Способ раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических свойст металлоизделий на основе .измерения магнитной проницаемоати и удельной электрической проводимости вихре- токовым методом.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения магнитной проницаемости наклад.ными вихретоковыми преобразователями путем раздельного измерения магнитной проницаемости и электрической проводимости.

На фиг, 1. приведена блок-схема устройства, реализующего способ измерения магнитной проницаемости р и удельной электрической проводимости 6; на фиг. 2 - чувствительный элемент, вьшолненный в виде двух трансформаторных вихретоковых преобразователей, первый из которых размещен в магнитодиэлектрической среде; на фиг. 3 - годограф сигнала первого накладного вихретокового преобразователя; на фиг. 4 - годограф сигнала второго вихретокового преобразователя при р 20.

Способ основан -на следующем. На низкой частоте, определяемой по формуле g

. „ t 1,2-10 р„,„ /-nRH S..Kc (1) где Рмин минимальное значение

магнитной проницаемости в диапазоне измеряемых величин;

макс максимальное значение удельной электрической проводимости в диапазоне измеряемых величин; о - магнитная постоянная;

R - радиус преобразователя, измеряют магнитную проницаемость образца по амплитуде сигнала преобразователя, помещенного в магнитоди- электрическую среду, соприкасающуюся с контролируемым изделием. При этом измерение магнитной проницаемости выполняется в замкнутой цепи, что обеспечивает измерение больших значений магнитной проницаемости (порядка 300 и более).

Возможность измерения р подтверждается годографами (фиг. 3). Видно, что по амплитуде сигнала можно измерять, магнитную проницаемость даже в диапазоне больших ее значений, однако для получения однозначности

необходимо измерения выполнять на низких частотах, определяемых, выражением (1). После измерения магнитной проницаемости для измерения S удельной электрической проводимости необходимо перейти к унифицированному годографу, что достигается исключением магнитодиэлектрической среды. При этом получается годограф,

показанный на фиг, 4. Отличительной его особенностью является то, что при р 20 сам годограф не изменяется при изменении р и б изменяется лишь положение рабочей точки на нем.

Это позволяет с использованием выражения

С |3 fJ(2iTR2p), (2) где Б выбранное значение обобщенного параметра,

определить удельную электрическую проводимость

& Cp/f,(3)

где f - частота возбуждения преоб -разователя.

Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные генератор 1 низкой частоты, чувствительный элемент 2, усилитель 3, амплитудный детектор 4 и блок 5

0 вычислений, последовательно соединенные генератор 6 напряжения высокой частоты, чувствительный элемент 2, фазовый детектор 7, компаратор 8, генератор 9 линейно-изменяющегося

5 напряжения, пиковый детектор 10 и блок 11 управления, подключенный к управляющему входу генератора 6, последовательно соединенные частотомер 12 и цифроаналоговый преобра0 зователь 13, включенные между вторым выходом компаратора 8. и вторым входом блока 5 вычислений, источник 14 опорного напряжения, подключенного к второму входу компаратора 8 5 и времязадающий блок 15, подключен- ньш к второму входу генератора 9, причем синхронньш выход генератора 6 соединен с вторым входом фазового детектора 7, выход генератора .6 так0 же соединен с вторым входом частотомера 1 2.

Чувствительный элемент 2 (фиг. 2) включает два вихретоковых преобразователя трансформаторного типа, перJ вый из которых размещен в магнитодиэлектрической среде 16, образующей рабочую поверхность элемента, примыкающую к контролируемому изде

ЛИЮ, а второй размещен в воздухе соосно первому преобразователю. Каждый из преобразователей 18 и 19 содержит возбуждающую и измерительную обмотки.

Генератор 1 напряжения низкой частоты (фнг. 1) подключен к возбуждающей обмотке второго преобразователя 19, измерительная обмотка которого подсоединена к усилителю 3. Генератор 6 напряжения высокой частоты подключен к возбуждающей обмотке первого преобразователя 18, измерительная обмотка которого подсоединена к фазовому детектору 7.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 питает напряжением низкой частоты, определяемой выражением (1), первый вихретоковый преобразователь 18 (фиг. 2), заключенный Б магнитодиэлектрическую среду и являющийся составной частью чувствительного элемента 2 (фиг. 2) Со вторичной обмотки этого преобразователя сигнал, содержащий информацию о магнитной проницаемости образца, усиливается усилителем 3, детектируется амплитудным детекторо 4 и подается на один из входов блока 5 вычислений. В программе блока предусмотрена коррекция, позволяющая линеаризировать зависимость сигнала вихретокового преобразователя от величины измеряемой магнитной проницаемости. -Измеренное значение магнитной проницаемости и индицируется на индикаторе блока 5 (не показан) .

Время задающий блок 15 вырабатывае синхронизирующие /импульсы с регулируемой длительностью, которыми управляется генератор 9 линейно-изменяющегося напряжения. Напряжение , этого генератора запоминается в пиковом детекторе 10 и подается на блок 11 управления, который управляет частотой генератора 6. Последний питает возбуждающую обмотку второго вихретокового преобразователя 19 (фиг. 2), расположенного в чувстви- тепьном элементе 2 (фиг. 1), с измерительной обмотки которого напряжние подается на фазовый детектор 7. При этом на выходе фазового детекто ра 7 напряжение изменяется до некоторого предела, определяемого значением опорного напряжения источни

0

5

0

5

0 5

0

5

0

ка 14, соответствующего заданному значению фазового угла сигнала преб- разователя 19, и соответсгв 1ощего

. выбранному значению обобщенного параметра jS годографа (фиг. 4).

По достижении заданного уровня сигнала на выходе фазометра 7 срабатывает компаратор 8, на выходах которого появляются два сигнала; один останавливает генератор 6 линейно-изменяющегося- напряжения, второй - запускает частотомер 12. При этом генератор б высокой частоты

вырабатывает на лфяжение постоянной частоты, измеряемой частотомером 12 и преобразз емьБ цифроаналоговьм преобразователем 13 в сигнал, посту- на вход блока 5 вычислений. Искомое значение удельной электрической проводимости вычисляется блоком 5 по формуле (3) с учетом выражения (2) для константы С, вводимой в программу блока 5 вычислений заранее.

Формула изобретения

1. Способ раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости с использованием накладного вихретокового преобразователя, заключаюнцтйся в измерении амплитуды сигнала преоб- - разователя, по которой определяют магнитн .то проницаемость, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений магнитной проницаемости, измеряют амплитуду сигнала вихретокового преобразователя, .размещенного в магнито- диэлектрической среде, частота возбуждения которого выбрана из условия J,

S ь 1,2-10 .,, /ГГК РоСкс затем исключают в вихретоковом пре- образователе магнитодиэлектрическую среду, изменяют частоту возбуждения вихревого преобразователя, фиксируя ее значение f, при котором фазовый угол сигнала вихретокового преобразователя становится равным заданной величине, определяемой выбранным значением обобщенного вихретокового параметра , и удельную электрическую проводимость определяют по формуле

C«/f, где С ,м /2ТГК2 „

u - измеряемая величина магнитной проницаемости;

магнитная постоянная; минимальное значение магнитной проницаемости в диапазоне измеряемых величин,

максимальное значение удельной электрической проводимости в диапазоне измеряемых величин; - радиус преобразователя.

2, Устройство для раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости, содержащее последовательно соединенные генератор напрялсеиия высокой частоты, чувствительный элемент, фазовый детектор, компаратор, генератор линейно-изменяющегося напряжения, пиковый детектор и блок управления, источник опорного напряжения, подключенный к второму входу компаратора и частотомер, подключенный к выходам генератора напряжения высокой частоты и компаратора, выход блока -управления подключен к управляющему входу генератора напряжения высокой частоты, cинkpoниГУ I

0

5

0

5

зирующий вход генератора напряжения высокой частоты подсоединен к второму входу фазового детектора, о т л и- ч а ю DI е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения магнитной проницаемости, оно снабжено генератором напряжения низкой частоты, последовательно включенными усилителем, амплитудным детектором и блоком вычисления, цифроаналоговым преобразователем, включенным между частотомером и вторьм входом блока вычислений, времязадающим блоком, подключенным к второму входу генератора линейно-изменяющегося напряжения, чувствительный элемент выполнен в виде двух накладных вихретоковых преобразователей трансформаторного типа, первый из которых помещен в магнитодиэлектрическую среду, а второй - в воздухе соосно с первым, генератор напряжения низкой частоты подключен к возбуждающей обмотке второго преобразователя, измерительная обмотка которого подсоединена к усилителю, а генератор напряжения высокой частоты подключен к возбуждающей обмотке первого преобразователя, измерительная обмотка которого подсоединена к фазовому детектору.

79 19

// //. cpus.Z

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических свойств металлоизделий. С целью расширения диапазона измерение магнитной проницаемости до 300 и выше, при одновременном измерении удельной электрической проводимости б по амплитуде сигнала накладного вихре- токового преобразователя, помещенного в магнитодиэлектрическую среду, измеряют р на частоте возбуждения, выбранной из условия f б 1,2 х. X / R -S«aKC ключают в вихретоковом преобразователе магнитодиэлектрическьто среду, изменяют частоту возбуткдения вихре- токового преобразователя, фиксируя ее значение, при котором фазовой угол сигнала вихретокового преобразователя становится равным заданной величине, определяемой выбранным значением обобщенного вихретоковогс параметра р , и удельную электрическую проводимость определяют по форт муле 6 Cp/f, где С - константа; Рнич минимальное значение в диапазоне измеряемьпс величин; 6„д максимальное значение 6 в диапазоне измеряемых величин; R - радиус преобразователя. Устройство по сравнению с обычными каналами измерения амплитуды и фазы сигнала вихретокового преобразователя дополнительно содержит канал из генератора напряжения низкой частоты, усилителя, амплитудного детектора блока вычислений, подключенный к вихретоковому преобразователю, помещенному в магнитодиэлектрическую среду, канал измерения фазы сигнала подключен к преобразователю без магнитодиэлектрической среды . и дополнительно содержит блок опорного напряжения, пропорционального В.,, цифроаналоговый преобразователь, подключенный к блоку вычислений. Способ и устройство, его осуществляющие, позволяют раздельно измерять jM и 6 накладными вих-ретоковыми преобразователями, по изменению которых определяют результат контроля изделий. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. iO (Л 1C ел О со со

40

20

e Uomtf.

,й/

5Z7

° Кб Uorr,.

Редактор С.Лисина

Составитель В,Филинов Техред И.Гайдога

Заказ 4402/38Тираж 778Подписное

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

Корректор С.Шекмар