Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01R33/16 

3 его магнитного момента, измерительную обм ку, размещенную на мапште и подключенну к коллекторным кольцам, расположенным на оси, щетки, касающиеся колец, укрепленные на опоре, устройство для регистрации ЭДС, подключенное к обмотке. Магнит, закрепленный на одном конце ос приводят в движение. Перемещаясь относительно неподвижного проводящего вещества, например металлической шины, магнит воз. буждает в ней индукционные токи, вызываю щие вторичное поле, которое возбуждает в измерительной обмотке, надетой на магнит, ЭДС вторичной электромагнитной индукции. По амплитуде этой ЭДС определяют электро проводность исследуемого вещества 2. Недостатками известных способа и устрой ства являются невысокая точность и низкая помехозащищенность измерений. Невысокая точность измерений связана с тем, что наводимая в обмотке ЭДС пропорциональна не только электропроводности вещества, но и его магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности. Низкая помехозащищенност обусловлена влиянием на измерительную обмотку однородных постоянных и переменных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в способе определения электропроводности и магнитной восприимщ|вости, включающем воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции выделяют из ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с частотой, равной удаоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его на синфазную и квадратурную составляюйцие, по амплитуде которых судят об электропроводности и магнитной воспри-имчивости образца. Кроме того, устройство для осуществления способа, содержащее непроводящую немагнит ную опору с закрепленной на ней осью, постоянный магнит, укрепленный m оси, про ходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, измери тельную обмотку, размещеикую на мапште и подключенную к коллекторным кольцам, расположенньп иа оси, а также щетки, укрепленные на опоре, с возможностью скольж ния по коллекторным кольцам, снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя разрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжения по разрезным коллекторным кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфазным и квадратурным детекторами и двумя индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детекторов, сигнальные входы которых подсоединены к выходу избирательного усилителя, вход которого подключен к щеткам, при этом управляющие входы синфазного и квадратурного детекторов подсоединены к соответствующим выходам коммутатора, вход которого подключен к дополнительным щеткам. Повышение точности достигается также тем, что измерительная обмотка вьщолнена в виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита симметрично относительно его оси вращения и соединенных последовательно-встречно. Измерительная обмотка выполнена в виде трех секций, расположенных на постоянном магните симметрично относительно его оси вращения, при этом средняя секция включена последовательно-встречно, по отноцюнию к крайним секциям, соединенным согласно. На фиг. 1 изображено устройство для определе1гая электропроводности и магнитной восприимчивости, реализующее способ; на фиг. 2 - узел устройства, используемый в нем при проведении измерений вблизи заполненных веществом полупространств или тел; на фиг. 3 - узел устройства, используемый в нем при проведении измерений в сплошных средах. .Устройство для реализации способа содержит непроводящую немагнитную опору 1, постоянный магнит 2, закрепленный в опоре 1осью 3, проходящей через его центр перпендикулярно направлению магнитного момента (в данном случае - линии, соединяющей полюса магнита 2 N и S), измерительную обмотку 4 надетую на магннт, коллекторные кольца .5, установленные на оси 3, с которыми соединены концы измерительной обмотки 4, щетки 6, закрепленные на опоре 1, электродвигатель 7, 1ютор которого механически связан с осью 3, разрезные коллекторные кольца 8, установленные на оси 3, дополнительные щетки 9, закрепленные на опоре 1, усилительно-преобразовательный блок 10, включающий в себя избирательный усилитель 11, настроенный на удвоенную частоту 2f вращения постоянного магнита 2, вход которого соединен с основными щетками 6, два синхронных детектора - синфазный 12 и квадратурный 13, сигнальные входы которых соединены с выходом избирательного усилителя 11, коммутатор 14, вход которого соединен с дополнительными щетками 9, а выход - с соответствующими управляющими входами синхронных детекторов 12 и 13,

два индикатора 15 и 16, подключенные к выходам синхронных детекторов 12 н 13. Устройство используется для измерения параметров образца в виде тела 17 конечных размеров. Для измерения вблизи заполненного веществом полупространства 18 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную в виде двух секций 19 и 20, расположенных на концах мапшта 2 симметрично относительно его оси вращения 3 (ось вращения перпендикулярна плоскости чертежа) и включенных встречно (фиг. 2).

При проведении измерений в сплошной среде 21 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную .в виде трех секций 22, 23 и 24, расположенных на магните 2 шмметрично относительно его оси вращения 3, при зтом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23 (фиг. 3).

Способ осуществляется следующим образом

Закрепленный в опоре 1 постоянный магнит 2 приводится во вращательное движение с помощью электродвигателя 7. Вращающийся магнит 2 создает в окружающем пространстве первичное переменное магнитное поле частоты f, равной частоте вращения. Бели в это поле помещают исследуемое вещество, например; в виде тела 17 конечных размеров то, благодаря облучению полем, в веществе возникают индукционные токи и индуктивная (наведенная) намагниченность, которые также изменяются во времени с частотой f. Эти токи и намагниченность создают вторичное поле, интенсивность которого зависит от электропроводности и магнитной восприимчивости вещества. Вторичное магнитное поле также изменяется с частотой f. Вторичное поле наводит ЭДС в измерительной обмотке 4, надетой на магнит 2. Поскольку измерительная обмотка не неподвижна, а вращается вместе с магнитом также с частот(ж it наводимая в ней ЭДС имеет частоту 2 f. ЭДС частоты 2 f снимается с измерительной обмотки 4 посредством коллекторных колец 5, закрепленных на осн 3 и щеток 6, закрепленных на опоре 1. Сигнал поступает на избира1ельный усилитель 11, настроенный на частоту 2 f, затем на входьг двух синхронных детекторов - синфазного 12 и квадратурного 13. Коммутирующие напряжения частоты 2 f для указанных синхронных детекторов вырабатываются с помощью коммутатора 14, соединенного с дополнительными щетками 9 и разрезными коллекторными кольцами 8. Благодаря использованию синфазного 12 и квадратурного 13 синхронных детекторов удается из общего сигнала частоты 2 f выделить составляющую, которая

несет информацию об электропроводности тела, и вторую составляющую, которая несет информацию о магнитной восприимчивости того же тела. Эти два сигнала, разделенные по фазе, регистрируются независимо с помощью индикаторов 15 и 16.

В условиях сильного влияния на измерительную обмотку 4 внешних (т.е. не связанных с наличием исследуемых веществ) однородных постоянных и переменных магнитных полей способ реализуется с помощью устройства следующим образом.

При проведении измерений вблизи заполненного веществом полупространства 18 (фиг. 2) или тела в измерительной обмотке 4, вьшолненной в виде даух секций 19 и 20 с одинаковым количе.ством витков, включенных встречно, вращающейся вместе с мапш том 2 на оси 3, возникает ЭДС, прснюрциональная разности магнитных индукций втс тчного поля. Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 19 и 20 до границы исслед м6го вещества и поскольку часть полупернода вращения каждая секция 19 и 20 находится ближе к исследуемому веществу, чем другая. В то же время суммарная ЭДС помехи, обусловленная влиянием внешних однородных постоянных и переменных магнитных полей, будет практически равна нулю.

При проведении измере1а1й в сплоцшой среде 21 со сферической или цилиндрической полостью для размещения в ней чувствительной части устройства (фиг. 3) в измерительной обмотке 4, вьшолнениой в виде трех секций 22, 23 и 24 (при этом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23), вращающейся вместе с магнитом 2 на осн 3, возникает ЭДС, пропорциональная разности магнитных индукций вторичного поля. Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 22, 23 и 24 до границы исследуемого вещества и поскольку крайние секции 22 и 24, включенные согласно, всегда расположены ближе к границе исследуемого вещества, чем средняя секция 23, по отношений к которой крайние секции 22 и 24 включены встречно. В то же время суммарная ЭДС помехи, обусловленная влиянием внещиих однородных постоянных и переменных магнитных полей, если количество витков в средней секции 23 примерно совпадает с . количеством витков в двух крайних секциях 22 и 24 будет практически равна нулю.

Преимущество предлагаемого способа и реализующего его устройства заключается в том, что точность измерений повышается за

счет снижения влияния внешних магнитных полей и остаточной намагниченности вещества на 1-2 порядка.

Формула изобретения

1.Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости, включающий воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, вьщеляют из ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с частотой, равной удвоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его на синфазную и квадратурную составляющие, по амплитуде которых судят об электропроводности и магнитной восприимчивости образца.

2.Устройство для осуществления способа по п. 1. содержащее непроводящую немагнитную опору с закрепленной на ней осью. постоянный магнит, укрепленный на оси, про- 2

ходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, измерительнзто обмотку, размещенную на магните, и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, а также щетки, укрепленные на опоре с возможностью скольжения по коллекторным кольцам, отличаю.щееся тем, что оно снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя разрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжения по разрезным коллекторным кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, син. фазным и квадратурным детекторами и двумя индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детекторов, сигнальные входы которых подсоединены к выходу избирательного усилителя, вход которого подключен к щеткам, при

этом управляющие входы синфазного и квадратурного детекторов подсоединены к соответствующим выходам коммутатора, вход которого подключен к дополнительньЫ цветкам.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что измерительная обмотка вьшолнена в виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита -симметрично относительно его оси вращения я

соединённых последовательно-встречно.

4. Устройство по п. 2,, отличающееся тем, что измерительная обмотка вьшолнена в виде трех секций, располоотносителько его оси вращения, при этом средняя секция включена последовательновстречно по отношению к крайним секциям, соединенным согласно. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 106425, кл. G 01 R 33/16, 1956.

2.Мишин Д. Д. Вторичная электромагнитная индукция. Сборник Физика магнитных материалов. Калинин. Изд-во КГУ, 1979. с. П-ВО. женных на постоянном магните симметрично

иг.1

(Риг,3