Устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления изделий из немагнитных материалов Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к бескон. тактным иэмереш1ям. Цель изобретения - повышение точности и информативности измерений На чертеже изображено устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления изделий из немагнитных материалов, реализующее способ. Устройство содержит нуль-индикатор, усилитель иекомпенсации, преобразователь напряжение-частота, измеритель частоты 4 и электромагнитный преобразователь 5 с рабочей катушкой 6, компенсационной катушкой с переключателем 8 и катушкой опорного напряжения 9, дифференциальный повторитель напряжений 10 и перестр иваемый делитель напряжения 11, выход катушки опорного напряжения 9 подключен к суммирующему входу, а выход компенсационной катуШки 7 - к вычитающему входу дифференциального повторителя напряжений 10, выход которого через перестраиваемый делитель напряжения 11подключен к одному из входов нулыиндикатора 1, к другому входу которого подключен выход рабочей катушки 6, а к выходу нуль-индикатора 1-последовательно подключены усилитель некомпенсации преобразо1затель напряжение-частота и намагничивакщие обмотки электрома нитного преобразователя 5, выход пр образователя напряжение-частота 3 подключен также к входу измерителя 4, При этом рабочая катушка 6 и катушка опорного напряжения 9 предста 1ляет собой две идентичные катушки, Е рц Е ц-цн , ЭДС, обусловленные .магнитными потоками в рабочей катушке 6 без контро лируемого изделия в ней и в катушке опорного напряжения 7 соответственн Кроме того, переключатель 8 градуир ется в величинах радиусов контролируемых изделий и затем, перед измер ниями устанавливается в положение, соответствукяцее конкретному радиусу контролируемой детали. При этом витки компенсационной катушки 7 (ко мутируемые переключателем 8) подобраны таким образом, чтобы в соответ ствующем (радиусу контролируемого . изделия) положении переключателя 8 ЭДС на выходе компенсационной катуш ки 7 (первичные обмотки которой вкл чены согласно первичным, а вторичные - встречно вторичным обмоткам рабочей катушки 6) компенсировала ЭДС, обусловленную магнитным потоком, наведенным в воздушном зазоре между контролируемым изделием,) помещенным в рабочую катушку, и измерительными обмотками рабочей катушки 6, Вследствие такой компенсации ЭДС на выходе рабочей катушки 6 при наличии контролируемого изделия в электромагнитном преобразователе 5 определяется только электромагнитным потоком в Контролируемом изделии Ё, УЕ д К(Ё р - ЁК), а при его отсутствии - электромагнитным потоком на размере контролируемого изделия; Ёд, - В. , где Ёд - ЭДС, обусловленная потоком в контролируемом изделии; Е„д - ЭДС, наведенная магнитным потоком-в рабо:чей катушке 6 на размере контролируемого изделия при отсутствии последнего в рабочей катушке 6: Е р -ЭДС, обусловленная магнитным потоком рабочей катушки 6 при отсутствии в ней изделия; Е,ЭДС, обусловленная магнитным пото-. ком компенсационной катушки 7 (равным потоку в зазоре); К - расчетный параметр, модуль которого К f характеризуат коэффициент уменьшения амплитуды магнитного потока в изделии за счет вихревых токов. Для немагнитных изделий режим измерений вихретоковыми методами определается положением рабочей точки на зависимостях модуля 1К или фазы If безразмерного параметра К (характеризуннцего влияние вихревых токов) от обобщенного параметра х. где X R(2irf/,f )/f ; R - внешний радиус детали; о - ее удельное электрическое сопротивление; f - Чистота возбуждающего поля, В способе используются функциональная зависимость fc { f(x) (т.е, амплитудные измерения), а также взаимосвязь эквивалентной .глубины проникновения магнитного поля в изделие от параметра }Kf, определяемая выражением:Л 1 -|Г- (К( . Сущность cnoco6ji бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления изделий из немагнитных материалов заключается в следующем. Предварительно для заданных режимов измерений определяют (расчетным путем ) коэффициенты уменыпения магнит ного потока в контролируемом изделии iKof) {(принимая их в качестве опорных) и соответствующие им эквивалентные глубины проникновения магнитного поля в изделие и и для каждой величины I Коп I устанавливают значение опорной ЭДС, величина которой определяется соотношением /Е Е (К on сгв 9П где Е jjg - ЭДС, обусловленная магнитным потоком на размере контролируемой детали. Значение этой опорной ЭДС устанавливают с использованием катушки опорного напряжения 9, причем ее намагничивакщие обмотки включены в одну цепь с намагничивающими обмотками рабочей катушки 6, Затем контролируемое изделие помещают в рабочую катушку 6 электромагнитного преобразователя 5 и возбуждают в нем вихре вые токи переменным магнитным полеи.любой частоты, ЭДС на выходе рабочей катушки 6, обусловленная (после компенсации с помощью компенсационной катушки части ЭДС, наведенной магнитным потоком в разрезе) только магнитным потоком в контролируемом изделии, определяется соотношением Е К h хЕд, причем величина параметра К I определяется как характеристиками детали, так и частотой возбуждающего поля. Далее два имеющихся значения ЭДС - tijj и Е on вычитают и если их разность не равна нулю, изменяют частоту электромагнитного поля до такого зна- чения частоты, при котором Е, оп 0, т,е, устанавливают равной нулю . разность между ЭДС, наведенной магнитным питоком в изделии и заданной . опорной ЭДС изменением частоты электромагнитного поля с последующим измерением частоты, соответствующей этой нулевой разности и определением удельного электрического сопротивления, соответствующего заданной эквивалентной глубине проникновейия магнитного поля в изделие, При выполнении условия Е, О вьшолняется равенство |К |ft«n так как каждому значению 1Кд„|соответствует однозначная величина х j , можно определить по соотношер :2ji:tf.Rl. f j Повторяя описанную последовательность действий для каждого заданного значения Сопределяем11х соответствующими liCjp I и и) измеряют на различных глубинах проникновения магнитного поля в изделие и таким .образом находят распределение удельного электрического сопротивления по сечению контролируемого изделия. Таким образом, во-первых, задавая значения «порных ЭДС по предварительно заданньгм режимам измерений, определяемым, эквивалентными глубинами проникновения электромагнитного поля в изделие и коэффициентами уменьшения магнитного потока, обеспечивают тем самым измерения в оптимальных режимах электромагнитного преоб |азователя с точки зрения максимальной чувствительности при минимальных погрешностях измерений, во-вторых, измерение частоты электромагнитного поля, являющейся информативным сигналом об удельном электрическом сопротивлении изделия, осуществляется с высокой точностью в момент равенства нулю средних или действующих значений ЭДС рабочей катушки электромагнитного преобразователя и опорной ЭДС, Это повьшает точность измерений. Кроме того, проводя измерения удельного электрического сопротивления изделия на разных фиксированных глубинах про- никновения электромагнитного поля в изделие, определяют тем самым распределение удельного электрического сопротивления по сечению изделия и, . следовательно, расширяют функдиональные возможности способа. Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Предварительно установкой переключателя 8 компенсационной катушки 7 в положение, соответствукщее радиуг су контролируемого изделия, компенсируют ЭДС, обуаповленную магнитным потоком в зазоре между контролируемым изделием и измерительными обмотками рабочей катушки 6, Тогда при отсутствии образца в рабочей ка- тушке 6 ЭДС на выходе последней определяется соотношением Е Ер - К. Кроме того, поскольку Epi, а

результируицим сигналом на выходе дифференциальнбго.повторителя напряжений 10 является разность ЭДС, поданных на его вход, то сигнал на выходе дифференциального повторителя напряжения также равен Е кк Едл, Отсюда, установив коэффициент делени -перестраиваемого делителя напряжения 11 равным одному из значеНИИ коэффициента уменьшения магнитного потока (), на выходе делителя напряжения i1 получают значение опорной ЭДС: ЕОП |KjnE«e

В контролируемом изделии возбуждают вихревые токи при помрщи переменного магнитного поля, обусловленного током, протекающим в намагничивающих цепях электромагнитного преобразователя 5,. питаемых напряжением выходного сигнала преобразователя напряжениег-частота Зв При этом на выходе рабочей катушки 6 наводится ЭДС, определяемая соотношением ЕГ( |К|- EJHJ, которая подается на один из входов нуль-индикатора 1, На второй вход нуль-индикатора 1 подается опорная ЭДС Е с выхода: делителя напряжений 11, Вслучае неравенства, нулю разности ЕС, и Е on на выходе нуль-индикатора 1.возникает сигнал разбаланса, который, усиленный с помощью усилителя некомпенсации 2, изменяет частоту на выходе преобразователя напряжение .-частота 3 до установления нуля разности ЭДС: ЕЯ и Ерп Равенство нулю этих ЭДС означает, что электромагнит ный преобразователь 5 находится в требуемом режиме, которьй определяется заданным значением

При установлении

следовательно, Xgf,.

-Е„- Е 0 измеряют частоту поля при

ti en

помощи измерителя частоты ч с последуквдим определением р по указанному выражению. Это значение соответствует эквивалентной глубине ,

Коэффициенты деления перестраиваемого делителя напряжения 11 устанавливают равными значениям определяе№1х для заданных режимов измерений коэфг фициентов уменьшения магнитного потока.

Формула изобретения

- . -. .-.

Устройство дпя бесконтактного

измерения удельного электрического сопротивления изделий из немагнитньпс материалов, содержащее электромагнитный преобразователь с рабочей катушкой, компенсационной катушкой с переключателем и катушкой опорного напряжения, нуль-индикатор, вькод которого через усилитель некомпенсации соединен с входом преобразователя напряжение-частота, к выходу которого подключен изйеритапь частоты, о тдичающее ся тем, что, с целью повьш1ения точности и информативности измерений, в устройство введены дифференциальный повторитель напряжений, делитель напряжения , выход катушки опорного напряжения, соединен с первьм входом, а выход компенсационной катушки соединен с вторым входом дифференциального повторителя напряжения, выход рабочей катушки соединен с первым входом нульиндикатора, второй вход которого соединен через делитель напряжения с выходом дифференциального повторителя напряжения, выход преобразователя напряжение - частота соединен с входом электромагнитного преобразователя.

Изобретение может быть использовано в электромагнитной структуроскопии, дефектоскопии, а также в температурных измерениях свойств материалов. Целью изобретения является повышение точности и информативности измерений. Измерения проводятся методом вихревых токов с помощью электромагнитного преобразователя 5 с рабочей катушкой 6, компенсационной катушкой 7, коммутируемой переключателем 8 и катушкой 9 опорного напряжения. Измерения осуществляются в условиях балансировки нуль-индикатора 1 с помощью дифференциального повторителя 10 напряжений и делителя 11 напряжений. Остаточный сигнал выхода нуль-индикатора 1 после усиления усилителем 2 некомпенсации управляет преобразователем напряжение-частота, выходной сигнал которого является информативным параметром и контролируется измерителем 4 частоты. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.