Способ раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических свойств металлоизделий. С целью расширения диапазона измерение магнитной проницаемости до 300 и выше, при одновременном измерении удельной электрической проводимости б по амплитуде сигнала накладного вихретокового преобразователя, помещенного в магнитодиэлектрическую среду, измеряют р на частоте возбуждения, выбранной из условия f б 1,2 х. X / R -S«aKC ключают в вихретоковом преобразователе магнитодиэлектрическьто среду, изменяют частоту возбуткдения вихретокового преобразователя, фиксируя ее значение, при котором фазовой угол сигнала вихретокового преобразователя становится равным заданной величине, определяемой выбранным значением обобщенного вихретоковогс параметра р , и удельную электрическую проводимость определяют по форт муле 6 Cp/f, где С - константа; Рнич минимальное значение в диапазоне измеряемьпс величин; 6„д максимальное значение 6 в диапазоне измеряемых величин; R - радиус преобразователя . Устройство по сравнению с обычными каналами измерения амплитуды и фазы сигнала вихретокового преобразователя дополнительно содержит канал из генератора напряжения низкой частоты, усилителя, амплитудного детектора блока вычислений, подключенный к вихретоковому преобразователю , помещенному в магнитодиэлектрическую среду, канал измерения фазы сигнала подключен к преобразователю без магнитодиэлектрической среды . и дополнительно содержит блок опорного напряжения, пропорционального В.,, цифроаналоговый преобразователь, подключенный к блоку вычислений. Способ и устройство, его осуществляющие , позволяют раздельно измерять jM и 6 накладными вих-ретоковыми преобразователями , по изменению которых определяют результат контроля изделий . 2 с.п. ф-лы, 4 ил. iO (Л 1C ел О со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„QU„„1250931 А i (51) 4 С 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3867078/25-28 (22) 15.03.85 (46) 15.08.86. Бюл. № 30 (71) Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского научного центра АН СССР (72) В.А.Сандовский (53) 620.179.14(088.8) (56) Дякин В,В., Сандовский В,А. Теория и расчет накладных вихретоковых преобразователей. M. Наука, 1981, с. 135.

Соболев В.С., Шкарлет Ю.M. Накладные экранные датчики. Новосибирск:

Наука, 1967, с. 64.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1095060, кл. G 01 N 27/90, 1982 ° (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И УДЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических свойств металлоизделий. С целью расширения диапазона измерение магнитной проницаемости до 300 и выше, при одновременном измерении удельной электрической проводимости 6 по амплитуде сигнала накладного вихретокового преобразователя, помещенного в магнитодиэлектрическую среду, измеряют Р на частоте возбуждения, выбранной из условия f„ 1,2 х, х 10 „„„ /ПR Р g„затем исключают в вихретоковом преобразователе магнитодиэлектрическую среду, изменяют частоту возбуждения вихретокового преобразователя, фиксируя ее значение, при котором фазовой угол сигнала вихретокового преобразователя становится равным заданной величине, определяемой выбранным значением обобщенного вихретокового параметра В, и удельную электрическую проводимость определяют по фор-, муле 8 = С /f, где С вЂ” константа; — минимальное значение в диапазоне измеряемых величин; 6„«, максимальное значение Б в диапазоне измеряемых величин; R — радиус преобразователя. Устройство по сравнению с обычными каналами измерения амплитуды и фазы сигнала вихретокового преобразователя дополнительно содержит канал из генератора напряжения низкой частоты, усилителя, амплитудного детектора блока вычислений, подключенный к вихретоковому преобразователю, помещенному в магнитодиэлектрическую среду, канал измерения фазы сигнала подключен к преобразователю без магнитодиэлектрической среды и дополнительно содержит блок опор- ного напряжения, пропорционального

В>, цифроаналоговый преобразователь, подключенный к блоку вычислений.

Способ и устройство, его осуществляющие, позволяют раздельно измерять и 6 накладными вихретоковыми преобразователями, по изменению которых определяют результат контроля изделий. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1250931

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для неразрушающе-о контроля физико-механических свойств металлоизделий на основе. измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости вихретоковым методом.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения магнитной проницаемости накладными вихретоковыми преобразователями путем раздельного измерения магнитной проницаемости и электрической проводимости.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости

6; на фиг. 2 — чувствительный элемент, выполненный в виде двух транс— форматорных вихретоковых преобразователей, первый из которых размещен в магнитодиэлектрической среде; на фиг. 3 — годограф сигнала первого накладного вихретокового преобразователя; на фиг. 4 — годограф сигнала второго вихретокового преобразователя при " 20.

Способ основан на следующем.

На низкой частоте, определяе»ой по формуле и - 1, 2 1 О -,,дн /5 К - 8, „, (1 ) где „„,„ — минимальное значение магнитной проницаемости в диапазоне измеряемых величин;

8 „ — максимальное значение иакс удельной электрической проводимости в диапазоне измеряемых величин; 4Î л, — магнитная постоянная;

К вЂ” радиус преобразователя, измеряют магнитную проницаемость образца по амплитуде сигнала преобразователя, помещенного в »агнитоди- 43 электрическую среду, соприкасающуюся с контролируемым изделием. При этом измерение магнитной проницаемости выполняется в замкнутой цепи, что обеспечивает измерение больших значений магнитной проницаемости (порядка 300 и более).

Воэможность измерения 1А подтверждается годографами (фиг. 3). Видно, что по амплитуде сигнала можно измерять. магнитную проницаемость даже в диапазоне больших ее значений, однако для получения однозначности необходимо измерения выполнять на низких частотах, определяемых выражением (1) . После измерения магнитной проницаемости для измерения удельной электрической проводимости необходимо перейти к унифицированному годографу, что достигается исключением магнитодиэлектрической среды. При этом получается годограф, показанный на фиг ° 4. Отличительной его особенностью является то, что при ) 20 сам годограф не изменяется при изменении < и b изменяется лишь положение рабочей точки на нем.

Это позволяет с использованием выражения

С =P P(2 p ) (2) где Л вЂ” выбранное значение оооб1 Р щенного параметра, определить удельную электрическую проводимость

8 = Cu/f (3) где f — частота возбуждения преобразователя, Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединен— ные генератор 1 низкой частоты, чувствительный элемент 2, усилитель

3, амплитудный детектор 4 и блок 5 вычислений, последовательно соединенные генератор 6 напряжения высо— кой частоты, чувствительный элемент

2, фазовый детектор 7, компаратор 8, генератор 9 линейно-изменяющегося напряжения, пиковый детектор 10 и блок 11 управления, подключенный к управляющему входу генератора 6, последовательно соединенные частотомер 12 и цифроаналоговый преобразователь 13, включенные между вторым выходом компаратора 8 и вторым входом блока 5 вычислений, источник

14 опорного напряжения, подключенного к второму входу компаратора 8 и времязадающий блок 15, подключенный к второму входу генератора 9, причем синхронный выход генератора 6 соединен с вторым входом фазового детектора 7, выход генератора 6 также соединен с вторым входом частотомера 12, Чувствительный элемент 2 (фиг. 2) включает два вихретоковых преобразователя трансформаторного типа, пер- вый из которых размещен в магнитодиэлектрической среде 16, образующей рабочую поверхность элемента, примыкающую к контролируемому изде1250931

20 лию, а второй размещен в воздухе соосно первому преобразавател1о.

Каждый из преобразователей 18 и 19 содержит возбуждаюшую и измерительную обмотки, 5

Генератор 1 напряжения низкой частоты (фиг. 1) подключен к возбуждающей обмотке второго преобразователя 19, измерительная обмотка которого падсаединена к усилителю

3. Генератор 6 напряжения высокой частоты подключен к возбуждающей обмотке первого преобразователя 18, измерительная обмотка которого подсоединена к фазавому детектору 7.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 питает напряжением низкой частоты, определяемой выражением (1), первый вихретоковый преобразователь 18 (фиг. 2), заключенный в магнитодиэлектрическую среду и являющийся составной частью чувствительного элемента 2 (фиг. 2).

Со вторичной обмотки этого преобразователя сигнал. содержащий информацию о магнитной проницаемости образца, усиливается усилителем 3, детектируется амплитудным детектором

4 и подается на один из входов бло- З0 ка 5 вычислений. В программе блока 5 предусмотрена коррекция, позволяю— щая линеаризировать зависимость сигнала вихретаковага преобразователя от величины измеряемой магнитной проницаемости. Измеренное значение магнитной проницаемости и инцицируется на индикаторе блока 5 (не показан).

Времязадаюший блок 15 вырабатывает qp синхронизирующие импульсы с регули— руемой длительностью, которыми управляется генератор 9 линейно-изменяющегося напряжения. Напряжение этого генератора запоминается в пиковом детекторе 10 и подается на блок 11 управления, который управляет частотой генератора 6. Последний питает возбуждающую обмотку второго вихретоковога преобразователя 19 (фиг. 2), расположенного в чувствительном элементе 2 (фиг, 1), с измерительной обмотки которого напряжение подается на фазовый детектор 7.

При этом на выходе фазового детекто- у ра 7 напряжение изменяется да некоторого предела, определяемого значением опорного напряжения источника 14, соответствующего заданному значению фазового угла сигнала пребразователя 19, и соответствуюп1его выбранному значе11ию обобщенного параметра р гадографа (фиг, 4).

По достижении заданного уровня сигнала на выходе фазометра 7 срабатывает компаратор 8, на выходах которого появляются два сигнала:

Р один останавливает генератор 6 линейно-изменяющегося. напряжения, второй — запускает частотомер 12. При этом генератор б высокой частоты вырабатывает н..пряжение постоянной частоты, измеряемой частотомером

1 2 и преобразуемый цифроаналоговым преобразователем 13 в сигнал, поступающий на вход блока 5 вычислений.

Искомое значение удельной электрической проводимости вычисляется блоком 5 по формуле (3) с учетом выражения (2) для константы С, вводимой в программу блока 5 вычислений заранее.

Формула изобретения

1. Способ раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости с использованием накладного вихретоковаго преобразователя, заключающийся в измерении амплитуды сигнала преобразователя, по которой определяют магнитную проницаемость, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений магнитной проницаемости, измеряют амплитуду сигнала вихретокового преобразователя, размещенного в магнитодиэлектрической среде, частота возбуждения которо" î выбрана из условия

ff„1,2 10," „„, /П К р, „,, затем исключают в вихретокавом пре- образователе магнитодиэлектрическую среду, изменяют частоту возбуждения вихревого преобразователя, фиксируя ее. значение 1:, при катарам фазовый угол сигнала вихретакового преобразователя становится равным заданной величине определяемой выбранне1м значением обабшенного вихретокавого параметра р„, и удельную электрическую проводймость определяют по фор-. муле б= С,,/Х, где С = P 2 /21Я- )- измеряемая величина магнитной проницаемости; магнитная постоянная; минимальное значение магнитной проницаемости

Ф в диапазоне измеряемых 4 и иин величин;

3 — максимальное значение накс удельной электрической проводимости в диапазоне измеряемых величин;

R — радиус преобразователя.

2 ° Устройство для раздельного измерения магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости, содержащее последовательно соединенные генератор напряжения высокой частоты, чувствительный элемент, фазовый детектор, компаратор, генератор линейно-изменяющегося напряжения, пиковый детектор и блок управления, источник опорного напряжения, подключенный к второму входу компаратора и частотомер, подключенный к выходам генератора напряже— ния высокой частоты и компаратора, выход блока управления подключен к управляющему входу генератора на— пряжения высокой частоты, синхронизирующий вход генератора напряжения высокой частоты подсоединен к второму входу фазового детектора, о т л иа ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения магнитной проницаемости, оно снабжено генератором напряжения низкой частоты, последовательно включенными усилителем, амплитудным детектором и блоком вычисления, цифроаналоговым преобразователем, включенным между частотомером и вторым входом блока вычислений, времязадающим блоком, 15 подключенным к второму входу генератора линейно-изменяющегося напряжения, чувствительный элемент выполнен в виде двух накладных вихретоковых преобразователей трансформаторного типа, первый из которых помещен в магнитодиэлектрическую среду. а второй — в воздухе соосно с первым, генератор напряжения низкой частоты подключен к возбуждающей обмотке второго преобразователя, измерительная обмотка которого подсоединена к усилителю, а генератор напряжения высокой частоты подключен к возбуждающей обмотке первого преобразователя, измерительная обмотка которого подсоединена к фазовому детектору.

1250931

1бО

1го пЮ бО сО

Яиа 3

1250931 фиг. 4.

Составитель В.Филинов

Техред И.Гайдож

Корректор С,Шекмар

Редактор С.Лисина,Заказ 4402/38

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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