Устройство контроля качества точечной сварки

 

Изобретение относится к контрольнозмерительной технике и может быть использовано для определения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и изделий методом вихревых токов. Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет отстройки от влияния зазора между контролируемым изделием и вихретоковым преобразователем. Цель достигается за счет того, что в способе измерения удельной проводимости немагнитных материалов накладной вихретоковый преобразователь (ВТП) устанавливают с зазоррм на контролируемое изделие, возбуждают в изделии вихревые токи и измеряют тангенс фазы tg «1 вносимого напряжения ВТП относительно его реальной составляющей, затем определяют tg aig для ВТП, установленного над контролируемым изделием с обобщенным параметром зазора, отличным от первого в п раз, где п 1,5-2,5, и определяют tgolj результирующего напряжения ВТП, полученного векторным суммированием вносимого и компенсирующего напряжений . Устройство для измерения электрической проводимости немагнитных материалов содержит генератор, соединенные последовательно усилитель, фазовый детектор и линеаризатор, подключенный к фазовому детектору фазовращатель, блок возведения в квадрат и цифровой индикатор. Кроме того, устройство содержит делитель частоты, подключенный к генератору посредством первого коммутатора, второй коммутатор, включенный между выходом первого коммутатора и фазовращателем , второй фазовращатель, включенньш между вторым выходом второго коммутатора и опорным входом фазового детектора, соединенные последовательно первьй амплитудный детектор , блок вычитания и блок управления, первый компенсатор, входы которого подключены к первой измерительной обмотке ВТП, второй компенсатор, входы которого подключены к второй измерительной обмотке ВТП и делителю частоты, третий компенсатор, входы которого подключены к выходу первого компенсатора, генератору и блоку управления, третий коммутатор, включенный между выходами трех компенсаторов и входом усилителя, второй амплитудный детектор, включенный между выходом третьего компенсатора и вторым выходом первого блока вычиуания, четвертый коммутатор, подключенньй к выходу линеаризатора, гене (Л кэ ю О5 (С О5 Ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

yg 4 G 01 N 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНРЫТИЙ (21) 3727987/25-28 (22) 16.04.84 (46) 23.04.86. Бюл. К- 15 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) В,Н.Буров, Д.И.Косовский, Ю.М.Шкарлет и Г.Ф.Меледин (53) 620 ° 179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 9456633, кл. G 01 N 27/90, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 894544, кл. С 01 N 27/90, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ НЕМАГНИТНЫХ

МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и изделий методом вихревык токов. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет отстройки от влияния зазора между контролируемым иэделием и вихретоковым преобразователем. Цель достигается за счет того, что в способе измерения удельной проводимости немагнитных материалов накладной вихретоковый преобразователь (ВТП) устанавливают с зазором на контролируемое изделие, возбуждают в изделии вихревые токи и измеряют тангенс фазы

tg a< вносимого напряжения ВТП относительно его реальной составляющей, затем определяют tg Мд для ВТП, установленного над контролируемым иэделием с обобщенным параметром зазора, отличным от первого в и раз, где

„„SU„„122 267 А п = 1,5-2,5, и определяют tg результирующего напряжения ВТП, полученного векторным суммированием вносимого и компенсирующего напряжений.

Устройство для измерения электрической проводимости немагнитных материалов содержит генератор, соединенные последовательно усилитель, фазовый детектор и линеаризатор, подключенный к фазовому детектору фазовращатель, блок возведения в квадрат и цифровой индикатор. Кроме того, устройство содержит делитель частоты, подключенный к генератору посредством первого коммутатора, второй коммутатор, включенный между выходом первого коммутатора и фазовращателем, второй фазовращатель, включенный между вторым выходом второго коммутатора и опорным входом фазового детектора, соединенные последовательно первый амплитудный детектор, блок вычитания и блок управления, первый компенсатор, входы которого подключены к первой измерительной обмотке ВТП, второй компенсатор, входы которого подключены к второй измерительной обмотке ВТП и делителю частоты, третий компенсатор, входы которого подключены к выходу первого компенсатора, генератору и блоку управления, третий коммутатор, включенный между выходами трех компенсаторов и входом усилителя, второй амплитудный детектор, включенный между выходом третьего компенсатора и вторым выходом первого блока вычитания, четвертый коммутатор, подключенный к выходу линеаризатора, гене1? 26267 ратор тактовых импульсов, подключенный к управляющим входам четырех коммутаторов, три блока памяти, подключенные к выходам четвертого коммутатора, второй блок вычитания, включенный между выходами первого и второго блока памяти, третий блок вычитания, включенный между выходами

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике с помощью вихретоковых методов и может. быть использовано для определения удельной электрической проводимости немагнитных материалов и изделий.

Цель изобретения — повьппение точности измерений за счет отстройки от влияния зазора между контролируемым изделием и вихретоковым преоб- 10 разователем, а также упрощение практической реализации способа.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения электрической проводимости немагнитных материалов, реализующего способ; на фиг. 2 — годограф, отражающий зависимости вносимого сигнала от величины обобщенного параметра /3 ; на фиг. 3 — графики, отражающие зависимость 8 сь от,6 при различных зазорах ((сплошная линия — для первого такта измерения, пунктирная линия для третьего такта) .

Устройство для измерения электри- 25 ческой проводимости содержит соединенные последовательно генератор 1 и делитель 2 частоты, генератор 3 ,тактовых импульсов, четыре коммутатора 4-7 и вихретоковый преобразователь 8 с возбуждающей обмоткой 9, подключаемой через коммутатор 4 либо к генератору 1, либо к делителю

2 частоты, и двумя измерительными обмотками 10 и 11. Выход генератора 3

35 тактовых импульсов подключен к управляющим входам коммутаторов 4-7.

Устройство содержит первый компенсатор 12, включенный между измерительной обмоткой 10 и первым входом коммутатора 6, второй компенсатор. 13, включенный между измерительной обмоткой 11 и вторым входом коммутатора 6, первого и третьего блоков памяти, блок деления, включенный между выходами второго и третьего блока вычитания и входом блока возведения в квадрат, и масштабный преобразователь, включенный между выходом блока возведения в квадрат и входом цифроГОГО индикатора . 3 с . и. ф лы .> Ил . и третий компенсатор 14, включенный между выходом первого компенсатора

12 и третькч входом коммутатора 6.

Опорные входы компенсаторов 12 и 14 объединены и подключены к генератору 1, а опорный вход компенсатора 13 подключен к делителю 2 частоты.

Устройство содержит также соединенные последовательно усилитель 15, вход которого подключен к выходу коммутатора 6, и фазовый детектор 16, два фазовращателя 17 и 18, входы которых через коммутатор 5 подключены к выходу коммутатора 4, а выходы соединены с опорным входом фазового детектора 16, два амплитудных детектора 19 и 20, три блока 21-23 вычитания, причем вход амплитудного детектора 19 подключен к выходу усилителя 15, вход амплитудного детектора 20 соединен с выходом третьего компенсатора 14, а их выходы подключены к первому блоку 21 вычитания.

Также устройство содержит блок

24 управления, включенный между выходом блока 21 вычитания и третьим входом компенсатора 14, линеаризатор 25, включенный между выходом фазового детектора 16 и входом чет-. вертого коммутатора 7, три блока 2628 памяти, подключенные к соответствующим выходам коммутатора 7, и соединенные последовательно блок 29 деления, первый вход которого через второй блок 22 вычитания подключен к блокам 26 и 27 памяти, а второй вход блока 29 деления через .третий блок 27 вычитания соединен с блоками

26 и 28 памяти, блок 30 возведения в квадрат, масштабный преобразователь 31 и индикатор 32.

Способ осуществляют следующим образом.

1226267

4 и при и = 2 получают (4) где а () и Ь () — параметры функции преобразования устройства, реализующего способ, являющиеся функцией температуры окружающей среды и обобщенного гараметра зазора ( (5) (2) где h — - расстояние от середины катушки преобразователя до контролируемого изделия, м.

Полученное значение tg M фиксируют.

Во втором такте измерения изменяют величину обобщенного параметра зазо-. ра (, оставляя неизменным обобщенный параметр P . Изменить $ в л раз.можно перемещением вихретокового преобразователя при известном значении (в первом такте или изменением диаметра измерительной обмотки в и раз одно— временным обратным изменением частоты питающего тока в и раэ для стабили-. зации параметра Р . Изменение (в — 2 раза (фиг. 3) приводит к опре-.." делению Р по зависимости tg м = cp(P), используемой в первом такте измерения, в два раза отличающихся от действительных Р что адекватно введению мультипликативного квазитеста Р во втором такте измерения, Таким образом:

tà< - а а, tg

tgX, = à (g)P + b(g), (1) tg«,= а (() и+ b(P), tg aг = а(() 2 P + Ь() Значение дК фиксируют.

В третьем такте измерения вносимое напряжение векторно суммируют с некоторым дополнительным компенсирующим напряжением, по величине мень10 шем начального напряжения на измерительной катушке вихретокового преобразователя в воздухе, а по фаэе ему противоположном.При этом вновь сформированная функция преобраэования

15 оказывается сдвинутой параллельно вниз основной (фазовый переход первого такта измерения), что приводит к отклонению в определении. параметра

6 от действительного на некоторую

2р постоянную величину Ð которая является функцией величины дополни— тельного компенсирующего напряжения и определяется в процессе калибровки устройства, реализующего способ.

25 Таким образом, величина tgnl определяется в виде р > = а() (P- /3)+Ь(), 3р где > P — аддитивный квазитест /

Значение tg a фиксируют.

Если величину результирующего напряжения вихревого преобразователя для каждого значения Р контролируемого изделия формируют равной величине

35 результирующего напряжения вихретокового преобразователя в воздухе, как показано на фиг. 2 для значений /5 =5 и б = 10, то функция преобразования

4О устройства, реализующего способ имеет вид, показанный пунктирными линиями (фиг. 3). Пунктирные прямые параллельны сплошным линиям и сдвинуты, поэтому для всех значений Р вводится

4 аддитивный кваэитест P, равный Ь/3=

= 3,3.

Решение системы из трех уравнений (1), (3) и (5) относительно Р и введение данного результата в квадрат позволяет получить линейную зависимость между проводимостью и электрическими сигналами в виде г г 2 6 I 1 1

"К tg +s ) П(п-1)) <ро

?

4 а < -tgK 10

tg a,-tg с. з D им,„ (7) Устройство., реализующее с к>саб, работает следу>ощим образом.

Вихретоковый преобр:.зсвятель 8

> Г п устанавливают на контролируемое изделие. Генератор 3 тактовых имнуль-ссВ приводит ксммутя-.>ры 4-7 В нервсе (1) полажение =I подклю .яет через коммутатор 4 выход геверагсзя к всз— буждающей обмотке 9 вихретакавона преобразователя 8. С основной измерительной обмотки 10 Вьн.сднае напряжение векторно суммируется с напряжекампенся "og> 1 2 параметры которого Выбраны таким образам, что суммарное выха,нае напряжение вихретокавага преобразователя 8 и первого кампенсятаря 1? В воздухе (без кантролируемага изделия) равна нул>о. Вносимое напряженке с Выходя компенсатора 12 через коммутатор 6., усилитель 15, фазовый цетектар 16, ня опорный вход которого поступает напряжение с генератора l через коммутатор 5 и фазсвращатель i!7, и далее через линеаризяio» 25 II Koii мутатор 7 поступает в первый блок 26 памяти.

Во втором такте измерений генератор 3 тактовых импульсов приводит коммутаторы 4-7 ва второе наложе-".. ние (II). При этом генератор 1 переменного тока через делитель 2 частоты и коммутатор 4 подключается к возбуж--15 дающей обмотке 9 вихретокавога преобразователя 8. Коэффициент деления делителя 2 частоты равен », где

$ 12362 где С вЂ” постоянная для данного при— бора, определяемая при его градуировке.

Показания, получаемые па алгоритму (6), не зависят ни от вариаций зазора, ни от температуры В опреде,пенных интервалах ее значений.

Если и = 2, а величину результиру" ющего напряжения выхретокавога преобразователя на контролируемом изделии 1О в третьем такте измерения формируют равной величине результирующего напряжения Вихретакавсго преобразователя в воздухе, та величина >ф (фиг. 3) в Зтам случае Оявня 3,,3 и выражение (6) преобразуется к

67 и = -- а D — диаметр измерительной я

2 обмотки 11. Технически просто осуществить кратное деление частоты, т,е. п = 2,4, ..., поэтому даль2 нейшее рассмотрение работы измерите2 ля проведем для п = 4.

С измерительной обмотки 11 напряжение частотой в и раз меньшей, чем частота генератора 1, суммируется с кампепсирующим напряжением второго камненсатора 13, параметры которого

Выораны таким образом, что Выходное суммарное напряжение вихретокаваго преабрязс:зателя и второго компенсатсра,3 в воздухе равно нулю. Вносимое нанря>кение с кампенсатора 13

---,;=-рез коммутатор 6, усилитель 15, фазовый детектор 16, через коммутаторы 4 и 5, фязовращятель 18 и далее через линеаризатор 25 и коммутатор 7 заносится в блок 27 памяти. Поскольку диаметр измерительной обмотки ll в

П раз больше диаметра измеритель.".ай обмотки 10 и ани расположены соосно и в одной плоскости, та параметр " ва втором такте оказывается

1 в н =- 2 раз меньше „чем В первом такте, так как вмссте с увеличением дняii.åòðà обмотки в 2 раза уменьшается

4 разя частота Возбуждающего тока. уме-".üinåíèå параметра (в 2 раза при-.

Всцит к изменению пя1>аметрав функции преобразования измерителя (фиг. 2).

Однако> если измерения проводят используя те же параметры функции преобразования, что и в первом такте, i .o, no той >ке градуировочнай прямой (фиг. 2), та уменьшение >; в 2 раза

;I- .ïðêê! p, с (= 1,28 до (= 0,64 или

"; =: 0,64 да „ = 0,32) приводит к onf ределению .значений,6 в 2 раза больших, чем действительные значения З

Б третьем такте измерений генератор 3 TE.êòoÂ6)õ импульсоВ приводит кс>ммутятары 4-7 в третье положении (Ш)..

При этом генератор 1 через коммутатор

4 вновь подключается к возбуждающей обмотке 9 вихретокавого преобразава" теля 8. С измерительной обмотки IO напряжение последовательно векторно суммируется с компенсирующими напряженияьы первого 12 и третьего 14 компенсаторов. Величина компенсирующего напряжения компенсатора 14 в начальный момент равна нулю, а результирующее напряжение с него через коммутатор 6 по< тупает на усилитель 15.

1226267

50

Выходное напряжение сравнивается с компенсирующим напряжением третьего компенсатора 14, Цепь, состоящая из амплитудных детекторов 19 и 20 блока 21 вычитания и блока 24 управления обеспечивает автоматическую регулировку величины компенсирующего напряжения компенсатора 14 до момента его равенства напряжению с выхода усилителя 15. Для этого напряжение с усилителя 15 поступает через амплитудный детектор 19 на вход блока 21 вычитания, на другой вход которого поступает компенсирующее напряжение с компенсатора 14 через амплитудный детектор 20. С выхода блока 21 вычитания через блок 24 управления осуществляется регулировка величины переменных элементов компен,сатора 14 до тех пор, пока выходные напряжения амплитудных детекторов

19 и 20 не будут равны.

Таким образом, сформированное напряжение на выходе коммутатора 6 в третьем такте измерения на комплексной плоскости можно изобразить в виде

< pl векторов, исходящих из точек 0 и О, для значений P = 5 и / = 10 соответственно (фиг. 2). Напряженке с выхода усилителя 15 через фазовый детектор

16, на опорный вход которого поступает напряжение с выхода генератора через коммутаторы 4 и 5, фазовращатель 17 и далее через линеаризатор

25 и коммутатор 7 в блок 28 памяти.

Напряжение, записанное в блок памяти изменяется от Р согласно графику, изображенному пунктирными линкями (фиг. 3).

Блоки 26-28 памяти обеспечивают хранение информации до завершения всех трех тактов работы устройства.

Выходные сигналы с блоков 26, 2? и .

26, 28 памяти поступают одновременно на входы соответственно блоков 22 и

23 вычитания, выходные сигналы с которых через блок 29 деления и блок

30 возведения в квадрат поступают на вход масштабного преобразователя 31. Таким образом на выходе масштабного преобразователя 31 возникает сигнал, равный удельной электропроводности.

Формула из об ре те ния

Способ измерения удельной электрической проводимости немагнит5

30 ных материалов, заключающийся в том, что накладной вихретоковый преобразователь устанавливают с зазором на контролируемое изделие, возбуждают в изделии вихревые токи и измеряют тангенс фазы вносимого напряжения вихретокового преобразователя tgol< относительно его реальной составляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при вариациях зазора, осуществляют еще два такта измерений, причем во втором такте тангенс фазы вносимого напряжения Сдр определяют для вихретокового преобразователя, установленного над контролируемым изделием с обобщенным параметром зазора, отличным от первоначального в и раз, где n = 1,5-2,5, в третьем такте измерения определяют тангенс фазы tg«. > результирующего напряжения вихретокового преобразователя, полученного путем векторного суммирования вносимого напряжения и дополнительного компенсирующего напряжения, по величине меньшего начального напряжения вихретокового преобразователя в воздухе, а по фазе ему противоположного, при этом величину удельной электрической проводимости

6 определяют из выражения где С вЂ” масштабный множитель, определяемый при калибровке.

2. Способ измерения удельной электрической проводимости немагнитнь|х материалов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения практической реализации способа, величину и устанавливают равной двум, а величину результирующего напряжения вихретокового преобразователя в третьем такте измерения формируют равной величине результирующего напряжения вихретокового преобразователя в воздухе.

3. Устройство цля измерения удельной электрической проводимости немагнитных материалов, содержащее генератор, соединенные последовательно усилитель, фазовый детектор и линеаризатор, фазовращатель, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора, блок возведения в квадрат и цифровой индикатор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с

9 1 целью повышения точности измерений, оно снабжено второй измеритeëüíîé обмоткой, расположенной в вихретоковом преобразователе соосно и н одной плоскости с остальными обмотками, делителем частоты, подключенным к генератору, первым коммутатором, включенным между выходами генератора и делителя частоты и возбуждающей обмоткой вихретокового преобразователя, вторым коммутатором, включенным между выходом первого коммутатора и входом фазовращателя, вторым фазовращателем, включенным между вторым выходом второго коммутатора и опорным входом фазового детектора, соединенными последовательно первым амплитудным детектором, подключенным к выходу усилителя первым блоком вычитания и блоком управления, первым компенсатором, выходы которого подключены к первой измерительной об мотке вихретокового преобразователя и генератору, вторым компенсатором, входы которого подключены к второй измерительной обмотке вихретокового преобразователя и делителю частоты, 226267 третьим компенсатором, входы которого подключены к выходу первого компенсатора, генератору и блоку управления, третьим коммутатором, включенным между выходами трех компенсаторов и входам усилителя, вторым амплитудным детектором., включенным между выходом третьего компенсатора и вторым входом первого блока вычитания, четвертым коммутатором, подключенным к выходу линеаризатора, гене. раторам тактовых импульсов, подключенным к управляющим входам четырех коммутаторов, тремя блоками памяти, подключенными к вьходам четвертого коммутатора, вторым блоком вычитания, включенным между выходами первого и второго блоков памяти, третьим блоком вычитания, включенным между выходами первого и третьего блоков памяти, блоком деления, включенным между выходами второго и третьего блоков вычитания и входом блока возведения в квадрат, и масштабным преобразова25 телем, включенным между выходом блока возведения н квадрат и входом цифрового индикатора.

1226267

EeU

tg 20 Л7 j3

ФигЗ

Фиг.2

Составитель Ю. Глазков

Техред И.Верес Корректор Е. Сирохман

Редактор И. Дербак

Заказ 2121/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4