Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к неразрушающим методам определения параметров цилиндрических проводящих изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 и 3 - графики зависимостей

(h В И95вн)иХ () при различVJ BH.D

ных значениях относительной магнитной проницаемости изделия.

Устройство содержит генератор переменного тока 1, генератор постоянного тока 2, измеритель тока 3, вихретоковый преобразователь 4, компенсационную катушку 5, фазовращатель 6, четыре ключа 7-10, амплитудный детектор 11, первый 12 и второй 13 измерители магнитного потока, семь делителей 14-20, три решающих блока 21-23, фазовый детектор 24, частотный детектор 25, первый 26 и второй 27 квадраторы, первый 28 и второй 29 задатчики, индикатор 30. Вихретоковый преобразователь 4 состоит из намагничивающей обмотки 31 и измерительной обмотки 32, размещенных коакси- ально.

Контролируемое изделие 33 помещают в рабочую полость внутри измерительной обмотки 32.

Сущность способа бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий состоит в следующем.

В вихретоковом преобразователе во:- буждают постоянное во времени магнитноэ поле и измеряют величину постоянного в) времени магнитного потока Ф0 , пронизывающего измерительную обмотку вихрето- кового преобразователя. Контролируемое изделие помещают внутрь измерительной обмотки вихретокового преобразователя и измеряют величину вносимого потока по(Л

С

-ч

00

ел ю ел

стоянного во времени магнитного поля Фвн б . который связан с потоком Ф0 зависимостью

Фвнб Фо 7( ),(1)

где jUr магнитная относительная проницаемость изделия

jy-коэффициент заполнения, который определяется по формуле

1 d2/d

где d - диаметр контролируемого изделия, dc - диаметр измерительной обмотки вихре- токбвого преобразователя.

ДалееТв вихретоковом преобразователе возбуждают переменное во времени магнитное поле с максимальной напряженностью, равной напряженности постоянного магнитного поля, и измеряют амплитуду и фазу вносимого потока переменного магнитного поля (Фвн И н). ВНОСИМЫЙ поток переменного магнитного поля может быть определен по формуле

Фвн Фо J7G rfc-1),(2)

где К - функция обобщенного параметра X, которая может быть записана в виде 2 It ( хУГ)

xVi IcTCxVT) ,11 -модифицированныефункции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков, I - мнимая единица.

Из приведенных формул следует, что отфв„ношение величин л. у- является функФвн.б

цией двух параметров - фазового угла вносимого потока переменного магнитного поля и относительной магнитной проницаемости. График этой функции представлен на фиг. 2. Аналогично можно показать, что величина обобщенного параметра X также является функцией двух вышеуказанных параметров. График ее представлен на фиг. 3.

По измеренным значениям величин Фвн , Фвн.б и рвн , определяют, пользуясь графиком на фиг. 2, величину относительной магнитной проницаемости изделия , а затем, зная величины fir и (рвя , определяют, пользуясь графиком на фиг. 3, величину обобщенного параметра X.

Зная величины р0 , Фвн.б и ) по формуле (1) определяют величину коэффициента заполнения г . из которого, зная диаметр измерительной обмотки вихрето- кового преобразователя, определяют диаметр изделия d. Величину удельной электрической проводимости а определяют по формуле

а - 2хг

tfnifir

(3)

зная частоту воздействующего магнитного поля f.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое изделие 33 помещают

в рабочую полость вихретокового преобразователя А. Переводом ключей 8,9, и 10 в положение а измерительную цепь приводят в первое рабочее состояние. Ключ 7,

находящийся в положении в, переводят в положение а. При этом генератор постоянного тока 2 подключается к намагничивающей цепи устройства, состоящей из намагничивающей обмотки вихретокового

преобразователя 31 и первичных обмоток компенсационной катушки и фазовращателя. При коммутации ключ 7 на выходе измерителя магнитного потока 13, включенного во вторичную обмотку компенсационной катушки, вырабатывается сигнал, пропорциональный потоку постоянного магнитного поля Ф0 в измерительной обмотке 32 вихретокового преобразователя (так как вихре- токовый преобразователь 4 и

компенсационная катушка 5 выполнены идентичными), а на выходе измерителя магнитного потока 12-сишал. пропорциональный вносимому потоку постоянного магнитного поля Фвн.б

Ключ 7 переводится в положение в, после чего переводом ключей 8,9 и 10 измерительную цепь приводят во второе рабочее состояние. Ключ 7 переводят в положение б. При этом генератор переменного тока,

возбуждающий переменное магнитное поле с максимальной напряженностью, равной напряженности постоянного магнитного поля, подключается к намагничивающей цепи. На выходе амплитудного детектора 11

возникает сигнал, пропорциональный амплитуде вносимой ЭДС Евн. Этот сигнал поступает на первый вход делителя 14, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный частоте тока f, вырабатываемого генератором, с выхода частотного детектора 25, входом подключенного к генератору 1. С выхода делителя 14 сигнал, пропорциональный отношению Евн/f поступает на первый вход делителя 15, на второй вход

которого поступает сигнал, пропорциональный числу витков измерительной обмотки преобразователя Л/Изм с выхода задатчика 28. С выхода делителя 15 сигнал, пропорциональный амплитуде вносимого потока переменного магнитного поля , Фвн поступает на первый вход делителя 16, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя магнитного потока 12 и на выходе делителя 16 вырабатывается сигнал, пропорциональный отношению Фен /Фвн.б , поступающий на один из входов решающего блока 21. На второй вход решающего блока 21 поступает сигнал, пропорциональный величине фазового угла рвн с выхода фазового детектора 24, подключенного опорным входом к выходу фазовращателя 6, а сигнальным - через ключ 10 к выходу вторичной обмотки компенсационной катушки 5. Решающий блок 21, по зависимости, изображенной на фиг. 2, вырабатывает сигнал, пропорциональный величине относительной магнитной проницаемости изделия /Лг , который поступает на входы решающего блока 22, решающего блока 23, индикатора 30 и делителя 18.

На входы решающего блока 23 поступает также сигнал, пропорциональный относительному вносимому потоку Ф°вн. б с выхода делителя 20, подключенного входами к выходам измерителей магнитного потока 12,13 и сигнал, пропорциональный диаметру dc измерительной обмотки 32 вихретокового преобразователя 4. с выхода задатчика 29. Решающий блок 23, по зависимости

0

5

0

делия, поскольку измерения проводятся на одной частоте переменного магнитного поля и исключается операция определения максимума действительной составляющей. Формула изобретения Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий, включающий воздействие на изделие однородным переменным осесимметрич- ным магнитным полем, измерение амплиту- ды и фазы вносимого магнитного потока, о- тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на изделие воздействуют однородным постоянным осесимметричным магнитным полем, напряженность которого равна максимальному значению напряженности переменного магнитного поля, измеряют постоянный магнитный поток в отсутствие изделия и вносимый магнитный поток и определяют относительную магнитную проницаемость, диаметр и удельную электропроводность изделия из следующей системы уравнений:

Фвн Re К 1 У + О Im К Y . Фвн.б/4- - 1

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к неразрушающим методам определения параметров цилиндрических проводящих изделий. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет проведения измерений на одной фиксированной частоте переменного магнитного поля. На изделие последовательно воздействуют постоянным и переменным однородным осесимметричным магнитным полем, с одинаковой максимальной напряженностью. Измеряют относительный вносимый поток в постоянном магнитном поле, амплитуду и фазу относительного вносимого потока в переменном магнитном поле и определяют относительную магнитную проницаемость изделия, его удельную электропроводность и диаметр 3 ил

d dc

внЕГ

(/fr-1 )Фо

вырабатывает сигнал, пропорциональный диаметру контролируемого изделия d, который поступает на второй вход индикатора 30 и, через квадратор 27 - на вход делителя 19.

На второй вход решающего блока 22, функционирующего по зависимости, изображенной на фиг. 3, поступает сигнал с выхода фазового детектора 24, и на выходе решающего блока 22 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине обобщенного параметра X, который через квадратор 26, поступает на вход делителя 17. С выхода делителя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода частотного детектора 25, сигнал, пропорциональный отношению X2/f, поступает на первый вход делителя 18. С выхода делителя 18, сигнал, пропорциональный отношению X /(f /гг) поступает на первый вход делителя 19, с выхода которого сигнал, пропорциональный величинеудельной электрической проводимости материала а поступает на третий вход индикатора 30.

Измеритель тока 3 необходим для контроля равенства амплитуд постоянного и переменного токов, вырабатываемых генераторами 1 и 2.

Предложенный способ позволяете более высокой точностью измерить параметры из0

рвн arctg d dc

/«rim К

fir Re К - 1 Фвн.б

где

Фо О - 1 ) 2 Ii(xvf) xVT J0 ( х Vi )

X d vтргг/ ОоО-

lo nli -модифицированныефункции Бесселя первого рода нулевого и первого.порядков;

Фвн , рвн - амплитуда и фаза вносимо- го магнитного потока в переменном магнитном поле;

Фвн.б , Фо - вносимый магнитный поток и магнитный поток без изделия в постоянном магнитном поле;

//г- относительная магнитная проницаемость изделия;

(т-удельная электропроводность изделия;

d, dc - диаметр изделия и измеритель- ной обмотки;

f-частота переменного магнитного поля; ju0 - магнитная проницаемость вакуума;

i - мнимая единица;

1m-модифицированныефункции Бесселя т-рода.

,0&

{.-гпф

369 Ш

fj. .

Фи&.3

TM то1

Т ( л// )