Устройство для измерения величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий Советский патент 1990 года по МПК G01N27/90 

315838

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величины удельной электрической проводимости материалов и изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения в условиях значительных изменений мешающего параметра контролируемого изделия за JQ счет коррекции величин коэффициентов преобразования в зависимости от величины мешающего параметра контролируемого изделия.

нек с первым входом блока 16 вычитания и через масштабный преобразователь 19 с первым входом блока 18 вычитания, выход второго блока 13 памяти подключен к второму входу блока 18 вычитания и к первому входу второго блока 17 вычитания, выход третьего блока 14 памяти подключен к второму входу блока 17 вычитания и к третьему входу блока 18 вычитания, а выход коммутатора 4 подключен к возбуждающей катушке 7|„

Устройство работает следующим об

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величины удельной электрической проводимости материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях значительных изменений мешающего параметра контролируемого изделия за счет коррекции величин коэффициентов преобразования в зависимости от величины мешающего параметра контролируемого изделия. Устройство содержит генераторы 1, 2, 3 переменного тока, коммутаторы 4, 5, вихретоковый преобразователь 6 с двумя катушками 7 и 8, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12, 13, 14 памяти, вычитающие блоки 15, 16, 17, 18, масштабный преобразователь 19, блок 20 деления, масштабный преобразователь 21, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, первый индикатор 23, блок 24 управления, компаратор 25, второй индикатор 26, источники 27 и 28 опорного напряжения, регулируемый масштабный преобразователь 29, третий коммутатор 30, блок 31 сложения. Рационально использовать данное устройство при контроле изделий, когда определен наиболее сильнодействующий мешающий параметр независимо от его вида. 1 ил.

На чертеже представлена структурна е разом.

схема устройства.

Устройство содержит генераторы 1 - 3 переменного тока, подключенные к коммутатору 43 второй коммутатор 5, последовательно соединенные вихрето- 2Q човый преобразователь 6 (с возбуждающей 7 и измерительной 8 катушками), усилитель 9 и амплитудный детектор 10, выход которого подключен к коммутатору 5. Устройство содержит также гене-25 соответственно, где п 1. Выходное напряжение измерительной катуж- ки 8 усиливается усилителем 9 и выпрямляется амплитудным детектором 10. Таким образом, в первом такте в блоке 12 памяти запоминается величина усиленного напряжения катушки 8-U , полученная при частоте возбуждающего

рзтор 11 тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов 4 и 5,, три блока 12 - 14 памяти, которые подключены к коммутавычитатору 5S четыре опока 15 - ния, поргзый масштабный преобразова- т елъ 19, послецо дельно соединенные блок 20 деленияэ первый вход которого подключен к выходу первого блока 16 вычитания,, второй масштабный преобра зователь 21, экспоненциальный функци1 (Ональный преобразователь 22 и первый индикатор 23, выход третьего блока 18 вычитания соединен с входом блока 24 управления и с входом компаратора 25,

30

35

40

тока tu,, во втором такте в блоке

13памяти запоминается величина U2, полученная при частоте возбуждающего тока oja, а в третьем такте в блоке

14памяти запоминается величина U, .полученная при частоте возбуждающего тока и/з. Работой коммутаторов 4 и 5 управляет генератор 11 тактовых импульсов.

к выходу которого подключен второй индикатор 26 (световой). Устройство содержит также регулируемый источник 27 опорного напряжения, последовательно

40

соединенные второй регулируемый источник 28 опорного напряжения, четвертый блок 15 вычитанияэ регулируемый масштабный преобразователь 29, третий коммутатор 30 и блок 31 сложения, выход которого подключен к второму входу блока 16 вычитания5 выход второго блока 17 вычитания подключен к второму входу блока 20 деления и к второму аходу блока 15 вычитания, а выход источника 27 опорного напряжения подклю45

50

Процесс измерения состоит из двух этапов: калибровки и собственно измерения. В процессе калибровки вихрето- ковый преобразователь 6 устанавливают на эталонный образец изделия с известной величиной удельной электрической проводимости - fy . Блок 24 управления будет одновременно изменять -частоты генераторов 1-3 до тех пор, пока на выходе блока 18 не установится нулевое напряжение. Коэффициент преобразования масштабного преобразователя 19 выбирается равным двум, поэтому в установившемся режиме будет соблючен к второму входу блока 31 сложения.даться равенство 2U ,-U 0. Это оэнаВыход блока 24 управления подключен кчает, что зависимость величины напряуправляющим входам генераторов 1-3,жения на выходе амплитудного детектревыход первого блока 12 памяти соеди-ра от величины параметра ,

С помощью коммутатора 4 к возбужда ющей катушке 7 вихретокового преобразователя 6 подключаются поочередно генераторы 1-3 переменного тока, а с помощью коммутатора 5 синхронно с работой коммутатора 4 выход амплитудного детектора 10 подключается к блокам 12-14 памяти. Генераторы 1 - 3 работают с частотой СО,, бог cotn и

тока tu,, во втором такте в блоке

13памяти запоминается величина U2, полученная при частоте возбуждающего тока oja, а в третьем такте в блоке

14памяти запоминается величина U, .полученная при частоте возбуждающего тока и/з. Работой коммутаторов 4 и 5 управляет генератор 11 тактовых импульсов.

Процесс измерения состоит из двух этапов: калибровки и собственно измерения. В процессе калибровки вихрето- ковый преобразователь 6 устанавливают на эталонный образец изделия с известной величиной удельной электрической проводимости - fy . Блок 24 управления будет одновременно изменять -частоты генераторов 1-3 до тех пор, пока на выходе блока 18 не установится нулевое напряжение. Коэффициент преобразования масштабного преобразователя 19 выбирается равным двум, поэтому в установившемся режиме будет соблю5158

где R - радиус большой катушки, м; рв 45Г 10 7, Гн/м - магнитная постоянная, 6- удельная электрическая проводимость, См/м, oj - круговая часто-j та возбуждающего тока, Гц, описывается выражением

U а0 + a,ln/5,(1)

где aQ, а , - коэффициенты.

В момент появления нулевого напря- жения на выходе блока 18 сработают компаратор 25 и индикатор 26 индикации (например, загорится лампочка). Это означает, что устройство работает в установившемся режиме и в даль

неишем частоты ui(, u и

Ы3не будут меняться, при этом в блоках 12 - 14 памяти будут соответственно храниться величины U,, Ut и U3

Ц ав+а11п/ 8г;

U2 а6+3,111 (|j9TtfT); (2)

U3 a0+a,ln (/JaT/i/S), а с выхода блока 17 вычитания на второй вход блока 20 деления будет поступать величина ,ln п.После загорания индикатора 26 оператор размыкает коммутатор 30 (если он был замкнут) и калибрует устройство, изменяя величину напряжения регулируемого источника 27 опорного напряжения U0fM до тех пор, пока индикатор 23 не буде показывать величину, равную 6ЭТ (эталонная). При этом на первый вход блока 20 деления будет поступать сигнал U.j-Uoni а с выхода масштабного преобразователя 21, коэффициент преобразования которого равен 21п п, на. вход экспоненциального функционального преобразователя 22 будет поступать

сигнал ---Н-Т1 21п п- Так (U4-US)

катор 23 показывает величину то имеем

37

имеем равенство

ПЦ-U-yl «fnnl L «V) J

эт е

(3)

Решая систему уравнений (2),полу- им; ru,- т

Liv rennJ

А А

Р ЭТ С

С учетом этого и выражения для р меем

А 5т

«Г«.

VI 1

- е .г

7ЗТ RaKcwi

(Ui-fa.-CMdit-UsVZeMi t I

L (Ui-a.)J

lEnn

(4)

где М ,.

Из анализа выражений видно, что

а м .

° 21п-п

U

ю После таких операций оператор замыкает коммутатор 30 и изменяет величину выходного напряжения второго регулируемого источника 28 опорного напряжения до тех пор, пока индикатор 23 не будет показывать величину 6аг

Так как величины U, . U ,, и U ч не

т

-

г иэ г Изменились, то показание индикатора

23 6 6 эг будет в том случае, если с выхода блока 31 сложения будет по- прежнему поступать на вход блока 16 вычитания сигнал, равный Uonf (выра20 жение 3). Для этого с выхода коммутатора 30 должен поступать на вход блока 31 сложения сигнал, равный нулю, т„е. на оба входа блока 15 вычитания должны поступать одинаковые сиг

25 налы, поэтому U0fl2 .j a(ln п..В дальнейшем величины V опгк U of)1 не изменяют и источники 27 и 28 служат как бы блоками памяти значений опорных напряжений.

В известном устройстве величину ко

30

35

40

эффициента а1( определенную с помощью величины U2-U3, в дальнейшем используют для измерения относительной величины удельной электрической проводи- 1 мости контролируемого материала. Однако .под воздействием мешающих параметров контролируемого изделия величины коэффициентов а и а д могут существенно измениться. В данном устройстве величины коэффициентов а., и а.

1 °- о

найденные в процессе калибровки, корректируются в зависимости от величины изменения мешающего параметра контролируемого изделия. Для этог«р опера- . тор, не убирая вихретоковый преобразователь 6 с эталонного образуа, изменяет величину мешающего параметра в диапазоне его возможного изменения в процессе контроля. Например, если будут контролироваться изделия со сферической поверхностью, то основным мешающим параметром может быть угол наклона накладного преобразователя 6.

После изменения величины мешающего параметра оператор изменяет коэффициент передачи регулируемого масштабного преобразователя 29 до тех пор,, пока индикатор 23 не будет

55

-,1583828

/о

зьгоать величину, разную 6 9Т ПриМ

этом Б блоках 12 -14 памяти будут со-21n n ответственно храниться зсличпяы U ,

U.y и 1ТЈ5 ратшнзг Полученное выражение с учетом (10)

(12) можно записать в виде

,- л

иь- (/,,г УпХ (6)b a, In n 21n n .

U| ( -- r M,B 1 (к У}

„rInn да, 2 In r, 2

Так как ка зтопо 1 вхоп; олока 20

деления поступает Б личина Uc--U,,

-,ч1 аким образом, коэффициент переда- то с учетом (3)„ „ | ((. 4iP) чи Ь масштабного преобразователя 29 / 2 onJJ зависит от величины коэффициента К. В от дальнейшем величину S не изменяют,

где W - чатгт;г ;ке ис па выходе блокаВ процессе этапа измерения вихре3 rj - и( т г „ зыра кентге (4),токовьш преобразователь 6 устанавлиi pTiy i , „ du20 ватт на контролируемое изделие. В об 2 %|i- - 72nn 1щем слУчае величина мешающего пара-1 .- (8) метра Р изменится на яеличину ЛР-z /

Ј АР 1, а величины а( и аа соответстТТт sHjnt-isa вып т кет-гаи (7) и (8) венно на 4а{ и Ла, , при этом в

т r-i%} блоках 12 - 14 памяти будут соответстт,венно храниться величины U7 ,, U,, ч (Ju«

Uy - а,; Г У- 6, (9)

/1Г П:U a a / ln/J,;

Если считать, что коойфициенты„ „, .Г-,.f-

передачи отдельных блоков, входя e

U3 a«+ a , In (ри/)

в VCTDOV TBO, не лчкечяют в процессе

U3 ai il1 Ри/ vu

где а1 а, а + C,dl,. OijT, i ч „ j,ri j| c яют ся на велччи-i11 t z

/{лЛ

F и/ З Ч Л ГТ

, троля, го при г эпепенни мешаюшего

где а а, . а + C.Z Р7 ; (14)

п иалс51 и л ид молчччн Р коэсЬфици-„,

i l -1/1 э

-- С./IT1 и м,С.йРл. поото- ,„i| „,..

., ° 135а а0 +4ае , К; (15)

dj a,, fda,-- ac f С0ЛР1 j(10)

а1, а, -t-ла.,- о., + C1dPl; (11)6И- удельная электрическая проводила ла --- Да К, (12) мость материала контролируемого

iизделия,

(дз С0 K %- - коэффициенты про-В процессе измерения на первый

Так как не. первьш и в горой входы сигнал U2-U3, а на его второй вход

блэ-i ь яь-читап г постилают величина сигнал . С выхода блока 15 сигОг- I) j и UT n оогретственно,нал (U8-U3)-(U2-U 3)a , ln п

s на з .орой вход Глока Л сложения 4а,- In n поступает на вход масштабпос-упаеи величин U0(11 , то имеемного преобразователя 29 с коэффициентом преобразования S. С выхода блоL(--1J«)-() S-rUgp U,ка jg сигнал da , (К- ---) поступает

где Ь - установленное значение коэффи-через коммутатор 30 на первый вход

циента передачи регулируемогоблока 31 сложения, на второй вход конзсштабного преобразовате-торого поступает сигнал ив„,а0- ля 29,

С -чгтом (5) п (9) имеем/J;f n

При этом на выходе блока 31 сло„ U5 JJirit- §i I S°жения будет сформирован сигнал, рав(),--П,) (LV-U6)-(U2-U3)ный

U3 a«+ a , In (ри/)

U3 ai il1 Ри/ vu

{Ьц Rfp0 U/,6rt,

„, .«.;. (к- ..

учетом (14) и (15) и равенства U5 a, In п..

-а; -f-UaJ+a,)- a

- 2 а 0 2 а

Сигнал U-f-U r поступает на первый вход блока 20 деления, на второй вход которого поступает сигнал Ц-и)а ,1п п. . выходной сигнал блока 20 деления через второй масштабный преобразователь 21 поступает на вход экспоненциального функционального преобразователя 22, с выхода которого на индикатор 23 поступает сигнал,..,,, ,. .„ rQ7-Us ,,fll

„ Il «-y9JL ««

J

С учетом первого уравнения системы (13) и выражения (16) сигнал U будет равен(И ,

Л

Я «7

- е

гепри

J8

6«.

,-

Таким образом, индикатор 23 будет показывать искомую величину удельной электрической проводимости материала контролируемого изделия.

Таким образом, устройство позволя ет повысить точность измерения удельной электрической проводимости материала, поскольку на результат измерения не влияет изменение мешающего параметра контролируемого изделия в процессе измерения

Особенно рационально использовать предлагаемое устройство при контроле изделий, когда определен наиболее сильнодействующий мешающий параметр независимо от его вида,

{Формула изобретения

Устройство для измерения величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий, содержащее последовательно соединенные коммутатор, накладной вихретоковый преобразователь, состоящий из возбуждающей

10

. 15

20

25

30

35

40

и

и измерительной катушек, усилитель, амплитудный детектор и второй коммутатор, три блока памяти, подключенные к выходам второго коммутатора, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов, три блока вычитания, первый масштабный преобразователь, последовательно соединенные блок деления, второй масштабный преобразователь, экспоненциальный функциональный преобразователь и первый индикатор, а также компаратор, второй индикатор, блок управления и три генератора, 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 с вторым входом третьего блока вычитания, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго блока вычитания и с третьим вхо-. дом третьего блока вычитания, выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход третьего блока вычитания соединен с входом блока управления и входом компаратора, выход которого соединен с вторым индикатором, а выход блока управления - с управляющими входами трех генераторов, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два регулируемых источника опорного напряжения, по следовательно соединенные четвертый блок вычитания, регулируемый масштабный преобразователь, третий коммутатор и блок сложения, выход которого подключен к второму входу первого блока вычитания, причем первый регулируемый источник опорного напряжения подключен к второму входу блока сложения, второй регулируемый источник опорного напряжения - к первому входу четвертого блока вычитания, а второй вход четвертого блока вычитания - к выходу второго блока вычитания.