Термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов Советский патент 1986 года по МПК G01N25/32 

20

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлов и сплавов, а именно к термоэлектрическим методам определения химического состава, структуроскопии, контроля качества химико-термической обработки, и может быть использовано в метал- 5 лургической, металлообрабатываюплей и машиностроительной промышленности для контроля качества продукции.

Цель изобретения - сокращение времени и автоматизация измерений.IQ

На фиг. 1 приведена блок-схема термоэлектрического устройства для контроля металлов и сплавов; на фиг. 2 - электрическая схема регулируемого усилителя напряжения постоянного тока и схемы коррекции усиления; на фиг. 3 - электри.- 15 ческая схема блока управления.

Устройство содержит горячий электрод 1 с расположенными на нем нагревателем 2 и первичным преобразователем температуры 3, блок контроля и поддержания температуры 4, холодный электрод 5, схему определения наличия контакта 6, измерительный уси- литель 7, схему коррекции усиления 8, блок управления 9, аналоговое запоминающее устройство 10, и регистратор И. Устанав- ленные на горячем электроде 1 нагреватель 2 25 и измеритель температуры 3 подключены к блоку контроля и поддержания температуры 4. Измерительный усилитель 7 подсое- динен к холодному 5 и горячему 1 электродам. Первый вход блока управления 9 соединен с измерительным выходом блока 30 контроля и поддержания температуры 4, второй вход с выходом схемы определения наличия контакта 6, а три выхода подсоединены соответственно ко входам схемы коррекции усиления 8, аналогового запоминающего устройства 10 и входу отключения на- 35 грева блока контроля и поддержания температуры 4. Входы схемы 6 определения наличия контакта подключены соответственно к горячему и холодному электродам 1 и 5. Выход схемы коррекции усиления 8 соединен с управляющим входом усилителя 7, выход которого соединен с управляющим входом схемы коррекции усиления 8, и через аналоговое запоминающее устройство 10 с регистратором 11.

Схема усилителя 7 содержит высокоста- 45 бильный операционный усилитель 12 с резисторами 13 и 14 и полевым транзистором 15 в цепи задания коэффициента усиления. Схема коррекции усиления 8 содержит двухполярный источник опорного напряжения 16, переключатель 17, компаратор 50 напряжения 18, ждущий генератор 19, ждущий мультивибратор 20, п-разрядный двоичный счетчик 21, л-разрядный преобразователь код-напряжение 22. Блок управления 9 содержит первую 23 и вторую 24 логические схемы 2И, триггер 25, дифференцирую- 55 щую цепочку 26, ждущие мультивибраторы 27 и 28, схему подавления дребезга контак0

5

5 0 5

5 0 5

та 29, переключатель 30, интегрирующую цепочку 31, транзисторный ключ 32, источник опорного напряжения 33, компаратор 34. Схема определения наличия контакта 6 является стандартным функциональным узлом.

Усилитель 7 усиливает разность потенциалов между горячим 1 и холодным 5 электродами до величины, необходимой для работы регистратора 11. Регулирование его усиления осуществляется с помощью ре- зистивного Т-моста, включенного в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 12, последовательное плечо которого образуют резисторы 13 и 14, а параллельное - эквивалентное сопротивление сток-исток транзистора 5, напряжение на затворе которого изменяется от нуля до напряжения отсечки и подается со схемы коррекции усиления 8, которая в режиме калибровки осуществляет подстройку коэффициента усиления усилителя 7 с целью получения на его выходе напряжения, равного опорному в момент разогрева горячего электрода до номинальной температуры, и затем хранение полученного результата в режиме контроля. Управляющее напряжение на вход усилителя 7 подается с преобразователя код-напряжение 22, который управляется счетчиком 21, подсчитывающим импульсы со ждущего генератора 19. Сброс счетчика 21 в состояние «О осуществляет ждущий мультивибратор 20, вход которого объединен со входом генератора 19 и присоединен к первому выходу блока управления 9. Компаратор 18 сравнивает напряжения на выходе усилителя 7 и опорного источника 16 и разрешает или запрещает работу счетчика 21 в режиме калибровки.

Блок 9 управления осуществляет взаимодействие между основными элементами устройства. Дифференцирующая цепочка 26 осуществляет установку триггера 25 в состояние «1, который разрещает через логический элемент 2И 23 и блок контроля и поддержания температуры 4 включение нагревателя 2. Схема 29 подавляет дребезг контакта 30, который, будучи замкнутым, формирует на ее выходе сигнал логического «О, а разомкнутым - логической «1, тем самым запрещая или разрешая работу схемы коррекции усиления 8. Ждущий мультивибратор 27, вход которого объединен с / -входом триггера 25, служит для формирО - вания стробирующего импульса аналогового запоминающего устройства 10. Интегрирующая цепочка 31 осуществляет усреднение иыпульсной последовательности, идущей от схемы определения наличия контакта 6 в отсутствие контактирования с контролируемым изделием. Транзисторный ключ 32 осу- ш,ествляет преобразование напряжения на цепочке 31 в логические уровни необходимой полярности. Компаратор 34 сравнивает напряжение на измерительном выходе блока контроля и поддержания температуры 4 с

опорным источником 33. Ждущий мультивибратор 28 формирует из положительного перепада на выходе компаратора 34 короткий импульс для сброса триггера 25 и запуска мультивибратора 27.

Устройство работает следующим образом.

В режиме калибровки ключ 30 разомкнут. При соприкосновении горячего 1 и холодного 5 электродов с поверхностью металла, выбранного в качестве образцового, и в том случае, когда величина переходного сопротивления между горячим 1 и холодным 5 электродами и поверхностью металла не превыщает заданного значения на выходе схемы контроля наличия контакта 6 появляется сигнал логической «1, который, появивщись на входе блока управления 9, с помощью ключа 32, логического элемента 2И 23, дифференцирующей цепочки 26 и триггера 25 формирует на третьем выходе блока управления 9 сигнал включения нагревателя 2. Одновременно на первом выходе схемы управления 9 появляется сигнал логической «1, разрещающий работу схемы коррекции усиления 8. Этот сигнал сбрасывает счетчик 21 в состояние логического «О, который, будучи преобразованным в элементе 22 в нулевое напряжение на затворе транзистора 15, обеспечивает максимальный коэффициент усиления усилителя 7. По мере разогрева горячего электрода 1 растет напряжение на выходе усилителя 7, которое в момент времени t достигает величины напряжения опорного источника 16 и компаратор 18 разрещает работу счетчика 21. Напряжение запирающей полярности на затворе транзистора 15 возрастает со скоростью, превышающей рост температуры, что обеспечивается соответствующим выбором частоты генератора 19, а эквивалентное сопротивление в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 12 уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента усиления, а значит и прекращению роста напряжения на выходе усилителя 7. Тем самым обеспечивается следящий режим коррекции усиления, при котором напряжение на выходе усилителя 7, начиная с момента t остается практически неизменным и равным напряжению опорного источника 16, которому соответствует калибровочный отсчет регистратора 11.

При достижении рабочей температуры на горячем электроде 1 напряжение на измерительном выходе блока контроля и поддержания температуры 4 превышает напряжение опорного источника 33, на выходе компаратора 34 появляется положительный перепад напряжения, которым запускается ждущий мультивибратор 28. Импульс на его выходе переводит триггер 25 в состояние логического «О, тем самым отключая нагрев горячего электрода и с помощью логического элемента 2И 24, запрещая работу схемы коррекции усиления 8 и запуская мультивибратор 27, формирует импульс, который через третий выход блока управления 9 поступает на стробирующий вход аналогового запоминающего устройства 10. Во время действия этого импульса происходит выборка 5 текущего значения напряжения на выходе усилителя 7 и, по окончании его, хранение на своем выходе до прихода следующего стробирующего импульса. Переключатель полярности 17 позволяет учитывать знак раз0 ности потенциалов между горячим 1 и холодным 5 электродами для различных контролируемых металлов и сплавов и обеспечивает нормальную работу регистратора 11. При отводе горячего 1 и холодного 5 электродов от поверхности металла на выходе

5 схемы определения наличия контакта 6 появляется импульсная последовательность, усредняемая интегрирующей цепочкой 31 до уровня ниже порога срабатывания транзисторного ключа 32, на выходе которого появляется сигнал логического «О.

В режиме измерения (контроля металла или сплава) ключ 30 замкнут и через элемент 29 и логический элемент 24 блокирует работу схемы коррекции усиления 8. При контроле металлов и сплавов, отличаю5 щихся по сравниваемым характеристикам от выбранного образца, напряжение на выходе усилителя 7 отличается от образцового и, будучи запомненным в аналоговом запоминающем устройстве 10 вызывает соответствующее изменение показаний регистратора 11

0 интерпретируемое как результат контроля. Напряжение на выходе схемы коррекции усиления 8 остается при этом неизменным. Работа остальных элементов устройства аналогична режиму калибровки.

35

Формула изобретения

Термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов, содержащее хо. лодный и горячий электроды, установленные на горячем электроде и подключенные к блоку контроля и поддержания температуры нагреватель и первичный преобразователь температуры, измерительный усилитель с управляющим входом, подсое5 диненный к холодному и горячему электродам, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и автоматизации измерений, в устройство введены блок управления, схема определения наличия контакта, схема коррекции усиления

0 и аналоговое запоминающее устройство, причем первый вход блока управления соединен с измерительным выходом блока контроля и поддержания температуры, второй вход - с выходом схемы определения величины контакта, а три выхода подключены соответственно к входам схемы коррекции усиления, аналогового запоминающего устройства и входу отключения нагрева блока контроля и поддержания температуры.

5

1260801

5

входы схемы определения наличия контак- входом усилителя, выход которого соединен та подключены соответственно к горячему с управляющим входом схемы корре кции и холодному электродам, выход схемы кор- усиления и через запоминающее устройство рекции усиления соединен с управляющим с регистратором.

Предлагается термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов, которое может быть использовано для решения широкого класса задач определения химического состава, структуроскопии, контроля качества термообработки и др. С целью сокрашения времени и автоматизации измерений в устройство, содержащее блок контроля и поддержания температуры, нагреватель, измеритель температуры, холодный и горячий электроды с подсоединенным к ним усилителем и регистратор, введены схема определения наличия контакта, блок управления, схема коррекции усиления и запоминающее устройство. Введение этих блоков позволяет устранить методическую погрешность из-за изменения усилия прижатия электродов к исследуемому объекту и обеспечивает оптимальный режим измерения путем коррекции коэффициента преобразования измерительного тракта. 3 ил. ( ю 05

фиг.З

Составитель А. Носенков

Редактор А. ВоровичТехред И. ВересКорректор М. Шароши

Зак.:1 5221/42Тираж 778Подписное

ВНИИПИ осударственного комитета СССР

по делам .изобретений и открытий

113035, ; осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4