. Таким образом на выходе масштабного преобразователя 31 возникает сигнал, равный удельной электропроводности.

Формула изобретения

1. Способ измерения удельной электрической проводимости немагнит26267

ных материалов, заключающийся в том, что накладной вихретоковый преобразователь устанавливают с зазором на контролируемое изделие, возбуждают в

5 изделии вихревые токи и измеряют тангенс фазы вносимого напряжения вихретокового преобразователя tga относительно его реальной составляющей, отличающийся тем,

10 что, с целью повышения точности

измерений при вариациях зазора, осуществляют еще два такта измерений, причем во втором такте тангенс фазы вносимого напряжения tgo определяют

15 для вихретокового преобразователя, установленного над ко тролируемым изделием с обобщенным параметром

0

5

0

зазора, о тличным от первоначального в п раз, где п 1,5-2,5, в третьем такте измерения определяют тангенс фазы результирующего напряжения вихретокового преобразователя, полученного путем векторного суммирования ВНОС1-ГМОГО напряжения и дополнительного компенсирующего напряжения, по величине меньшего начального напряжении ви фетокового преобразователя в воздухе, а по фазе ему противоположного, при этом величину удельной электрической проводимости 6 определяют из выражения

2

6

. . с tgod, -

35

где С 40

45

масштабньш множитель, опре- деляемьй при калибровке.

2.Способ измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения практической реализации способа, величину п устанавливают равной двум а величину результирующего напряжения вихретокового преобразователя в третьем такте измерения формируют равной величине результирующего напряжения вихретокового преобразователя в воздухе.

3.Устройство для измерения удель 50 ной электрической проводимости немагнитных материалов, содержащее генератор, соединенные последовательно усилитель, фазовый детектор и линеаризатор, фазовращатель, выход ко55 торого подключен к опорному входу фазового детектора, блок возведения в квадрат и цифровой индикатор, о т- личающееся тем, что, с

9

целью повышения точности измерений, оно снабжено второй измерительной обмотко.й, распбложвнной в вихретоко- ,вом преобразователе соосно и в одной плоскости с остальными обмотками, делителем частоты, подключенным к генератору, первым коммутатором, включенным между выходами генератора и делителя частоты и возбуждающей обмоткой вихретокового преобразователя, вторым коммутатором, включенным между выходом первого коммутатора и входом фазовращателя, вторым фазовращателем, включенным между вторым выходом второго Коммутатора и опорным входом фазового детектора соединенными последовательно первым амплитудным детектором, подключенным к выходу усилителя первым блоком вычитания и блоком управления, первым компенсатором, выходы которого подключены к первой измерительной обмотке вихретокового преобразователя и генератору, вторым компенсатором, входы, которого подключены к второй измерительной обмотке вихретокового преобразователя и делителю частоты.

2626710

. третьим компенсатором, входы которого подключены к выходу первого компенсатора, генератору и блоку управления, третьим коммутатором,

2 включенным между выходами трех компенсаторов и входом усилителя, вторым- амплитудным детектором-, включенным между выходом третьего компенсатора и вторым входом первого блока вьгчита10 НИН, четвертым коммутатором, подключенным к выходу линеаризатора, .гене- . ратором тактовых импульсов, подклю- ченньп к управляющим входам четырех коммутаторов, тремя блоками памяти,

(5 подключенными к выходам четвертого коммутатора, вторым блоком вычитания, включенным между выходами первого и второго блоков памяти, третьим блоком вычитания, включенным между вьтхода20 ми первого и третьего блоков памяти, блоком деления, включенным между выходами второго и третьего блоков вычитания: и входом блока возведения в квадрат, и масштабным преобразова25 телем, включенным между выходом блока возведения в квадрат и входом цифрового индикатора.

.U 0uz.Z

Ю го 30 j3

Фиг.З

Изобретение относится к конт- рольно- змерительной технике и может быть использовано для определения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и изделий методом вихревых токов. Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет отстройки от влияния зазора между контролируемым изделием и вихре- токовым преобразователем. Цель достигается за счет того, что в способе измерения удельной проводимости немагнитных материалов накладной вих- ретоковый преобразователь (ВТП) устанавливают с зазоррм на контролируемое изделие, возбуждают в изделии вихревые токи и измеряют тангенс фазы tg «1 вносимого напряжения ВТП относительно его реальной составляющей, затем определяют tg aig для ВТП, установленного над контролируемым изделием с обобщенным параметром зазора, отличным от первого в п раз, где п 1,5-2,5, и определяют tgolj результирующего напряжения ВТП, полученного векторным суммированием вносимого и компенсирующего напряжений. Устройство для измерения электрической проводимости немагнитных материалов содержит генератор, соединенные последовательно усилитель, фазовый детектор и линеаризатор, подключенный к фазовому детектору фазовращатель, блок возведения в квадрат и цифровой индикатор. Кроме того, устройство содержит делитель частоты, подключенный к генератору посредством первого коммутатора, второй коммутатор, включенный между выходом первого коммутатора и фазовращателем, второй фазовращатель, вклю- ченньш между вторым выходом второго коммутатора и опорным входом фазового детектора, соединенные последовательно первьй амплитудный детектор, блок вычитания и блок управления, первый компенсатор, входы которого подключены к первой измерительной обмотке ВТП, второй компенсатор, входы которого подключены к второй измерительной обмотке ВТП и делителю частоты, третий компенсатор, входы которого подключены к выходу первого компенсатора, генератору и блоку управления, третий коммутатор, включенный между выходами трех компенсаторов и входом усилителя, второй амплитудный детектор, включенный между выходом третьего компенсатора и вторым выходом первого блока вычиуа- ния, четвертый коммутатор, подклю- ченньй к выходу линеаризатора, гене(Л кэ ю О5 (С О5 Ы

.Редактор И. Дербак

Составитель Ю. Глазков Техред И.Верес

2121/39

Тираж 778

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

КорректорЕ. Сирохман