Способ измерения относительной величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N27/90 

со

13741

блок 26 световой индикации. Предложенные способ и устройство позволяют повысить точность измерения, поскольку результат измерения не зависит от параметров функции преобразования измерительного устройства. Получение нулевого сигнала на эталонном участке контролируемого изделия по зволяет

адаптироваться к условиям измерений, устранить влияние таких мешающих факторов, как отличия геометрии и формы эталонных образцов от контролируемого изделия. При этом нет необходимости в изготовлении эталонных образцов и их аттестации. 2 с.п.

ф-ЛЫ, 1 Ш1.

Изобретение может быть использовано при контроле изделий в зонах сварочных швов, где требуется измерить не абсолютное значение удельной электрической проводимости, а относительную величину ее изменения, возникшую после сварки. Устройство, реализунмцее способ, содержит генератор 1 переменного тока, коммутаторы 4 и 5, накладной вихретоковый преобразователь 6 с катушками 7 и 8, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12...15 памяти, блоки 16...18 вычитания, масштабный преобразователь 19, блок 21 деления, индикатор 23 и блок 24 управления. В устройство введены генераторы 2 и 3 переменного тока, масштабный преобразователь 20, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, компаратор 25 и i (Л

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной величины удельной электрической проводимости материалов и изделий, например при контроле изделий в зонах сварочных швов, где требуется измерить не абсолютное значение удельной электрической проводи- мости, а относительную величину ее изменения, возникшую после сварки, или при отбраковке заготовок деталей по марке материала, проводимой путем измерения отклонения удельной элек- тричаской проводимости контролируемо заготовки от эталонной.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена структурная схема устройства измерения.

Устройство содержит генераторы 1- 3 переменного тока, коммутаторы 4,5, накладной викретоковый преобразователь 6 с возбуждающей 7 и измери- тельной 8 катушками, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор тактовых импульсов 11, блоки памяти 12- 15, блоки вычитания 16-18, масштабны преобразователи 19,20, блок деления 21, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, индикатор 23, блок управления 24, компаратор 25, блок световой индикации 26.

Способ осуществляется следующим образом.

В первом такте измерения на поверхность этапон ного участка контролируемого изделия устанавливают вихрето- ковый преобразователь, возбуадаемый током частотой со, . Выходной сигнал вихретокового преобразователя зави

сит от величины обобщенных параметров

ft и &i :

2h

/3,т R-((5 , ОС - (1)

fU,

41

10 Гн/м,

где R - радиус вихретокового преобразователя (м) i

эт удельная электрическая проводимость эталонного участка контролируемого изделия (см/м);

h - расстояние от вихретокового преобразователя до поверхности участка контролируемого изделия (м).

Зависимость выходного сигнала вихретокового преобразователя от величины In р при различных значениях ti, может быть в широком диапазоне /3 -аппроксимирована линейным выражением. Тогда выходной сигнал в первом такте измерения будет иметь вид

и,а,.

(2)

где а

о

- параметры функции преобразования устройства, реализующего способ, являющиеся функцией дестабилизирующих факторов, например, температуры окружающей среды, параметра и других.

Полученное значение U, запоминают. Во втором такте вихретоковый преобразователь возбуждают током частотой COi со, п, где п 1. Тогда согласно (1) 7 р9т- -Гп, где fii - значение

обобщенного параметра для эталонного параметра для эталонного участка контролируемого изделия во втором такте измерения. Таким образом, во втором такте измерения выходной сигнал равен

,1п(| 4п)+ад.

(3)

Значение U запоминают. В третьем такте измерения вихретоковый преобразователь возбуждают током СО О, /п и выходной сигнал

,ln(,/ )+а,.

(4)

Формируют сигнал ,. Если и равно нулю, то зависимости U. f(ftj) действительно будут описы- ваться уравнениями (2-4). В противном случае сигнал U отличен от нуля. Для получения заданного вида зависимостей (2 - 4) применяют частоту питания СО, пропорционально величине и и вновь проводят три такта измерения на эталонном участке контролируемого изделия. Вновь определяют величину U. Изменения частоты возбуждающего вихретоковый преобразователь тока производится до тех пор, пока величина U не будет равна нулю с заданной точностью. Установив частоту СО, , на которой в диапазоне (f,) выходной сигнал описывается линейным уравнением заданного вида, переходят к операции измерения относительной величины удельной электрической проводимости исследуемого

участка контролируемого изделия.

Для этого вихретоковый преобразователь возбуждают током найденной частоты СО, и устанавливают на исследуемый участок контролируемого изделия.- Выходной сигнал U4 определится в виде

,1п,„ +а.

(5)

где 3 иссл Р

Величину и запоминают. Решая систему уравнений (2 - 5), получим выражение

СЗ иссл , (U4-U,)21n п

3 -Ь

(и,-и,)

(6)

Таким образом, преобразуя зафиксированные значения U,, U, U,, U согласно правой части выра ;:ения (6), пос

10

15

20 25-JQ

40

50

5

лучим относительную величину удельной электрической проводимости контролируемого участка изделия. Полученный результат не зависит от значений параметров функции преобразования и не требует мер по их стабилизации.

В первом такте измерения устройством, реализующим способ, генератор 1 питает через коммутатор 4 возбуждающую катушку 7 вихретокового преобразователя 6 током частоты со, . Наведенные в эталонном участке контроли- руемо.го изделия (на чертеже не показано) вихревые .токи возбуяздают в измерительной катушке вихретокового преобразователя 6 напряжение U, , которое усиливается усилителем 9, детектируется амплитудным детектором

10и через коммутатор 5 записывается в блок памяти 12. Работой коммутаторов 4 и 5 управляет генератор тактовых импульсов 11. Во втором такте измерения генератор тактовых импульсов

11на вход коммутатора 4 подключает генератор 2 с возбуждающей частотой

СО 1 СО, п, где п 1, а выход коммутатора 5 подключает к блоку памяти

13, где запоминается амплитуда напряжения Uj с измерительной катушкой 8 вихретокового преобразователя 6. В третьем такте измерения генератор тактовых импульсов 11 подключает на вход коммутатора 4 выход генератора 3 с возбуждающей частотой СО, а, /п, а выход коммутатора 5 подключает к блоку памяти 14, где амплитуда напряжения и с измерительной катушкой 8 вихретокового преобразователя 6. В этом такте измерения генератор тактовых импульсов 11 ждет управляющего сигнала от двухуровневого компаратора 25. Управляющий сигнал формируется на выходе третьего блока 18, в виде ,, на входы которого поступают сигналы с первого блока памяти 12 первый масштабный преобразователь 19, второго блока памяти 13 и третьего блока памяти 14. Если и отлично от нуля, что возможно при аппроксимации в заданном диапазоне изменения двухчленной линейной функцией с большей погрешностью, то компаратор 25 не срабатывает и генератор тактовых импульсов 11 продолжает работать в автоматическом режиме. Сигнал U воздействует на блок управления 24 (включает в себя в одном из вариантов усилитель и полупроводниковый элемент вариатор, величина сопротивления которого зависит от приложенного напряжения). Блок управления 24 одновременно меняет частоту выходных сигналов всех генераторов 1-3 пропорционально величине Вновь генератор тактовых импульсов 11, работающий в автоматическом режиме, проводит три такта измерения и в блоках памяти 12-14 появляются новые значения U,, -U, . Описанные операции автоматически повторяются до тех пор, пока на выходе третьего блока 18 не появится нулевой сигнал с заданной точностью. Нулевой сигнал U через компаратор 25 выводит генератор тактовых импульсов 11 из автоматического режима. При этом коммутато15 измерения. Получение нулевого сигнала на эталонном участке контролируемого изделия позволяет адаптироваться к условиям измерения, устранить влияние некоторых мешающих факторов, нары 4 и 5 переключатся в положение, 20 пример отличия геометрии и формы эта

соответствующее первому такту измерения, в блоках памяти 12-14 останутся сигналы и,-Uj, соответствующие нулевому сигналу и. В блоке световой индикации 26 загорится лампочка сигнализирующая об окончании работы на эталонном участке контролируемого изделия. После этого вихретоковый преобразователь 6 устанавливают на контролируемый участок изделия. Амплитуда возникшего на измерительной отметке 8 вихретокового преобразователя 6 напряжения U после идентичных с напряжениями и,-, преобразований запоминается в блоке памяти 15. Выходные сигналы блоков памяти 12-15 поступают в блоки 16 и 17, причем сигналы и, и и4 поступают на вход блока вычитания 16, а сигналы

и, и и на вход блока вычитания 17. Выходные сигналы блоков вычитания 16 и 17 поступают на блок деления 21, где формируется сигнал, равный частотному от деления сигналов (U,-U) и (,). Выходной сигнал блока 21, пройдя через второй масштабный преобразователь 20 с коэффициентом преобразования 21п п и экспоненциальный функциональный преобразователь 22,

1 тт 1 (U4-UJ21nn формируется в виде -, ,

который поступает на индикатор 23. Показания индикатора считываются только при наличии сигнала индикаторной лампочки.

Способ измерения и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения относительной удельной электрической проводимости материала, поскольку результат измерения не зависит от параметров функции преобразования измерительного устройства (.а, а,). Особенно эффективно проводить измерения в экстремальных условиях, когда параметры функции преобразования, определенные

при калибровке устройства ввиду влияния внешних факторов и неизмеряемых параметров контролируемого изделия могут существенно отличаться от реальных, при которых производятся

измерения. Получение нулевого сигнала на эталонном участке контролируемого изделия позволяет адаптироваться к условиям измерения, устранить влияние некоторых мешающих факторов, например отличия геометрии и формы эта

лонных образцов о т контролируемого изделия, а кроме того, не требует изготовления эталонных образцов и их аттестации.

Способ может быть использован для измерения абсолютной величины СГ , Однако в этом случае требуется знание значения 6, .

30 Формула изобретения

1, Способ измерения относительной величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий, включающий установку накладного вихретокового преобразователя на эталонный участок поверхности контролируемого изделия, три такта измерения выходного сигнала U,, U, U вихрето

кового преобразователя, в первом из которых вихретоковый преобразователь возбуждают током частотой cOi , во втором - током частотой w со, п, затем вихретоковый преобразователь устанавливают на исследуемьш участок поверхности контролируемого изделия, возбуждают вихретоковый преобразователь током частоты со, , измеряют его выходной сигнал и определяют величину контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в третьем такте измерения при положении вихретокового преобразователя на эталонном участке контролируемого

изделия возбуждают преобразователь током частотой и со, /п формируют сигнал ,, итерационно изменяют частоту возбуждающего тока

до тех пор, пока величина U не будет равна нулю, а относительную величину удельной электрической проводимости электропроводящих изделий определяют gnccA 1 (.)21п п

по формуле

1

а,, (и,-и,)

где соответственно значения удельной электрической проводимости материала исследуемого и эта лонного участков контролируемого изделия; и - результат измерения амплитуды выходного сигнала накладного вихретокового преобразователя при установке его на исследуемый участок контролируемого изделия.

0

5

Q

5

точности измерений, оно снабжено двумя дополнительными генераторами, вторым масштабным преобразователем, экс- , поненциальным функциональным преобразователем, компаратором и блоком cвefoвoй индикации, причем выход первого блока памяти соединен с первым входом первого блока вычитания и через первый масштабный преобразователь с первым входом третьего блока вычитания, выход второго блока памяти соединен с первым входом второго блока вычитания и вторым входом третьего блока вычитания, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго блока вычитания и третьим входом третьего блока вычитания, а выход четвертого блока памяти, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом блока деления, другой вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, выход блока деления через последовательно соединенные масштабный преобразователь и экспоненциальный функциональный преобразователь соединен с входом индикатора, а выход третьего блока вычитания соединен с входом блока управления и входом компаратора, при этом выход блока управления соединен с управляющими входами трех генераторов, а выход компаратора соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов и входом блока световой индикации.