Устройство для измерения электрофизических параметров токопроводящих сред Советский патент 1991 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а более конкретно к средствам контроля электрофизических параметров токопроводящих материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения электрофизических параметров токопроводящих сред, на фиг.2 и 3 - варианты конкретного выполнения схемы вихретоко- вого преобразователя.

Устройство состоит из последовательно соединенных генератора 1 переменной частоты, вихретокового преобразователя 2, усилителя 3 и фазового детектора 4 со входами, второй вход которого через широкополосное фазосдвигающее звено 5 соединен с выходом генератора 1 переменной частоты. Выход фазового детектора 4 через интегратор б связан с управляющим входом генератора 1 переменной частоты, кроме того, вход индикатора 7 соединен с выходом генератора 1 переменной частоты.

Генератор 1 переменной частоты представляет собой стандартный генератор, управляемый напряжением (ГУН). В качестве индикатора 7 использован частотомер, например 43-57.

На фиг.2 и 3 представлены варианты конкретного выполнения схемы вихретокового преобразователя 2. Вихретоковый преобразователь 2 представляет собой делитель, в одной плечо которого в ключен

о, ел

ю ioo

|Ю

о

резистор R, а в другое - резонансный LC- контур , причем индуктивность L представ- ляет собой катушку вихретокового преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства генератор 1 переменной частоты начинает генерировать сигнал с частотой, соответствующей нулевому сигналу на его управляющем входе, причем частота генератора 1 переменной частоты при этом не равна нулю. Сигнал с выхода генератора 1 переменной частоты поступает на вихретоковый преобразователь 2, а также на вход широкополосного фазосдвигающего звена, где его фаза сдвигается на 90° в сторону опережения.

Если частота сигнала на входе вихретокового преобразователя не равна резонансной частоте контура LC, то сигнал с выхода вихретокового преобразователя 2, предварительно усилившись в усилителе 3, поступает на первый вход фазового детектора 4 и имеет разность фаз с сигналом на втором входе фазового детектора 4 отличную от 90°. При этом на выходе фазового детектора 4 формируется сигнал, равный произведению сигналов на обоих его входах. Этот сигнал поступает на вход интегратора 6, где происходит его интегрирование. На выходе интегратора 6 формируется сигнал определенной полярности, в зависимости от разности фаз на первом и втором входах фазового детектора 4. Сигнал с выхода интегратора 6 поступает на управляющий вход генератора 1 переменной частоты и изменяет частоту генератора таким образом, чтобы его частота стала равна частоте резонанса контура LC вихретокового преобразователя 2

В режиме изменения прикладывают катушку вихретокового преобразователя 2 к поверхности исследуемой среды, например к поверхности металла, электрофизические параметры которого необходимо измерить. При этом в среде (металле) образуются вихревые токи, величина которых зависит от электрофизических параметров среды, таких как электропроводность и магнитная проницаемость. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушку вихревого преобразователя 2. Воздействие этого поля эквивалентно изменению активного (омического) и реактивного сопротивления катушки.

Изменение реактивного сопротивления приводит расстройке резонансного контура LC, что обуславливает появление разности фаз сигналов на обоих входах фазового детектора 4, отличной от 90°. В результате на выходе интегратора 6 формируется сигнал, обеспечивающий перестройку генератора 1 переменной частоты в соответствии с новыми параметрами катушки вихретокового преобразователя

По шкале индикатора 7 (в качестве которого используется частотомер), предварительно проградуированном в единицах измеряемого параметра, фиксируется его значение.

Нестабильность генератора 1 переменной частоты не влияет на результат измерения, так как частоту выходного сигнала генератора 1 переменной частоты задает резонансный контур LC вихретокового преобразователя, во-вторых, помехозащищенность вихретокового преобразователя повышена из-за включения его катушки в резонансный контур, обладающий способностью подавлять помехи во всем диапазоне частот, кроме узкого интервала частот вблизи его резонансной частоты, в третьих, величина измеряемого параметра определяется по частоте выходного сигнала генератора 1 переменной частоты, которая

измеряется с большей точностью, чем амплитуда сигнала в прототипе в четвертых, резонансный контур обладает большой крутизной выходной характеристики

30

p f(Af).

где р - фаза выходного сигнала вихретокового преобразователя;

At- отклонение частоты от резонанс- ной (расстройка по частоте).

Большая крутизна зависимости

р f (A f)

позволяет уменьшить влияние нестабильности элементов усилителя 3, фазового детектора 4 и интегратора 6.

Кроме того, нелинейность выходной характеристики фазового детектора 4 также

не влияет на точность измерения в связи с тем, что сигнал с выхода фазового детектора 4 поступает на интегратор 6.

Формула изобретения Устройство для измерения электрофизических параметров токопроводящих сред, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний, вихретоковый преобразователь, усилитель и фазовый детектор, второй вход которого через фазосдвигающее звено соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний, а также индикатор отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве генератора синусоидальных колебаний использован генератор переменной частоты, управляющий вход которого через интегратор соединен с выходом фазового детектора, а выход подключен к индикатору, в качестве которого

использован частотомер, вихретоковый преобразователь выполнен в виде делителя, в одно плечо которого включен резистор, а в другое-резонансный LC-контур, а фазосд- вигающее звено выполнено широкополосным.

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а более конкретно к средствам контроля электрофизических параметров токопроводящих материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство состоит из генератора перестраиваемой частоты, выход которого соединен с индикатором, вих- ретоковым преобразователем, состоящим из катушки индуктивности, включенной в резонансный контур, и широкополосным фозосдвигающим звеном. Выход вихрето- кового преобразователя через усилитель связан с первым входом фазового детектора, а выход широкополосного фазосдвигаю- щего звена связан с вторым входом фазового детектора. Выход фазового детектора через интегратор соединен с управляющим входом генератора переменной частоты.3 ил. w Ё

0ml

R

-4ZZ

Фиг

Фие. i

кЗ

От 7

кЗ

Фиг.З