УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПАРАМАГНИТНЫХ И ДИАМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1974 года по МПК G01R31/00 G01R27/00 

Известно устройство для бесконтактного контроля изделий из немагнитных материалов, содержащее генератор, датчик и ограничители.

Такое устройство имеет сравнительно низ кую точность из-за наличия в цепи обратной связи усилителя постоянного тока, дифференцирующего усилителя в измерительной цепи, а также из-за того, что измеряемым параметром является амплитуда сигнала разбаланса,

Для повышения точности измерения в 01писываемом устройстве измерительный и опорный .выходы датчика соединены € синхронным ключом, .выход которого через последовательно соединенные ограничитель и триггер подключен к первому входу нуль-органа, второй вход которого соединен через триггер и второй ограничитель с опорным выходом датчика, выход второго ограничителя соединен с управляющим входом синхронного ключа и входом синхронизации нуль-органа, выход которого соединен с управляющим входом генератора через цифровой интегратор.

Каждый выход синхронизатора нуль-органа может быть соединен с соответствующим входом упра1вления каждого разрядного ключа, ключа сравнения и каждого входного ключа, через которые первый и второй входы нуль-органа соединены с зарядными ключами, подключенными к цепочкам RC, которые соединены через ключи сравнения с трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с цифровым интегратором.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -графики напряжений.

Устройство включает в себя генератор 1 синусоидальных колебаний, к которому подключены индикаторное устройство 2 и датчик 3, измерительный и опорный выходы которого подключены к синхронному ключу 4. Выход последнего через усилитель-ограничитель 5 и триггер-формирователь 6 подключены к первому входу нуль-органа 7. Опорный выход датчика подключен также к входу второго усилителя-ограничителя 8, имеющего два выхода, первый выход его подсоединен через второй триггер-формирователь 9 ко второму входу нуль-органа.

Нуль-орган включает в себя блок синхронизации 10, вход которого является третьим входом нуль-органа, а выходы подключены соответственно к разрядным ключам 11, 12, ключу сравнения 13 и входным ключам 14 и 15. Через входные ключи первый и второй входы нуль-органа присоединены к зарядным ключам 16 и 17, включенным в зарядные цепи RiCi и RzCz. К потенциальным выводам зарядных емкостей Ci и Cz через ключ сравнения 13 включен трансформатор 18, вторичная обмотка которого подключена к цифровому интегратору 19, выход которого подсоединен к генератору 1.

Устройство работает следующим образом.

Перестраиваемый генератор 1 питает токовихревой дагчик 3. Напряжение с опорного выхода датчика 3 поступает на вход усилителя-огравичителя 8, имею-щего два выхода, напряжение на которых сдвинуто на 180°. С первого выхода напряжение поступает на триггер-формирователь 9, который формирует импульсы длительностью, равной длительности периода напряжения генератора 1. Со второго выхода усилителя-ограничителя 8 напряжение поступает на синхр01нный ключ 4, унравляя работой последнего. Ключ 4 поочередно подключает измерительный и опорный выходы датчика 3 так, что на его выходе имеем последовательность отрезков синусоид двух напряжений с длительносгью, равной периоду. Далее это напряжение поступает на усилитель-опраничитель 5 и триггер-формирователь 6, на выходе которого получаем импульсы длительностью, равной периоду частоты плюс (или минус, в зависимости от фазир01вки опорного выхода датчика) фаза вносимого -напряжения, выраженной в долях периода частоты тока, питающего датчик.

На фиг. 2 даны эпюры, иллюстрирующие работу этой части устройства.

Здесь изображены следующие напряжения: а и б--на опорном и измерительном выходах датчика 3, выходе синхронного ключа 4, г - на выходе усилителя-ограничителя 5, б -на выходе тчриггера-формирователя 6, е--на выходе усилителя-ограничителя 8, выходе триггера-формирователя 9. (Напряжения г и е показаны после дифференцирования).

Коммутация cHiHxpoHHoro ключа 4 производится в моменты, соответствующие переходам синусоиды из минуса в плюс, а триггеры опрокидываются им1пульсами, соответствующими переходу синусоиды из плюса в минус.

Если выполнить условие

- - const, t

где ti - длина импульса с триггера-формирователя 6; 4 - длина импульса с триггераформирователя 9, что соответствует определенному фазовому углу вносимого сигнала, то, очевидно, таким образом можно фиксировать одно и то же значение фазы на любой частоте. Меняя величину отнощения tijtz можно выбирать произвольную начальную фазу вносимого напряжения, что необходимо для выбора оптимальной области измерений из условия максимальной чувствительности фазы к изменению удельного сопротивления измеряемого материала.

Постоянство о-шошения длин импульсов после триггеров-формирователей 6 и 9 устанавливается при помощи нуль-органа 7 отйощений, работа которого описана . При

отклонении величины отнащения длин импульсов от заданной на выходе нуль-органа 7 появляется сигнал разбаланса в виде затухающей синусоиды, начальная фаза которой

зависит от направления разбаланса.

Сигнал разбаланса поступает на цифровой интегратор 19. Здесь сигнал разбаланса усиливается, ограничивается и преобразуется в пачку импульсов, которая поступает на реверсивиый счетчик, выполняющий роль интегрирующего звена. Направление счета задается начальной фазой сигнала разбаланса. Двоичный код счетчика поступает затем на генератор 1, причем генератор построен

так, что КОД интегратора задает требуемую частоту генератора. Минимальное значение величины дискретности пересгройки выбирают, исходя из заданной точности измерений.

Нуль-орган действует следующим образом. Работа происходит в три такта, задаваемые блоком синхронизации 10. Блок синхронизации 10 преобразует опорное напряжение с усилителя-ограничителя 8 в последовательность импульсов, пооче1редно поступающих на три его выхода, которые и управляют работой ключей.

На первом такте включаются входные ключи 14 и 15, через которые импульсы, сформированные трипгерами-формирователями 6 и 9, поступают на зарядные ключи 16 и 17, причем за время длительности импульсов, управляющих ключами 14 и 15, проходит целое число зарядных импульсов с триггеровформирователей 6 к 9. Зарядные импульсы коммутируют ключи 16 и 17. При этом происходит заряд емкостей Ci и Са через резисторы RI н 2- Если выбрать постоянные времени заряда .цепочек такими, чтобы

.

ta t-t

где TI и Та - постоянные времени зарядных цепочек RiCi и RzCz соответственно, то напряжения на емкостях Ci и Сч будут равны по величине. Таким образом, меняя постоянную в|ремени одной из зарядных 7 С-цепочек, можно тем самым менять постоянную отшощения длительностей, что, в свою очередь,

эквивалентно изменению исходной фазы .вносимого напряжения.

На втором такте открывается ключ сравнения 13, осталь)Ные закрываются. При этом происходит замыкание емкостей через трансформатор друг на друга. Если напряжение на емкостях Cj и С равны, то на вторичной обмотке трансформатора сигнал отсутствует, в противном случае произойдет разряд емкости с больщим потенциалом на емкость с

меньщим потенциалом и на выходе трансформатора появится сигнал в виде затухающей синусо-иды.

На третьем такте включаются разрядные ключи И и 12, а остальные находятся в закрытом состоянии. Через разрядные ключи

емкости разряжаются до нулевого потенциала, после чего цикл работы нуль-аргада ловторяется.

Точность поддержания постоянства фазы вносимого напряжения повышают путем применения петли обратной связи с дискретным уравновешиванием. Величина дискретной перестройки генератора, питающего датчик, всегда может быть сделана достаточно малой, обеапечивающей заданную точность уравновешивания. Применение подобной системы позволяет исключить усилитель постоянного тока из петли Обратной связи. Известно, что при поддержании посгоянства фазы вносимого сигнала, имеет место следуюш,ая зависимость

..f

Р

/о

где ро и р--уделыные сопротивления соответственно об|разцового и измеряемого объектов; / - частота тока, питающего датчик, при котором фазовый угол (ВНОСИМОГО сигнала равен углу для образцового объекта на частоте /0. Так как ро и /о могут быть из1вестны с высокой точностью, то измеряя частоту f, лепко получить величину измеряемого удельного сопротивления. Поюкольку измерение частоты в настоящее время осуществляется с очень высокой точностью, то предлагаемое устройство позволяет измерить удельное сопротивление тоже с высокой точностью, так как точность поддержания постоянства фазы вносимого сишнала выполняется с высокой точностью. Использование в качестве информативного параметра частоты снижает также требования к постоянству амплитуды тока питающего датчик.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения удель}юго сопротивления парамагнитных и диамагнитных

материалов, содержащее генератор, датчик, частотомер и ограничители, отличающеес я тем, что, С целью повышения точности измерений, измерительный и опорный выходы датчика соединены с синхронным ключом,

выход которого через последовательно соединенные ограничитель и триггер подключен к первому входу нуль-органа, .второй вход которого соединен через триггер и второй ограничитель с опорным выходом датчика, выход

второго ограничителя соединен с управляющим ВХОДОМ синхронного ключа и входом синхронизации нуль-органа, выход которого соединен с управляющим входом генератора через цифровой интегратор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый выход синхронизатора нуль-органа соединен с соотвегствующим входом управления каждого разрядного ключа, ключа сравнения и каждого входного ключа,

через которые первый и второй входы нульоргана соединены с зарядными ключами, подключенными к цепочкам RC, которые соединены через ключи сравнения с трансформатором, вторичная об гогка которого соединена с цифровым интегратором.

л/vw

. -.,/л

J У 7 V

-i рЛJ,k

АL

E 77777777lfTT r/TTTTi

„,

7У

. у//// 77