Способ измерения удельного сопротивления и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R31/00 

ламм на выходах токовои и измерительной катушек преобразователя. Когда Ф прекращают изменение частоты. Считают число Nj, импульсов образцовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты. Устанавливают преобразователь на поверхность другого участка и повторяют процесс-автоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с заданным значением и в момент их сравнения считают число импульсов Nj образцовой частоты и число периодов возбуждающей частоты. Сравнивают величины N, и N и после их сравнения по величине за1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вих- JJeBbDC токов и может быть использова- но для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

По предлагаемому способу, установив вихретоковый преобразователь на поверхность первого участка, его токовую катушку возбуждают синусои- |Дальным напряжением частотой f. Квантуют период возбуждающего сигнала частотой fjj и формируют временной интервал (ф,, соответствующий заданному значению фазы. Сформированный временной интервал ,р, сравнивают с временным интервалом , между сигналами на выходах токовой и измерительной катушек преобразователя и в зависимости от результата сравнения, увеличивают или уменьшают частоту f возбуждения преобразователя. Описанный процесс продолжают до тех пор, пока не выполнится условие ф, t,. В Момент выполнения указанного условия прекращают изменение частоты и с началом очередного периода начинают одновременно считать число периодов возбуждающей частоты f, и число импульсов образцовой частоты f, В момент сравнения подсчитьгеаемого числа периодов -озбуждающей частоты с заданным значением и, прекращают счификсированного числа периодов возбуждающей частоты определяют конечный результат измерения. Устр1ойстно для реализации способа содержит генератор 1 управляемого синусоидального напряжения, генератор 2 образцовой частоты, вггхретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4-5, элементы И 12, 13, 6, 7, 10, счетчики импульсов 24-26 реверсивные, делитель частоты 23, триггер 17, для достижения цели дополнительно введены триггеры 18 - 22, элементы И 8, 9,11, 14, 15, 16. 2 с. п. ф - лы, 2 ил.

тать и фиксируют .подсчитанное число N( импульсов образцовой частоты. Ус- ганавливают преобразователь на по- зерхность другого участка и повторярт процесс автоподстройки частоты f возбуждающего сигнала, квантования его периода, и формирования f j, . При сравнении формируемого временного интервала Сф г прекращают автоподстройку частоты и с началом очередного периода зафиксированной частоты f управляемого генератора начинают считать число п ее периодов и число Nj импульсов образцовой частоты. В

момент сравнения подсчитьшаемого числа Nj импульсов образцовой частоты с зафиксированным числом N). при контроле первого участка прекращают считать числа обеих частот и фиксируют

подсчитанное число п периодов возбуждающей частоты i . По зафиксированному числу определяют конечный результат измерения.

Числа N, и N определяются соотношениями

N foo; i; ; N, (1) При сравнении N, и N имеем

Pz П7

-p- -п7 V(2)

где PI - удельное электрическое сопротивление первого участка изделия;

р - удельное электрическое со- - противление второго участка изделия.

Если п, выбрать кратным 10 , то относительное электрическое сопротивление рготи будет равно

Р7отн р7

(3)

20

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для Измерения удельного сопротивления содержит генератор 1 управляемого синусоидального напряжения, генератор 2 образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элементы И 6-16, триггеры 17-22, делитель 23 частоты, счетчики 24-26 импульсов.

Выход генератора 2 образцовой частоты соединен с первыми входами элементов И 6, 7, 12 и 13. Выходы элементов И 6 и 7 соединены соответственно с входом делителя 23 частоты и вычитающим входом счетчика 24 импульсов, а суммирующий вход последнего соединен с выходом делителя частоты. Выход генератора 1 соединен с входом преобразователя 3, выходы которого соединены соответственно с . входами усилителей-формирователей 4 и 5. Выход усилителя-формирователя 4 соединен с входами элементов И 6, 35 10 и II, первыми входами триггеров 17 и 18 и синхронизирующим входом триггера 20. Выход усилителя-формирователя 5 соединен с вторым входом триггера 18, прямой выход которого со- 40 единен с первым входом элемента И 9, а инверсный - с вторым входом элеента И 8. Второй вход, триггера 17 соединен с выходом переполнения счетчика 24, его прямой выход - с вторым 45 ходом элемента И 7 и первым входом элемента И 8, инверсный - с вто рым входом элемента И 9. Прямой выход риггера 19 соединен с первыми вхо25

30

дами триггера 20 и элемента И 14, и

версный - с вторым входом триггера 20, выход которого соединен с вхдами элементов И 10, II, 12, 13 и 14, Выходы элементов И 8 и 9 соединены соответственно с первым и вто- рым входами генератора 1 и первь1ми входами триггеров 21 я 22. Выходы последних соединены с входами эле

-

,

2608774. :/мента И 15, выход которого соединен с первым входом триггера 19. Второй вход триггера 19 соединен с выходом . элемента И 16, входы которого соеди- 5 нены с выходами переполнения счетчиков 25 и 26. Выходы элементов И 12 и 13 соединены соответственна с сум- мируклцим и вычитающим входами счет-j чика 26. Выходы элементов И 10 и 11 , 10 соединены с суммируюищм и вычитающим входами счетчика 25, выход элемента И 14 - с управляющими входами счетчиков 25 и 26. Вторые входы триггеров 21 и 22 соединены с клеммой 5 Пуск, третьи входы элементов И 10 и 13 - с клеммой Режим 2, третьи

входы элементов И II, 12 и 14 - с клеммой Режим 1.

На фиг. 2 представлены следующие временные диаграммы, объясняющие ра- 6oTia устройства в режиме 1 при

.Л, 1:

а)и„ - на входе

б)и - на выходе усилителя-фор- мирователя 4;

в)и - на выходе усилителя-формирователя 5;

г)и, - на выходе триггера 17; и,8 выходе триггера 18;

Д)

е) и„ - на выходе триггера 21;

я) и 21 3 выходе триггера 22;

нала

гг

з) и„ - на выходе триггера 9;

и) Ujo - на выходе триггера 20;

к) и, - на вычитающем входе счетчика 25;

л) Ui4 - на выходе элемента И 14;

м) - на cyм o pyющeм входе счётчика 26. ..

На временных диаграммах приняты следуюоще обозначения:

Т - период возбуждающего СИГН7Ша вихретокового преобразователя;

Т - временной интервал между сцг налами на токовой и измерительной катуиках преобразователя;

Гф - сформированньй временной интервал соответствующий заданной разности фаз;

t - момент времени прихода сигt, - момент прихода переднего фронсигнала токовой катушки;

t - момент прихода переднего фронсигнапа измерительной кат тпки;

t - момент прихода заднего фрон- сигнала токовой катушки;

t - момент прихода заднего фронсигнала измерительной катушки.

Устройство для измерения удельного сопротивления работает следующим образом.

Перед началом измерения все элементы устройства устанавливают в исходное состояние. При этом триггеры 21 и 22 находятся в единичном, а триггеры 19 и 20 и счетчики 24-26 - в нулевом состоянии. На входную клемму Режим 1 ноступает единичньп потенциал. В делителе 23 частоты устанавливают коэффициент деления К

-;, « .ад

- заданное значение разности фаз между измерительным

сигналом датчика и возбуждающим его сигналом. Обычно коэффициент К выбирают целочисленным.

Вихретоковый преобразователь 3 устанавливают на поверхность первого участка ,изделия, по отношению к которому измеряют относительные значения удельных электрических сопротивлений других участков.На вход устройства в момент времени t (фиг. 2) подают сигнал Пуск, устанавливающий в нулевое состояние триггеры 21 и 22 На вход преобразователя 3 с выхода управляемого генератора 1 поступает синусоидальное напряжение частотой f На выходе усилителя-формирователя 5, подключенного к выходу измерительной катушки преобразователя, появляются сигналы прямоугольной формы, сдвинутые относительно сигналов на выходе усилителя-формирователя 4, подключенного к токовой катушке преобра- . зователя 3, на время t (фиг. 2). Величина временного интервала однозначно определяет фазу измерительного сигнала, зависящую от электропроводности б участка и частоты f возбуждающего сигнала. Передний фронт положительного полупериода с выхода усилителя-формирователя 4 открывает элемент И 6 и счетчик 24 начинает считать импульсы генератора 2 образцовой частоты д, делимой делителем 23 в К раз. Задний фронт положительного полупериода с выхода усилителя-ограничителя 4 закрьшает элемент И 6 и устанавливает в единичное состояние триггеры 17 и 1В. На выходах триггеров 17 и 18 начинают формироваться временные интервалы ст и Г соответственно. В счетчике 24 окажется зафиксированным число

N J f, dt г,-- f

2Kf

о

(А)

0

Единичный сигн ал с выхода тригге- 5 ра 17 открывает элемент И 7 и счетчик 24 начинает вычитать из числа N число N имнульсов частотой f. Передний фронт нулевого сигнала, появившегося на вьжоде счетчика 24 при сравнении чисел N и N (обнулении счетчика), устанавливает в единичное состояние триггер 17. Триггер 18 устанавливается в единичное состояние задним фронтом сигнала с выхода уси- лителя-ограничителя 5. В зависимости от соотношения временных интервалов бф и Г на выходе соответствующего элемента И 8 или И 9 появляется еди- ничньй сигнал длительностью -(

Пусть в начальный момент времени с окажется меньшим Т., . Тогда единич- ньй сигнал длительностью u c появляется на выходе элемента И 8, устанавливает в единичное состояние триггер 21 и поступает на вычитающий вход управляемого генератора 1. Последний увеличивает частоту генерируемых сигналов. Описанный процесс автоподстройки частоты повторяется до .тех пор, пока разностный интервал ЛТ не поменяет свой знак. Тогда в единичное состояние устанавливается триггер 22 и на выходе элемента И 15 появляется единичный сигнал. Частота

5 генератора 1 в дальнейшем автоматически поддерживается равной f( , при KOTopoil выполняется условие ,. Передний фронт единичного сигнала с выхода элемента И 15 устанавливает

в единичное состояние триггер 19,сигнал с выхода которого поступает на 1-вход триггера 20 и вход элемента И 14. Единичный сигнал с выхода элемента И 14 устанавливает в нуле вое состояние счетчик 26 и записывает в счетчик 25 число п, . Задний фронт сигнала, поступившего с выхода усилителя-формирователя 4 на синхронизирующий вход триггера 20, устанавливает последний в единичное состояние . Единичный потенциал с выхода триггера 20 поступает на входы элементов И 10-14. Счетчик 25 начинает вычитать из числа tii число пери5 одов возбуждающей частоты f,, а счетчик 26 - считать число импульсов образцовой частоты fp. В момент обнуления счетчика 25 передний фронт нулеBofo с.ш наля с его выхода поступает на вход элемента И 16, вследствие чего единичный сигнал с его инверсного выхода своим передним фронтом-устанавливает в нулевое сост.ояние триггер i9. Единичный сигнал с инверсного выхода последнего поступает на К-вход триггера 20 и задний фронт очередного синхронизирующего сигнала устанавливает его в нулевое состояние. В счетчике 26 окажется зафиксированным число импульсов образцовой частоты, равное

N,

п,

Г,

(5)

Вихретоковый преобразователь 3 устанавливают на другой участок, относительное значение электрического сопротивления которого будут измерять. Снимают единичный потенциал с клеммы Режим 1 и подают единичньш потенциал на клемму Режим 2. Сигнал Пуск, поступающий на вход устройства устанавливает в нулевое состояние триггеры 21 и 22. Процесс ав топодстройки частоты осуществляется аналогично вышеописанному.

В момент сравнения временньк ин- тервалов Гф и Т на выходе генератора 2 установится частота fg возбуж- дающего сигнала, а передний фронт единичного сигнала с выхода элемента И 15 устанавливает в единичное состояние триггер 19. Задний фронт сиг нала с выхода усилителя-формировате- ля 4 устанавливает в единичное состояние триггер 20, разрешающий сигнал с выхода которого открывает элементы И . Счетчик 25 начинает под- . считьгоать число периодов возбуждающеи частоты f, а счетчик 26 - вычитать из ранее зафиксированного числа N, число Nj импульсов образцовой частоты. В момент сравнения чисел N, и N- нулевой сигнал с выхода счетчика 26 поступает на вход элемента И 16 и передний фронт единичного сигнала с его инверсного выхода устанавливают в нулевое состояние триггер 19. Задний фронт очередного сигнала с выхода усилителя-формирователя 4 устанавливают в нулевое состояние триггер 20.

Таким образом, в счетчике 25 окажется зафиксированным число п, про- порциональное относительному значению электрического сопротивленияр второго участка.

10

15

2025

Если перед контролем очередпгяч) .участка обеспечить восстановление в счетчике 26 числа N,, дапьиейшпс намерения относрттельяых чначетп удельных электрических сопротивлений можно будет проводить без повторного контроля исходного участка.

Предлагаемое устройство позволяет производить также измерение относительного значения электропроводности. Для этого контроль участка (изделия), относительное значение у электропроводности которого необходимо измерить, производят в Режиме 1, а контроль исходного участка (изделия) - в Режиме 2.

Мотм

J б

- 10

п.

(6)

Если в качестве исходного применяют образец с известным электрическим сопротивлением, то сопротивление контролируемого изделия определяют из соотношения

- Г

р. 10- р

п

. Для определения электропроводности изделия его контроль проводят в Режиме 1, а контроль образцового материала - в Режиме 2. Тогда

6f

Предлагаемое устройство позволяет в Режиме 1 измерять абсолютное значение электропроводности без применения образцового материала. Тогда

б С- 10 N

R, где С

ZtIK, рдГ о

экв1шалентный радиус вихре- токового преобразователя;

fU(, - магнитная проницаемость;

(5 - обобщенньв параметр вихре- токового преобразователя.

Формула изобретения

1. Способ измерения удельного сопротивления, основанный на изменении частоты возбуждения вихретокового преобразователя, по которому возбуждающий сигнал квантуют импульсами образцовой частоты и формируют временной интервал, соответствующий заданной разности фаз, сравнивают его с интервалом между опорным и измерительным сигналами преобразователя и в момент их сравнения прекращают изменение частоты сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, считают число импульсов образцовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты, устанавливают преобразователь на очередной участок контролируемого изделия и повторяют процесс автоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с за- данным значением и в момент их сравнения начинают одновременно считать число импульсов образцовой частоты, и число периодов возбуждающей частоты, сравнивают подсчитьшаемое число импульсов образцовой частоты с зафиксированным числом на первом участке и после их сравнения по величине зафиксированного цеЛого числа периодов возбуждающей частоты определяют ко- нечный результат измерения.

2. Устройство для измерения удельного сопротивления, содержащее последовательно соединенные управляемый генератор синусоидального напря- жения и вихретоковый преобразователь с двумя усилителями-формирователями на выходах, генератор образцовой частоты с элементами И на выходе, выхо

ды первого и второго которых соеди- нены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого счетчика импульсов, третий и четвертый элементы И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим входом второ го счетчика импульсов и входом делителя частоты, а выход последнего соединен с суммирующим входом второго счетчика, третий счетчик импульсов с пятьм элементом И на установочном входе и триггер, выход первого усилителя-формирователя соединен с новочным входом первого триггера и |iepBbiM входом пятого элемента И, вто рые входы первого, йторого и пятого элементов И соединены соответственно между собой, отличающееся . тем, что, с целью распшре шя функциональных возможностей, оно дополнительно содержит пять триггеров и

шесть элементов И, причем выход второго усшштеля-формироват(1ля соединен с сбросовым входом второго триггера, а выход первого усилителя-формирователя соединен с входами четвертого II шестого элементов И, сбросовым входом второго и синхронизирующим входом шестого триггеров, выход переполнения второго счетчика импульсов соединен с сбросовым входом первого триггера, прямой выход которого соединен с входами третьего и восьмого элементов И, а инверсный - с входом девятого элемента И, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом девятого, а инверсный - с вторым входом восьмого элементов И, вькоды восьмого и девятого элементов И соединены соответственно с первым и вторьм входами управляемого генератора синусоидального напряжения, соединенным с установочными входами третьего и четвертого триггеров, выходы которых соединены с входами десятого элемента И, выход которого соединен с установочным входом пятого триггера, прямой выход пятого триггера соединен с установочным входом шестого триггера и входом седьмого элемента И, а инверсньй выход - с сбросовым входом шестого триггера, прямой выход шестого триггера соединен с вторыми входами первого, второго, пятого, шестого и седьмого элементов И, выход шестого элемента И соединен с вычитающим входом третьего счетчика, виход седьмого элемента И соединен с управляющими входами первого и третьего счетчиков импульсов, выходы переполнения которых соединены с входами одиннадцатого элемента И, а выход последнего соединен с сбросовым входом пятого триггера, сбросовые входы третьего и четвертого триггеров соединены с клеммой Пуск, третьи входы второго и пятого элементов И соединены с клем-- мой Режим 2, третьи входы первого, шестого и седьм;ого элементов И соединены с клеммой Режим 1.

Фиг. 2

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов. Может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии. Способ заключается в квантовании периода возбуждающего сигнала импульсами образ цовой частоты fg, формировании временного интервала (ВИ) Сф , соответствующего заданному значению фазы. ВИ с , сравнивают с ВИ с, , между сигнаi (Л ю Од 00 ч