Устройство для определения измерений электропроводности Советский патент 1980 года по МПК G01R17/10 

.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

t

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках для бесконтактного определения измерений электропроводности, например, при регистрации фазовых переходов в твердых телах и в исследованиях сверхпроводимости, в том числе высокотемпературной, при неразрушающем контроле и испытании деталей и материалов, а также в области дефектоскопии, и в геолого-поисковых работах.

Для измерения составлякяцих комплексных сопротивлений используются мостовые устройства переменного тока. Достоинствами таких измерительных устройств являются высокая чувствительность и точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит мост переменного тока, источник питания моста, модулятор, избирательный усилитель,образуемый усилителем высокой частоты и избирательной линейной цепью, а также детектор, усилитель низкой частоты, два реверсивных двигателя и фазовращатель. Выход моста подключен к входу избирательного усилителя, состоящего из ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

усилителя высокой частоты и линейной избирательной цепи, выход которого соединен с входом детектора. Выход

с детектора через усилитель низкой частоты подключен к обмоткам управления реверсивЕ ых двигателей. Переменное напряжение модуляции подключено к входу питания одного из реверсивJQ ных двигателей, к входу модулятора и к входу фазовргицателя, выход которого подключен к питающему входу второго реверсивного двигателя Г .

Однако это устройство имеет ряд

15 серьезных недостатков. Так, при определении изменений электропроводности в измерительном плече моста, малейшие изменения .температуры или геометрии измерительной индуктивности и кабеля ее подсоединения к мосту вызывают появление некоторого паразитного сигнала. Этот сигнал может быть сравним с полезным сигналом, возникающим благодаря вносимому исследуемым объектом изменению сопротивления измерительной индуктивности. Этот недостаток значительно снижает стабильность работы и разрешающую способность устройства.

30 Так, например, при определении небольших изменений электропроводност при температуре жидкого азота и ниже, влияние изменений реактивньк составлжощих элементов плечей моста обусловленных паразитными изменения ми импедансов датчиков и исследуемо го объекта в зависимости от температуры и геометрии может полностью замаскировать измеряемые изменения электропроводности исследуемого объекта. Кроме того, использование в качестве индикатора амплитуды и фазы реверсивных двигателей значительно снижает быстродействие устройства, так как электромеханические системы индикации являются относительно мед ленно действующими. Цель изобретения - повышение ста бильности, разрешающей способности и быстродействия устройства. Поставленная цель Достигается тем, что в устройство для определения изменений электропроводности, содержащее мост переменного тока, плечи которого выполнены в виде ком плексных сопротивлений, включенных симметрично относительно источника питания моста, детектор, подключенный через избирательный усилитель к выходу моста, модулятор, подсоединенный к одному из плеч моста, а также индикатор амплитуды и фазы, введены элемент выборки-хранения, определитель минимумов огибающей переменного напряжения и компаратор уровня нуля, причем выход детектора подключен к аналоговому входу элемента выборки-хранения и к входу определителя минимумов, выход последнего соединен с управляющим входом элемента выборки- хранения, и с одним из входов упомянутого индикатора, к двум другим входам которого подключены, соответственно, выход элемента выборки-хранения и выход компаратора, соединенного своим входом с модулятором. На чертеже представлена блок-схем предлагаемого устройства.. К выходу моста 1 через избиратель ный усилитель 2 подключен детектор выход которого подключен к аналоговому входу элемента 4 выборки- хране ния и к входу определителя 5 минимумов огибающей переменного напряжения Выход последнего соединен с управляю щим входом элемента 4 выборки-хранения, и с одним из входов индикатора 6 амплитуды и фазы, к двум другим входам которого подключены соответственно, выход элемента 4 выборки хранения и выход компаратора 7, соединенного своим входом с модулятором 8. При этом, последний подключен так к одному из плечей моста. Плечи мост переменного тока этого устройства вы полнены в виде комплексных сопротивлений 9,10,11,12, попарно образующих два последовательных резонансных контура, включенных симметрично относительно подсоединенного источника питания моста 1. Индуктивность с-дного из этих контуров является измерительной . Устройство работает следующим образом. Переменное напряжение V синусоидальной формы с частотой f, поступающее на мост от источника питания, вызывает на комплексных сопротивлениях 9 и 12 моста соответствующие напряжения Vj и V4. Комплексные сопротивления 9 (Z), 10 (Zg), 11 (Za), 12 (Z.} t образующие два контура резонанса тока, предварительно настраиваются так, что их резонансные частоты равны или близки к частоте f напряжения V, причем соотношения составляющих комплексных сопротивлений сим /1етрично расположенных плечей моста практически идентичны. Если один из реактивных параметров плеча, например, плеча 11 образованного комплексным сопротивлением, моста, модул руется модулятором 8 с частотой ffj i f, то на выходе моста появляется переменное напряжение, модулированное по амплитуде. В моментах времени t, когда в процессе модуляции 0 Z 2 3т Zj, ( tg ) , выполняются условия равновесия моста. В этих моментах времени огибающая переменного напряжения на выходе моста принимает свое минимальное значение. Переменное модулированное напряжение с выхода моста через избирательный усилитель 2 подается на амплитудный детектор 3. Продетектированное напряжение вместе с его постоянно составляющей поступает на вход определителя 5 минимумов огибающей переменного напряжения и на вход элемента 4. В моменты фиксации минимального значения продетектированного переменного напряжения на управляющий вход элемента 4 поступает сигнал управления с выхода определителя 5. Минимальные значения продетектированного напряжения с выхода элемента выборки-хранения подаются на индикатор б, где происходит их измерение. Индикатор б представляет собой малоинерционный, например электронный, измеритель напряжения и фазы. Определение изменения электропроводности исследуемого объекта происходит следующим образом. Измерительный объект помещается вблизи выносной измерительной катушки индуктивности, представляющей собой измерительное плечо моста. Эта измерительная катушка включается в мост через кабель подсоединения. Изменение электропроводности исследуемого объекта вызывает изменение активной составлякхаей комплексного сопротивления измерительного .плеча моста. ВоэнИкаг-ощий при этом разбаланс моста увеличивает минималь ное значение продетектированного переменного напряжения, которое измеряется индикатором 6. Таким оОразом, индикатором б оценивается измерение электропроводности исследу емого объекта. В практических условиях в большинстве случаев при определении изме нения электропроводности измеряемого объекта одновременно с этим изменением происходит изменение реактивной составляющей плеч моста, что обуслав ливается рядом причин. Так, кроме вносимой исследуемым объектом активной составляющей комплексного сопротивления в цепи катушки измерительного плеча, в эту цепь может вноситься также реактивная составляю щая. Вследствие температурных и меха нических воздействий могут изменятьс также емкость кабеля подключения измерительной катушки к мосту и другие реактивные параметры включенных в плечи моста элементов. Предлагаемое устройство исключает влияние этих паразитных изменений параметров моста на его стабильность и разрешающую способность. Это осуществляется благодаря тому, что при модуляции в определенных пределах одного из реактивных параметров моста в некоторых моментах выполняется условие ,. Глубина модуляции реактивного параметра одного из плеч моста выбираетс в зависимости от пределов паразитных изменений реактивных параметров моста. В зависимости от величины паразитного изменения реактивных составлйющих отдельных плеч моста, фаза момента времени tj,, при котором выполняется уравнение, изменяется по отношению к фазе модуляции. Следовательно, относительно модуляционного сигнала изменяется также фаза минимума продетектированного напряжения, получаемого с выхода амплитуд ного детектора 3. Эта фаза определяется индикатором 6, на входы которого поступает сигнал с выхода определителя 5 и через компаратор 7 нулевого уровня - сигнал с модулятора 8. Измерение этой фазы предусмотрено для удобной предварительной балансировки моста, а также для контроля характера и степени изменения реактивных параметров плеч моста в ходе определения изменения электропроводности исследуемого объекта. В предлагаемом устройстве отсутствуют инерционные индикаторы амплитуды и фазы электромеханического типа, фазовращатель и др., что кроме упрощения устройства, повышает его быстродействие и надежность работы. Формула изобретения Устройство для определения изменений электропроводности, содержащее мост переменного тока, плечи которого выполнены в виде комплексных сопротивлений, включенных симметрично относительно источника питания моста, детектор, подключенный через избирательный усилитель к выходу моста, модулятор, подсоединенный к одному из плеч моста, а также индикатор амплитуды и фазы, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности, разрешающей способности и быстродействия, в него введены элемент выборки-хранения, определитель минимумов огибагацей переменного напряжения и компаратор уровня нуля, причем выход детектора подключен к аналоговому входу элемента выборкихранения и к входу определителя минимумов, выход последнего соединен с управляющим входом элемента выборкихранения и с одним из входов упомянутого индикатора, к двум другим входам которого подключены, соответственно, выход элемента выборки-хранения и выход компаратора, соединенного своим входом с модулятором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гриневич Ф.Б. О построении модуляционных автоматических мостов переменного тока с амплитудно-фазовым детектированием. - Измерительная техника, 1962, с. 41-44.