Преобразователь толщины в интервал времени Советский патент 1989 года по МПК G01B7/06 

ff/ri

rs

4

СО СО 00 О5 4;

н

Изобретение относится к средствам толщинометрии и может быть использовано для контроля неферромагнитных материалов . Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации за счет уменьшения перегрева катушек индуктивности. Ключи 7-10, управляемые сигналами триггера 11, поочередно подключают концы катушек 1 и 2 индуктивности к выходу стабилизатора 6 тока и к третьему входу преобразователя 5 напряжения в интервал времени. Таким образом, в первый цикл работы катушка 1 подключена к стабилизатору 6 тока и, являясь источником поля, нагревается, а катушка 2 подключена к входу преобразователя 5 и, являясь индукционным преобразователем, остывает. При этом на первом выходе преобразователя 5 формируется импульсы длительностью, пропорциональной толщине находящегося между катушками 1 и 2 изделия. 2 ил.

Фиг.1

314

ИчоОре тч ние относится к срсдстг а толщииоме грим и в составе TOHIIUIHO- метра может быть использовано для контроля иоферромагнитных материало и изделий.

Целью изобретения является повышение удобства в эксгшуатации путем уменьшения перегрева катушек индуктивности,

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя толщины в интервал времени; на фиг. 2 - временые диаграммы напряжений сигналов в цепях преобразователя.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие оботначепия:

М(Т) - коэф(1);1циент взаимоиндукци катушек 1 и 2 индуктивности ; Т - преобразуемая толпцша; Ь - выходное напряжение источника 3 напряжения; и вх входное напряжение преоб,разователя 6 напряжения в ток;

i(t) - выходной ток преобразователя 6 напряжения в ток; e(t,T) - ЭДС, де1 1ству 01цая па третьем входе преобразовате-

ля 5;

U(t,T) - Быходное напряжение интегратора 14;

i - стационарное значение тока L(t) ; и 14 стационарное значение нарлжения (tjT); К13, К4, KI2, К10,

К8, К9

и К7 - напряжения, действующие

на управляющих входах клчей 3, 4, 12, 10, 8, 9, 7.

f , С,- jLiBHiiie по величине дли- тельности первого и вто- рог о циклов работы; - перибд светового питающего напряжения;

х1 /1

Hi 1 17

50

, длительности переходных г11К)Ц ссов становления стационарных значений тока i(t) в первом и втором цикле;55

V(l ) - Д-И(1тел ьпость выходного

имчсрнала времени. рспОр.ччовател 1з толщины в интер- л (м,чер;к11;т первую катушд

5

0

5

0

5

0

З

0

5

ку 1 ипдуктивп п тц, вторую катущку 2 индуктивности, начало которой соединено с точкой нулевого потенциала, соединенные последовательно источ1П1к 3 постоянного напр. тжения и первый кгпоч 4, двухтактны интегрирующий преобразователь 5 напряжения в интервал времени, первый вход которого соединен с первым выводом источника 3 постоянного напряжения, а второй вход и первый выход преобразователя 5 напряжения в интервал времени предназначен для подключения соответственно к источнику переменного напряжения и измерителю интервалов времени. Преобразователь толщины в интервал времени содержит соединенные последовательно стабилизатор 6 тока, первый и второй входм которого соединены с вторыми выводами соотпптст- венно первого ключа 4 и источника 3 постоянного напряжения, а второй выход преобразователя 6 напряжения в ток соединен с началом первой катушки 1 индуктивности и с точкой нулевого потенциала, второй ключ 7, третий ключ 8, первый и второй выводы которого соединены соответственно с концом первой катушки 1 индукти;жо- сти и с третьим входом преобразова- тсгля 5 напряжения в интервал времени, четвертый ключ 9, первый вывод которого соединен с третьим входом преобразователя 5 напряжения ь интервал времени, и пятый ключ 10, первмй и второй выводы которого соединены соответственно с концом второй катушки 2 индуктивности и первым выводом второго ключа, и триггер 11, С-вход которого соединен с вторым выходом преобразователя 5 напряжения в интервал времени и входом управления первого ключа 4. Прямой выход триггера 11 соединен с входами управления третьего и пятого ключей 8 и 10. Инверсный выход триггера 11 соединен с его D-БХОДОМ и входом управления второго ключа 7.

Двухтактный интегрируюций преобразователь 5 напряжения в интервал времени вьптолнен в виде шестого ключа 12, первый вывод которого является третьим входом преобразователя 5, и соединенных последовательно седьмого ключа 13, первый вывод которого является первым входом преобразователя 5, интегратора 14, вход которого соединен с вторым выводом шестого

ключа 12, компаратора 15 и схемы 16 управления, второй вход которой является BtopbiM входом преобразователя 5. Первый и второй выходы схемы 16 управления соединены с управляющими входами соответственно седьмого и шестого ключей 13 и 12 и являются соответственно первым и вторым выходами преобразователя 5 напряжения в интервал времени.

Устройство функционирует следующим образом.

Катушки 1 и 2 накладывают на разные поверхности объекта контроля со осно (например, используя предварительную разметку указанных поверхностей). На второй вход преобразователя 5 напряжения в интервал времени подают последовательность прямоуголь ных импульсов, период следования которых кратен 1 р (например, от формирователя и делителя частоты, входное напряжение формирователя поступает от силового трансформатора блока питания заявляемого устройства).

Пусть непосредственно перед моментом t (, состояние схемы таково, что Uje,0, i(t)0, и„(с,Т)0, К13 , , где 1 - уровень логической единицы, соответствующий замкнутому состоянию ключей 9 и 7.

Ъ момент tfl замыкаются ключи 4, 12, 10 и 8, а ключи 7 и 9 разкыкают- ся. Это приводит к тому, что на вход преобразователя 5 подается постоянное напряжение U,, к выходу этого преобразователя подключается катушка 2 , а к третьему входу преобразователя 5 катушка 1, Через обмотку катушки 2 начинает протекать ток i(t на третьем входе преобразователя 5 возникает ЭДС e(t,T) -d(M(T)i(t))/dt -M(T)di(t)/dt. Длительность -Г отрицательного импульса e(t,T) определяется постоянной времени катушки 2 и электропроводностью неферромагнитного объекта контроля, она больше, чем больше эти параметры. По завершении временного интервала t через катушку 2 проте

кает стационарный ток i о К U,(K - коэффициент преобразования преобразователя напряжения в ток), не зависящий от параметров катушки 2 и электропроводности объекта контроля. Временной интервал С. выбирается из условия t,-tfl f что

0

5

5

0

обеспечивает завершение переходного процесса до момента t и независимость преобразования толоины Т в интервал времени от электропроводности неферромагнитного объекта контроля. Так как величина ,, кратна Г , то обеспечивается высокая помехозащита процесса этого преобразования.

Отрицательный импульс e(t,T) интегрируется интегратором 14 на временном интервале t,-tj, и к моменту его завершения

t,

U,(t,T) 1

и „(Т)

xdt М(Т)1„,

где

- - ie(t.T)x

о

(1)

.постоянная времени интегратора 14.

В момент t, замыкается ключ 9 и размыкаются ключи 4 и 12. На вход преобразователя 5 подается положительное напряжение U,

и.. (t,T)

j и напряжение

14 начинает линейно уменьшаться до нулевого значения:

U(t,T) и,(Т) - U,t/,

и в момент tj, когда ин() О срабатывает компаратор 15, что приводит к размыканию ключа 13. Длительность выходного временного интервала

35

(T),i-M(T)K-M(T)

(2)

зависит лишь от параметра К и значения М(Т), т.е. от значения преобразуемой толщины Т.

Так как в момент t , ключи 4 и 12 размыкаются, то ток i(t) уменьшается до второго стационарного значения i(t) 0. Длительность этого переходного процесса D определяется значениями вьшеуказанных параметров. Длительность временного интервала

4-ti

m VB выбирается из условия

tj-t, 7V, , что приводит к завершению переходного процесса к моменту t. Как правило t fj , поэтому m ° „/ивкс/ i o (га -целое), где 1 максимально возможная длительность переходного процесса с учетом электрофизических свойств объекта контроля.

55

В момент tj триггер 11 опрокидывается управляющим сигналом с второго выхода преобразователя 5, поэтому замыкаются ключи 7 и 9, размыкаются

ключи 8 и 10, замыкаются, как и в rtepBOM цикле t l , ключи 4 и 12, Поэто Nry во втором цикле L источником поля является катушка 1, а индукци- онным преобразователем этого поля - катушка 2. Так как значение М(Т) при этом не изменяется и остальные функциональные узлы устройства во втором такте Cj работают так же, как и з

первом ,, то, учитывая, что , и согласно (1) получим то же значение выходного временного интервала (2),

. В момент t функции катушек вновь изменяются (катушка 2 - источник, ка- гушка 1 - индукционный преобразователь) и вновь начинается первый цикл 1. Далее процессы в схеме протекают аналогично описанному.

Таким образом, благодаря введению в схему ключей 7 и 10 и триггера 11, а также указанных связей обеспечивается периодический двухцикловый ре- жим, при котором каждая катушка периодически выполняет то роль источника поля, то индукционного преобразователя этого поля. Преобразователь напряжения в ток позволяет сохранять неизменным значение тока i независимо от того, какая из катушек 1 или является источником поля, что делает независимым значением f(T) от функци этих катушек в тактах С, и С. Под- ключение выхода источника 3 напряжения непосредственно к первому входу преобразователя 5 позволяет исключит режим памяти, присущий известному устройству, и использовать стандарт- ный двухтактный интегрируюпщй преобразователь 5 напряжения в интервал времени.

Поскольку каждая катушка преобра- зователя половину времени его работы является источником поля, то уменьшается перегрев их обмоток.

Если конструктивные параметры катушек устройства примерно одинаковы, ,то температура перегрева уменьшается примерно вдвое, достигая 10-15 С, что вполне допустимо при ручном контроле . Это приводит к улучшению условий труда, снижению утомляемости и,

как следствие, к увеличению произво- ди ельности и достоверности контроля Формула изобретения

Преобразователь толщины в интервал времени, содержащий первую катушку индуктивности, вторую катушку индуктивности, начало которой соединено с точкой нулевого потенциала, соединенные последовательно источник постоянного напряжения и первый ключ преобразователь напряжения в интервал времени, первый вход которого соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, второй вход и первый выход преобразователя напряжения в интервал времени предназначены для подключения соответственно к источнику переменного напряжения и измерителю интервалов времени отличающийся тем, что, с целью повышения удобства в эксплуатации Sa счет снижения перегрева катушек индуктивности, он снабжен с оединенными последовательно преобразователем напряжения в ток, первый и второй входы которого соединены с вторыми выводами соответственно первого ключа и источника постоянного напряжения, а второй выход преобразователя напряжения в ток соединен с началом первой катушки индуктивности и с точкой нулевого потенциала, вторым Алючом, третьим ключом, первый и второй выводы которого соединены соответственно с концом первой катушки и третьим вх-одом преобразователя напряжения в интервал времени, четвертым ключом, первый вывод которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени, и пятым ключом, первый и второй выводы которого соединены соответственно с концом второй катушки индуктивности и первым выводом второго ключа, и триггером, С-вход которого соединен с вторым выходом преобразователя напряжения в интервал времени и входом управления первого ключа, прямой выход триггера соединен с входами управления третьего и пятого ключей, а инверсный выход триггера соединен с его D-входом и входом управления второго и чет- вертого ключей.