Устройство для контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N27/80 

Сл го сд

05 4

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К НЕРАЗРУШАЮЩИМ ИСПЫТАНИЯМ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ. ЦЕЛЬЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ КОНТРОЛЯ. ДЛЯ ЭТОГО СХЕМОЙ 9 ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ ПО УПРАВЛЯЮЩЕМУ СИГНАЛУ, ФОРМИРУЕМОМУ НУЛЬ-ОРГАНОМ 8, ЗАПОМИНАЕТСЯ НАПРЯЖЕНИЕ U_Н @ , пропорциональное коэрцитивной силе и поступающее на вход схемы 9 с резистора 6. Выходное напряжение со схемы 9 подается на первый вход вычислительного блока 10. С выхода интегратора 17 сигнал, пропорциональный величине магнитной индукции B, подается на один из входов умножителя 13, на другой вход которого подается сигнал, пропорциональный скорости DH/DT изменения магнитного поля. Таким образом выходной сигнал умножителя 13 пропорционален величине B_х(DH/DT). Этот сигнал, проходя через последовательно соединенные ключ 14, интегратор 15 и амплитудный детектор 16, преобразуется в сигнал, пропорциональный площади петли гистерезиса, ограниченной выбранными величинами H₁ и H₂ напряженности магнитного поля. Выходной сигнал детектора 16 подается на второй вход вычислительного блока 10, в котором обработка сигналов осуществляется в соответствии с выражением U_к=A₀+A₁/U_нс+A₂(1/U_р)+A₃(U_нс/U_р), где U_к-выходное напряжение

U_р, - нап, пропорциональное части петли гистерезиса

A₀, A₁, A₂, A₃ - нормировочные коэффициенты. 4 ил.

(риг.1

С выхода интегратора 12 сигнал, пропорциональный величине магнитной индукции В, подается на один из входов уг-шожителя 13, на другой вход которого подается сигнала, пропорциональный скорости dH/dt изменения магнитного поля. Таким образом выходной сигнал умножителя 13 пропорционален величине В (dH/dt). Этот сигнал, проходя через последовательно соединенные ключ 14, интегратор 15 и амплитудный детектор 16, преобразуется в сигнал, пропорциокапьИзобретение относится к области неразрушающих испытаний ферромагнитных материалов и изделий и мот1:ет быт использовано для определения механи- 4ecKitx свойств изделий, например их твердости после отпуска.

Целью изобретения является повышение достоверности при контроле сталей после высокотемпературного отпуска за счет оптимизации выбора параметра контроля.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема нуль-органа;на фиг,3-6 - временные диаграммы, поясняющие работу у /1ройства; на фиг. 7-схем изменения магнитного состояния контролируемого изде.гт15я рп изменении перемагничивпнщего поля,

Устройство для контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов содержит последо- вательно соединенные синхронизатор 1 генератор 2 и индуктивный пре збра- зователь 3, состоящий соответственно из возбуждающей и измерительной обмоток 4 и 5, резистор 6, включенный последовательно с возбуждающей обмоткой 4, последовательно соединен- libie первый интегратор 7, вход которого подключен к выходу преобразователя 3, нуль-орган 8, схему 9 выборки-хранения, вычислительный блок 10, индикатор 11, последовательно соединенные второй интегратор 12, первый и второй входы которого, соответственно подключены к выходу преобразователя 3 и второму выходу синхронизатора 1, блок 13 умножения,клю 14, третий интегратор 15 и амплитудный детектор 16, выход которого поднын площади петли гистерезиса, ограниченной выбранными величинами Иц и Ufi напряженности магнитного поля. Выходной сигнал детектора 16 подается на второй вход вычис.)1нтельного блока 10, в котором обработка сигналов осуществляется в соответствии с выражением 1 АО + А

UH.+ + ), где l - выходное напряжение-, I р напряже ние, пропорциональное части петли ги..:терезиса{ А, А, А , А,, - Н( мировочные коэффициенты. 7 ил.

0

5

0

3

0

5

0

5

к- почен к второму входу вычислительного блока 10, блок 17 дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом блока 13 умножения, и два компаратора 18 и 19, выходы которых соответственно подключены к второму и третьему входам ключа 14. Точка соединения возбуждающей обмотки 4 и резистора 6 соединена с вторым входом схемы 9 выборки-хранения, и входами блока 17 дифференцирования и компараторов 18 и 19. Трети11 выход синхронизатора 1 подключен к вторым входам первого интегратора 7, нуль- органа 8, третьего интегратора 15 и амплитудного детектора 16.

Нуль-орган 8 состоит из последовательно соединенных второго амплитудного детектора 20, сумматора 21, компаратора 22 и форш рователя 23 импульсов, а также третьего амплитудного детекюра 24, выход которого подключен к второму входу сумматора 21. Первые входы амплитудных детекторов 20 и 24 объединены и являются входом нуль-органа 8, вторые входы детекторов 20 и 24 и компаратора 22 также объединены и являются другим входом нуль-органа 8, выходом которого является выход формирователя 23 импульсов .

Устройство работает следующим образом .

Контроль заключается в измерении коэри 1тивной силы и площади части петли гистерезиса контролируемой детали при изменении перемагничиваю- щего поля в заданном интервале Нд-Н (площадь контура Д-Е-И-К на фиг.7а) и определении параметра контроля К по соотношению

5

К АО -t-A, Не +Ai-(l/P) A.J- (НС/Р)

где Не коэрцитивная сила;

Р - площадь части петли гистерезиса при изменении пере- магничивающего поля в интервале Н(- H(2i АО, А,, А и А J,- нормировочные коэффициенты

По величине параметра К судят о механических свойствах контролируемой детали. При этом интервал поля Н( - Hg определяют в каждом конкретном случае контроля так,чтобы параметр К наилучшим образом коррелировал с контролируемым свойством.

Для этого с первого выхода синхронизатора 1 управляющий сигнал 43 поступает на вход генератора 2, который начинает вырабатывать ток 25 пнпообразной формы, а на вторые входы интег1 аторов 7 и 15, нуль-органа 8 и амплитудного детектора 16 с второго выхода синхронизизатора 1 поступает сигнал 26, обнуляющий интеграторы 7 и 15 и амплитудные детекторы 20, 24 и 16. Выходной ток 25 генератора 2 поступает в первую обмотку 4 преобразователя 3 и пере- магничивает расположенное в нем контролируемое изделие. Возникающий во вторичной обмотке 5 преобразователя 3 измерительны сигнал 27, пропор- циональ 1ый скорости изменения магнитной индукции, поступает на вход интегратора 7. Последний интегрирует измерителььгый сигнал, причем выходной сигнал 28 интегратора 7, пропорциональный магнитной индукции в контролируемом изделии, может быть несимметричен относительно нуля, так как перемагничивание изделия может начаться с произвольного магнитного состояния, не обязательно соответствующего размагниченному состоянию (например, с точки А, фиг.7).

Сигнал 28 поступает на вторые входы амплитудных детекторов 20 и 24 нуль-органа 8, которые формируют соответственно положительный и отрицательный постоянные сигналы 29 и 30, равные амплитудным значениям выходного сигнала 28 интегратора 7. Сигналы 29 и 30 поступают на сумматор 21 , на выходе которого формируется сигнал 31 , равный полусумме входных сигналов 29 и 30. Выходные

27564

сигналы сумматора 21 и интегратора 7 поступают соответственно на первый и второй входы компаратора 22, при этом меняется состояние его выходного сигнала 32 в моменты Тг и Т совпадения величины входных сигналов.

Выходной сигнал компаратора 22 поступает на вход формирователя 23

Q импульсов, на выходе которого по отрицательному фронту входного сигнала 32 формируется импульс 33, который поступает на первый йход схемы 9 выборки-хранения, на второй вход ко15 торой поступает сигнал с резистора 6, пропорциональный текущему значению магнитного поля в первичной обмотке . В момент Та, прихода на первый вход схемы 9 управляющего импуль20 са на его выходе формируется выходной сигнал 34, равный постоянному напряжению 11, пропорциональному текущему значению магнитного поля в момент Tj, равному коэрцитивной силе

25 контролируемого изделия.

Управляющий сигнал 35 поступает на второй вход интегратора 12 и обнуляет его в интервалах О Т и свыше Т7. Интегратор 12 интегрирует

30 сигнал 27 в интервале Т(-Т/г, и его выходной сигнал 36, пропорциональньА . магнитной индукции В в контролируемом изделии, nocTynaet на первый вход блока 13 умножения. Сигнал с резистора 6, пропорциональный току 25 Б обмотке 4 поступает на блок 17 дифференцирования, и после дифференцирования сигнал 37, пропорциональный скорости изменения поля dH/dt, постуjQ пает на второй вход блока 13. Выходной сигнал 38 блока 13 умножения, пропорциональный В (dH/dt), поступает на первый вход ключа 14, который открывается в интервалы In,- Тд и

45 Т5 - Tg , когда на второй и третий

входы ключа 14 одновременно поступают соответственно выходные сигналы 39 и 40 положительного уровня с компараторов 18 и 19. При этом в интерва50 ле Tj - Тц индукция восходящей ветви петли гистерезиса меняется при возрастании перемагнкчивающего поля от Н, до HQ, в интервале Tg- Tj, индукция нисходящей ветви меняется ее при уменьшении перемагничивающего

поля от Н 4. до Н . Компаратор 18 ме- няет свое состояние в моменты Т, и Tfc, когда величина этого входного сигнала, цропорциональная текущему

35

значению поля, достигает заданного уровня Нц, а компаратор 19, меняет свое состояние в момент Тц и Тд, когда величина его входного сигнала достигает заданного уровня Н. Выходной сигнал 41 клточа 14 поступает на вход интегратора 15. Интеграл сигнала 41 в интервале TQ- Т/| соответствует площади контура HI,-Д-Е-Не. (фиг.7а), а интеграл сигнала 41 в интервале Tg-Te соответствует площади контура Н(-Д-Е-Н (фиг . 7а) . поэтому постоянное напряжение Up выходного сигнала 42 интегратора 15 соответствует площади контура Д-Е-И(фиг.7а). Сигнал 42 поступает на амплитудный детектор i6, и постоянное напряжение IJ р с выхода детектора 16 поступает на второй вход вычислительного блока 10, на первый вход которого поступает сигнал UH с выхода схемы 9 выборки хранения, Вь:числи- тельный блок 10 реализует формирование выходного сигнала Tj согласно указанному соотношению. Сигнал U . регистрируется индикатором 11.

При выполнении контроля предварительно для деталей с известными свойствами измеряются выходкь е сигналы Гц, Up и Ufv блоков 9, 16, и 10, По полученным данным методом наименьших квадратов вьгг;исляк1тся ко- эффиииенты АО, А, Aj и Лри этом интервал перемагь ттивающего поля Н, -H(j определяется экспериментально таким образом, чтобы азанное соотношение с найденными велич -шами коэффициентов давало минимальную среднеквадратичную ошибку, т.е. чтобы параметр и ц наилучшим образом коррелировал с контролируемыми свойствами. Формула изобретения Устройство для контроля механических свойств изде: шЧ из ферромагнит

5

0

5

0

5

0

45

;шх .чатериалов, содержащее последовательно соединенные генератор, индуктивный преобразователь, состоящий из возбуждающей и измерительной обмоток, ifflTerpaTop и нуль-орган, резистор, включенный последовательно с дающей обмоткой индуктивного преобразователя , последовательно соединенные блок умножения, ключ и второй интегратор, компаратор, включенный между точкой соединения, возбуждающей обмотки ,yкттшнoгo преобразоЕ(ателя и резистора и вторым входом ключа, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повьттения достоверности при контроле ста,пей после высокотемпературного отпуг.ка, оно снабжено третьим интегратором, включенным между выходом индук-г-ивпого преобра- зорагеля и нходом блока умножения, последовательно соединенными амги;и- гу;1Ннм дс 1 ектором, вхэд к выходу второго Т птеграт - ра, и вычислительным блоком, выход которого сое; нен с входом индикатора, вторым к.м 1паратором, включенным ме) входом первого компаратора и TpeTifViM BxoiTQM ключа, блоком диффе- ренц1. Г: -)ианип, вклю генным между точкой соединения всзбу-ждающей обмотки HHJvyKTKBHoro преобразователя и вторым чходом блока у кножьния, оемой вы- борки-хг.аненяя, вход:.. кот - рой соот- BeTci Demio гюдьлюг ены к рьгходу нуль- органа Л входу первого компаратора, а выход соединен с вторьгм входом вычислительного блока, и синхуо лзато- ром, порЗ .ый и второй выходы которого соответст,ченно подключены к входу генератора и входу 1 ретьего интегратора, а третий выход подключен « втсрьм входам первого и второго интеграторов, 1гуль-органа и ампли- тудного де.тектора J

25 HI

Hi

n т, т,

26

ФиЧ

CPU г. 2

t

Гв

Фиг.з

1

4/0

l

трсриг.В