Способ измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов и устройство для его реализации Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

тушек разнесены на угол F/2, то измерение фазового сдвига осуществляется одновременно в двух точках. После усиления и измерения фазового сдвига

1

Изобретение относится к электроизмерениям, в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения коэффициента анизотропии электрической проводимости немагнитных проводящих материалов.

Цель изобретения повышение точности и разрешающей способности измерений за счет измерения разности фаз радиальной составляницей вектора (напряженности магнитного поля.

На фиг, 1 приведена схема устройства для измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов; на фиг. 2 - конструкция вихретокового преобразователя.

Устройство содержит соединенные последовательно генератор 1 гармонического напряжения, усилитель 2 мощности и вихретокощ 1й преобразователь 3 с обмоткой 4 возбу5кдения, измерительными катушками 5-8, компенсационными катушками 9 - 12, идентичными измерительными катушками 5-8 и вспомогательными катушками 13 и 14. Устройство содержит также резистор 15 обратной связи, подключенньш к обмотке 4 возбуждения и входу усиителя 2 мощности, второй вывод которого соединен с общим проводом, усилители 16 - 18, фазоизмерители 19 и 20, первые входы которых подключе- ны соответственно к выходам усилитеей 16 и 17, вторые входы объединены подключены к выходу усилителя 18, блок 21 вычитания сигналов, подключенный к выходам фазоизмерителей 19 и 20, блок 22 управления частотой, включенный между выходом фазоизмери- теля 19 и входом управления генератоа 1 гармонического сигнала, и индикатор 23, подключенный к выходу блока 21 вычитания сигналов.

Измерительные и компенсахщонные атушки 5, 6,,9 и 10 включены послесигналы вычитаются в блоке 21 вычитания, и результирующая величина отображается индикатором 23. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

довательно попарно согласно, а каждая пара встречно, и подключены к усилителю 16. Аналогично включены измерительные и компенсационные ка5 тушки 7, 8, 11 и 12 и подключены к усилителю 17 Вспомогательные катушки 13 и 14 включены последовательно согласно и подключены к усилителю 18. Измерительные и компенсационные ка)0 тушки 5-I2 расположены на одинаковом расстоянии от обмотки 4 возбуждения (фиг. 2) соответственно у ее нижнего и верхнего конца так, что их продоль ные оси перпендикулярны:продольной

5 оси обмотки возбуждения, направления продольных осей измерительных катушек 5 и 6 совпадают и перпендикулярны продольным осям измерительных катушек 7 и 8,, компенсационные катуш0 ки 9-14 ориентированы аналогично, а вспомогательные катушки 13 и 14 расположены между плоскостями измерительных и компенсационных катушек так же соосно и перпендикулярно оси об мотки возбуждения.

%

Сущность способа измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов заклю- 0 чается в следующем.

С помощью цилиндрической возбуж- дающей индукционной катушки возбуждают в материс1ле анизотропной по электропроводности немагнитной гшас тины вихревые токи. При этом продольная ось катушки перпендикулярна поверхности пластины.Собственное (первичное) электромагнитное поле циливдрической катушки является осе0 симметричным, Осесимметрично также и вторичное поле вихревых токов, ее-, ли материал ш:1астины изотропный. Наличие анизотропии электропроводности приводит к нарушению осесимметричS кости вторичного поля. Составляющие вторичного ПОЛЯ вихревых токов при этом зависят от угловой координаты.

Измеряют значения радиал ьной составляющей Н вектора напряженности магнитного поля вихревых токов в точках, находящихся на одинаковом paccтoяшiи от возбуждающей катушки и разнесенных по угловой координате на угол л/2 относительно друг друга. Определяют разность фаз составляющей Кр в первой и второй из указанных точек f, - (fp, где у

и V. значения фазы радиальной составляющей Й соответственно в первой и второй точках, разнесенных относительно друг друга по угловой коорди7Г

нате на угол ,

Регулируют частоту возбуждающего электромагнитного поля таким образом, чтобы значение фазы составляю-, щей Н в первой из указанных точек измере51ия все время бьшо постоянным, т.е. в процессе измерений непрерывно выполняется условие

(ff - const.

Так как до проведения измерений направления главных осей анизотропии электропроводности обычно неизвестны то определить сразу положения точек измерения, соответствующие значениям угловой координаты равным О и

Т -Т-, не представляется возможным.

Поэтому, синхронно перемещая обе точки измерения по направлению угло- вой координаты, определяют такие их положения, при которых измеряемая разность фаз радиальной составляющей Н принимает максимальное положительное значение.

Устройство, реализующее способ, работает следующим o6pia30M.

Генератор 1 гармонического напряжения генерирует напряжение, частота которого определяется управляю- щим сигналом, поступаюпщм на вход генератора от блока 22 управления частотой. Генератор 1 выполнен по типу преобразователя постоянного напряжения в частоту гармонического напряжения. Его выходное напряжение усиливается усилителем 2 мощности, выход которого соединен с началом обмотки 4 возбуждения.

Ток возбулщения от усилителя 2 мощности протекает по последовательно соединенным обмотке 4 возбуждения и оечигтору 15 обратной связи. IJpJH

этом напряжение, снимаемое с резистора 15 обратной связи,поступает на второй управляющий вход усилителя 2 мощности и регулирует его коэффициен передачи таким образом, чтобы само, это напряжение все время было по г стокнным. В результате усилитель 2 мощности оказывается охваченным отрицательной обратной связью по току возбужде шя. Это позволяет стабилизировать ток возбуждения вихретоко- вого преобразователя 3 независимо от изменений параметров усилителя 2 мощности, обмотки 4 возбуждения, а также изменений амплитуды напряжения генератора 1 при изменении его частоты

Так как измерительные и компенсационные катушки 5-12 вихретокового преобразователя 3 идентичны и их обмотки включены встречно, а конструкция вихретокового преобразователя 3 симметрична, то при его нахождении в воздухе напряжения на входах усилителей 16 и 17 отсутствуют. При установке вихретокового преобразова- теля 3. на поверхность материала {не показан) в измерительных катушках 5- 8 появляется ЭДС, наведенная составляющей Н вектора напряженности магнитного поля вихревых токов. Соответственно на входах усилителей 16 и 17 напряжения появляются вносимое напряжения. Усиленные усилителями 16 и 17 эти напряжения поступают на первые входы соответственно фазоизмери- телей 19 и 20. На вторые входы фазо- измерителей поступает опорное напряжение с выхода усилителя 18. Опорное напряжение формируется с помощью вспомогательных катушек 13 и 14 и усилителя 18, образукицих канал опорного напряжепия.

Выходные сигналы фазоизмерите- лей 19 и 20 пропорциональны фазам выходных напряжений усилителей 16 и 17 соответственно. Поскольку фазы последних однозначно определяются значениями фазы составляющей Н в точках расположения измерительных катушек, то сигналы на выходах фазо- измерителей пропорциональны значениям фазы указанной составляющей вектора напряженности магнитного поля вихревых токов.

Далее выходные сигналы фазоизме- рителей 19 и 20 поступают на входы блока 21 вычитания, выходной сигнал которого пропорционален разности фаз

составляющей в точках расположения первой (второй) и третьей (четвертой) измерительных катушек преобразователя и поступает на индикатор 23 Одновременно сигнал с выхода фазо- измерителя 19 поступает на вход блока 22 управления частотой. Блок 22 управления частотой, выход которого соединен с входом генератора 1 гар-- монического напряжения, регулирует частоту последнего таким образом, чтобы выходной сигнал фазоизмерите- ля 19 в процессе измерений бьш постоянным.

Формула изобретения

1. Способ измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов, заключающийся в том, что возбуждают в материале вихревые токи и измеряют напряженность их магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерений, возбужде1ше вихревых токов осуществляют электромагнитным полем цилиндрической ин-. дукционной к атушки возбуждения, одновременно измеряют значения фазы радиальной составляющей Н вектора напряженности магнитного поля вихревых токов в двух точках вблизи поверхности материала, находящихся на одинаковом расстоянии и разнесенных на

от катушки

Г

угол по угловой

координате относительно друг друга, определяют разность фаз радиальной составляющей Н в этих точках, регулируют частоту возбуждающего электромагнитного поля таким образом, чтобы значение фазы составляющей Н в первой точке измерения в процессе измерений было постоянным, синхронно перемещая обе точки измерения по направлению угловой координаты, определяют такие их положения, при которых разность фаз радиальной составляющей К. поля вихревых токов при- Ш1мает максимальное положительйое значение, по которому и определяют коэффициент анизотропии .электропроводности.

2. Устройство для измерения ДУ плоскостями измерительных и Фозфициента анизотропии электропровод-буждающих катушек, так, что их проности немагнитных материалов, содер-дольные оси совпадают между собой и

жащее генератор гармонического на-перпендикулярны продольной оси обпряжения, накладной вихретоковыймотки возбуждения.

. 31158886

преобразователь с обмоткой возбуждения, резистор обратной связи, подключенный к обмотке возбуждения и общему проводу, и индикатор, о т л и - .

5 чающееся тем, что, с целью по ьш1ения точности и разрешающей способности измерений, оно снабжено усилителем мощности, включенным между выходом генератора гармонического

to {напряжения и обмоткой возбуждения, второй вход которого подключен к резистору обратной связи, тремя усилителями, двумя фазоизмеритепями, первые входы которых подключены со15 ответственно к первому и второму усилителям, а вторые входы объединены и соединены с выходом третьего усилителя, блоком вычитания сигналов, включенным между выходами фазоизмери20 телей и входом индикатора, и блоком управления частотой, включенным между выходом первого фазоизмерителя и входом управления генератора гармонического напряжения, вихретоковьй

25 преобразователь состоит из двух вспомогательных .катушек, включенных последовательно и соединенных с входами третьего усилителя, и четырех измерительных и четырех компенсацион

30 ных катушек, идентичных между собой, включенных последовательно попарно согласно, а каядая пара измерительных катушек - встречно с парой компенсационных катушек, и соединенных с вхо35 дами соответственно первого и второго усилителей, измерительные и компенсационные катушки расположены на одинаковом расстоянии от обмотки возбуждения, соответственно у ее нижнего

40 и верхнего торцов так, что их продольные оси перпендикулярны продольной оси обмотки возбуждения, направления продольных осей первой и второй измерительной катушек совпадают

45 и перпендикулярны продольным осям третьей и четвертой измерительных катушек, направления которых также совпадают, компенсационные катушки ориентированы между собой аналогично

50 измерительным катушкам, а вспомогательные катушки расположены на одинаковом расстоянии от обмотки возбуж- дершя в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси и находящейся меж:.

w

f3.

J

%

%

- I

us.l

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов электромагнитным методом при измерении анизотропии электрической проводимости немагнитнь1х проводящих материалов. Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности измерений за счет измерения разности фаз радиальной составляющей вектора напряженности магнитного поля. Вихретоковый преобразователь, размещенный на поверхности контролируемого изделия, регистрирует напряженность магнитного поля, причем измерительные катушки, включенные встречно с компенсационными, регистрируют разностную составляющую магнитного поля. Опорный сигнал о величине магнитного поля снимается со вспомогательных катушек 13 и 14, а падение напряжения на резисторе 15 обратной связи позволяет стабилизировать сигнал возбуждения от генератора 1 гармонического напряжения. Так как четверки као (Л со ел 00 00 00 Фиг

Редактор П.Гереши

Составитель Ю.Глазков

Техред М.Ходанич Корректор В.Бутяга

2354/46

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного кокмтета СССР

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

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