Способ измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и устройство для измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов Советский патент 1989 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уделной электрической проводимости немаг нитных материалов и изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измере- ния удельной электрической проводимости немагнитных материалов. .

Устройство содержит соединенные последовательно модулятор 1, генератор 2 переменного тока, вихретоковый преобразователь 3, первый усилитель 4, амплитудный детектор 5, первый фильтр 6 выделения постоянной составляющей сигнала, первый сумматор 7, первый делительный блок 8, другой вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 5 через первый фильтр 9 выделения переменной составляющей сигнала, первый масштабный преобразователь 10, первый вычитающий блок 11, другой вход которого подключен к соединенным последовательно преобразователю 12 частоты сигнала в напряжение, вход которого соединен с выходом генератора 2,вто-

рому фильтру 13 выделения постоянной составляющей сигнала, второму дели тельному блоку 14, другой вход которого соединен с выходом преобразователя 12 частоты сигнала в напряжение через второй фильтр 15 выделения переменной составляющей сигнала, второй усилитель 16, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 7, входом первого ключа 17 и входом второго вычитающего блока 18, соединенные последовательно первый ключ 17 блок 19 памяти, второй вычитающий блок 18, регулируемый масштабный преобразователь 20, второй ключ 21, второй сумматор 22, второй вход которого соединен с регулируемым источником 23 напряжения, третий делительный блок 24, другой вход которого соединен с выходом первого сумматора 7, блок 25 возведения в квадрат, второй масштабный преобразователь 26 и индикатор 27.

Устройство, реализующее способ измерения, работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 3 за- питывают от генератора 2 переменного

тока с частотою . Модулятор 1 модулирует частоту со генератора 2, засталяя ее изменяться на величину i&W с частотой Q. Выходное напряжение вихретокового преобразователя 3 усиливается усилителем 4, и из усиленного напряжения с помощью амплитудного детектора 5 выделяется информативная составляющая. Постоянная сое- тавляющая Un выпрямленного напряжения выделяется фильтром 6, переменная составляющая UU(Q), изменяющаяся с частотой 2., выделяется фильтром 9. Коэффициенты передач фильтров 9 и 6 равны.

Сигналы Uh и йЬт(Г2) поступают на входы делительного блока 8, с выхода

блока 8 сигнал )fh -- поступает на

Un

вход масштабного преобразователя 10, коэффициент передачи которого равен двум. С выхода масштабного преобразователя 10 сигнал 2Э6,, поступает на первый вход вычитающего блока 11, на другой вход которого поступает сигнал, сформированный из выходного сигнала генератора 2. Выход генератора 2 подключен также к преобразователю 12 частоты сигнала в напряжение. Сиг нал на выходе преобразователя 12 прямо пропорционален частоте входного сигнала и описывается выражением , где К - коэффициент преобразования; U1 - значение частоты вы- входного сигнала в данный момент времени. .

Сигнал Unp поступает одновременно на фильтры 13 и 15. Напряжение на вы ходе фильтра 13, выделяющего постоянную составляющую, пропорциональную величине СО, напряжение на выходе фильтра 15, выделяющего переменную составляющую, изменяющуюся с часто- той S2, пропорционально величине А СО. Выходы фильтров 13 и 15 подключ-ены к входам делительного блока 14. Коэффициенты передачи фильтров 13 и 15 равны, поэтому ка выходе устройства

ДСО 14 будет сигнал Эеш --- , который

подается на второй вход вычитающего блока 1 1 , сигнал U 29en-9et0поступает на усилитель 16.

С выхода второго усилителя 16 снимается корректирующий сигнал Uk0p, который поступает на второй вход сумматора 7. В установившемся режиме

ико)К(,), где К - коэффициент усиления усилителя 16, Если коэффициент усиления К достаточно большой, т сигнал 29Јn-%0 0 и . Тогда зависимость величины постоянной составляющей на выходе первого сумматор 7 описывается выражением , где а - коэффициент преобразования.

В процессе настройки устройства вихретоковый преобразователь 3 устанавливают на материал с известной величиной удельной электрической проводимости G, размыкают второй ключ 21 и замыкают первый ключ 17. Сигнал U через замкнутый ключ 17 поступает на вход блока 19 памяти и запоминается в нем.

Опорное напряжение Uon с выхода регулируемого источника 23 опорного напряжения через второй сумматор 22 поступает на второй вход третьего делительного блока 24, на первый вход которого поступает сигнал с первого сумматора 7. С выхода третьего де,- о/U пзт

лительного блока 24 сигнал чеиопрез блок 25 возведения в квадрат и

второй масштабный преобразователь 26

с коэффициентом передачи - постуК |Ч0и

пает на индикатор 27. Изменяя величину II регулируемого источника 23 опорного напряжения, добиваются того, что индикатор 27 показывает величину (УЭт. То гда

U

n 2It-

.G,T

а.

В следующих операциях величину LTon не меняют.

Далее размыкают первый ключ 17, замыкают второй ключ 21 и задают изменение мешающего параметра материала (если мешающий параметр - зазор, то подкладывают диэлектрическую пластинку между вихретоковым преобразователем 3 и настроечным образцом материала) , Изменение мешающего параметра приводит к изменению величин параметров a, b и величины сигнала U . С выхода второго усилителя 16 сигнал UKOn поступает на второй вход второго вычитающего блока 18, на первый вход которого поступает сигнал UKOP, хранящийся в блоке 19 памяти. Сигнал икорг-и ко„, с выхода второго вы514

читающего блока 18 поступает на регулируемый масштабный преобразователь 20. Выходной сигнал К (Чор-Г Ц),) ГДЈ

К - коэффициент передачи регулируемого масштабного преобразователя 20, через замкнутый второй ключ 21 поступает на первый вход второго сумматора 22, на второй вход которого поступает сигнал Uon a с регулируемого источ ника 23 опорного напряжения. Сигнал UM +K(UKopi-UKOpi ) с выхода второго сумматора 22 поступает через третий длительный блок 24, на другой вход которого поступает сигнал Un эт , в блок 25 возведения в квадрат и через второй масштабный преобразователь 26-на индикатор.27 . Изменяя величину коэффициента преобразования К регулируемого масштабного преобразовате- ля 20, добиваются чтобы индикатор 27 показывал величину С. В -этом случае величина К определяется в виде

Un.

Эт-1

i-a

ЬЈ2БЈи .с.

Uxopi Кор,

В дальнейших операциях величину регулируемого масштабного преоб- разователя 20 не меняют.

На этом операции настройки устройства измерения заканчиваются и вихретоковый преобразователь 3 устанавливают на контролируемый матери- ал с неизвестной величиной удельной электрической проводимостиСГ .

Скорректированная постоянная составляющая информативного напряжения Uh|XM поступает на первый вход третье- го делительного блока 24. Сигнал U поступает с выхода второго усилителя 16 на второй вход второго вычитающего блока 18 и второй вход сумматора 7. Сигнал C(Utop -UKOp )+a по- ступает на второй вход третьего делительного блока 24. Сигнал

Uп. км„

7Г, поступает на блок 25

(икоР, а

возведения в квадрат, а затем на вто-

рой масштабный преобразователь 26, Таким образом, индикатор 27 показывает величину G ц w, определяемую в виде

1

U,

(г (i.Di.Kj.wл

a-KXUko(4-UKopiV

Использование предлагаемого ба измерения и устройства, его

5

5 0

5

0

5

0 5

506

лизующего, позволяет повысить точность измерения удельной электрической проводимости в условиях влияния мешающих факторов. Введение автокоррекции информационного сигнала позволило создать условия для калибровки устройства на одном эталонном образце материала.

Формула изобретения

I. Способ измерения удельной электрической проводимости немагнитных ма териалов, заключающийся в том, что на вихретоковый преобразователь подают напряжение переменного тока с частотой (J, которое модулируют напряжением с частотой 2, изменяя частоту напряжения переменного тока на величину ±ьсо, усиливают выходное напряжение -вихретокового преобразователя, выделяют информативную постоянную составляющую Uh усиленного выходного напряжения преобразователя, измеряют периодические с частотой Я приращения Ы1(52) выделенной информативной составляющей и корректируют величину Uп, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, коррекцию Uh выполняют путем суммирования постоянной составляющей информативного напряжения с корректирующим напряжением , изменяют величину Ukop, обеспечивая равенство

Гл fT /f

относитель2 -V , SgjBb.

ное изменение амплитуды информативного напряжения ,9Јw тг - относительные изменения частоты тока, питающего вихретоковый преобразователь, устанавливают вихретоковый преобразователь в процессе настройки на материал с известной величиной удельной электрической проводимости , корректируют величину постоянной составляющей информативного напряжения 11, измеряют скорректированную величину постоянной составляющей информативного напряжения Un ЭТч, определяют величину параметра а преобразования по формуле

я UAMA.-.

Кл|(0|и0(Г,т

где R - радиус большей обмотки вихретокового преобразователя;

,0-7p,

запоминают значение параметра а преобразования, измеряют величину коррек тирующего напряжения Ux0p и запоминают, изменяют величину мешающего воздействия, корректируют величину постоянной составляющей информативного напряжения Un, измеряют скорректи- рованную величину постоянной составляющей информативного напряжения U , измеряют величину корректирующего напряжения UM, определяют величину С, пропорциональную мешающему воздействию по формуле

Un.

это.

-га

с ЗДЈШдЈзг

UKOpi UKOp,

запоминают величину С, устанавливают вихретоковый преобразователе в процессе измерения на контролируемый материал, корректируют величину постоянной составляющей информативного напряжения Urt, измеряют скорректированную величину постоянной состав-1 ляющей информативного напряжения Un , измеряют величину корректирующего напряжения Ukop , а величину удельной электрической проводимости контролируемого материала ( определяют по формуле

1

Uh

/- / и п км

a+C (()

2. Устройство для измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов, содержащее соединенные последовательно модулятор, генератор переменного тока, вихретоковый преобразователь, первый усилитель, амплитудный детектор и первы фильтр выделения постоянной составляющей сигнала, фильтр выделения пе- ременной составляющей сигнала, подключенный к амплитудному детектору, и первый вычитающий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в не- го введены преобразователь частоты сигнала в напряжение, второй фильтр выделения постоянной составляющей сигнала, второй фильтр выделения переменной составляющей сигнала, второ вычитающий блок, два сумматора, три

, 5

0

5

0

5

0 5 0 5

делительных блока, блок возведения в квадрат, второй усилитель, два масштабных преобразователя, регулируемый, масштабный преобразователь, регулируемый источник опорного напряжения, два ключа, блок памяти и индикатор, при этом выход первого фильтра выделения постоянной составляющей сигнала подключен к первому входу первого сумматора, выход которого подключен к второму входу первого делительного блока и первому входу третьего делительного блока, к первому входу первого делительного блока подключен выход первого фильтра выделения переменной составляющей сигнала, выход первого делительного блока соединен через первый масштабный преобразователь с первым входом первого блока вычитания, выход генератора переменного тока соединен с входом преобразователя частоты сигнала в напряжение, выход которого соединен с входом второго фильтра выделения постоянной составляющей сигнала и входом второго фильтра выделения переменной составляющей сигнала, выход второго фильтра выделения переменной составляющей сигнала соединен с первым входом второго делительного блока, выход второго фильтра выделения постоянной составляющей соединен с вторым входом второго делительного блока, выход которого соединен с вторым входом первого вычитающего блока, выход первого вычитающего блока через второй усилитель соединен с вторыми входами первого сумматора и второго вычитающего блока и через первый ключ - с входом блока памяти, выход блока памяти соединен с первым входом второго вычитающего блока, выход которого подключен к входу регулируемого масштабного преобразователя, выход регулируемого масштабного преобразователя через второй ключ подключен к первому входу второго сумматора, к второму входу которого подключен регулируемый источник опорного напряжения, выход второго сумматора соединен с вторым входом третьего делительного блока, выход которого через последовательно соединенные блок возведения в квадрат и второй масштабный преобразователь подключен к индикатору.

Изобретение может быть использовано для измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и изделий. Способ измерения реализован в устройстве, содержащем модулятор 1, генератор 2 переменного тока, вихретоковый преобразователь 3, усилители 4, 16, амплитудный детектор 5, фильтр (Ф) 6, сумматоры 7, 22, делительные блоки (Б) 8, 14, 24, Ф 9, 15 выделения переменной составляющей сигнала, масштабные преобразователи 10, 26, вычитающие Б 11, 18, преобразователь 12 частоты сигнала в напряжение, Ф 13 выделения постоянной составляющей сигнала, ключи 17, 21, Б 19 памяти, регулируемый масштабный преобразователь 20, регулируемый источник 23 напряжения, Б 25 возведения в квадрат, индикатор 27. С целью повышения точности измерения коррекцию информативной постоянной составляющей V_N выполняют суммированием постоянной составляющей информативного напряжения с корректирующим напряжением V_кор, устанавливают вихретоковый преобразователь 3 в процессе настройки на материал с известной величиной удельной электрической проводимости σ_эт, корректируют величину постоянной составляющей информативного напряжения, измеряют скорректированную величину постоянной составляющей информативного напряжения V_N эт 1, определяют величину параметра A преобразования по формуле, приведенной в описании изобретения, запоминают его значение, измеряют величину корректирующего напряжения V_кор1 и запоминают, изменяют величину мешающего воздействия, корректируют величину V_N, измеряют скорректированную величину постоянной составляющей информативного напряжения V_N эт 2, измеряют V_кор, определяют величину С, пропорциональную мешающему воздействию по формуле, приведенной в описании изобретения, запоминают С, устанавливают вихретоковый преобразователь 3 на контролируемый материал, корректируют величину V_N, измеряют скорректированную величину постоянной составляющей информативного напряжения V_N км, измеряют величину корректирующего напряжения V_кор3 и определяют удельную электрическую проводимость контролируемого материала σ км по формуле, приведенной в описании изобретения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.