Способ измерения относительной величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано при контроле изделий в зонах сварочных швов, где требуется измерить не абсолютное значение удельной электрической проводимости, а относительную величину ее изменения, возникшую после сварки. Устройство, реализунмцее способ, содержит генератор 1 переменного тока, коммутаторы 4 и 5, накладной вихретоковый преобразователь 6 с катушками 7 и 8, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12...15 памяти, блоки 16...18 вычитания , масштабный преобразователь 19, блок 21 деления, индикатор 23 и блок 24 управления. В устройство введены генераторы 2 и 3 переменного тока, масштабный преобразователь 20, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, компаратор 25 и i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН 511 4 -6 01 N 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4089346/24-21 (22) 18.07 ° 86 (46) 15.02.88. Бюл. У 6 (71) Куйбышевский авиационный институт им.акад. С.П.Королева (72) Н.Е.Конюхов, А.P.Øèøêèí, В.Н.Буров и В.С.Вопилин (53) 621 ° 317.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 996929, кл. С 01 N 27/90,,1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1161863, кл. G 01 N 27/90, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ

ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано при контроле изделий в зонах

„„Я0„„1374120 А 1 сварочных швов, где требуется измерить не абсолютное значение удельной электрической проводимости, а относительную величину ее изменения, возникшую после сварки. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 переменного тока, коммутаторы

4 и 5, накладной вихретоковый преобразователь 6 с катушками 7 и 8, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12... 15 памяти, блоки 16... 18 вычитания, масштабный преобразователь

19, блок 21 деления, индикатор 23 и блок 24 управления. В устройство введены генераторы 2 и 3 переменного тока, масштабный преобразователь 20, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, компаратор 25 и

1374120 (ц, =4н 10 Гн/м, U, =а, ln(„+a,, (2) блок 26 световой индикации. Предложенные способ и устройство позволяют повысить точность измерения, поскольку результат измерения не зависит от параметров функции преобразования измерительного устройства. Получение нулевого сигнала на эталонном участке контролируемого изделия позволяет

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной величины удельной элек5 трической проводимости материалов и изделий, например при контроле изделий в зонах сварочных швов, где требуется измерить не абсолютное значение удельной электрической проводимости, а относительную величину ее изменения, возникшую после сварки, или при отбраковке заготовок деталей по марке материала, проводимой путем измерения отклонения удельной элек- 15 трич ской проводимости контролируемой заготовки от эталонной.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена структурная 2р схема устройства измерения, Устройство содержит генераторы 13 переменного тока, коммутаторы 4 5 накладной вихретоковый преобразователь 6 с возбуждающей 7 и измери- 25 тельной 8 катушками, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор тактовых импульсов 11, блоки памяти 1215, блоки вычитания 16-18, масштабные преобразователи 19,20, блок деления 30

21, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, индикатор 23, блок управления 24, компаратор 25, блок световой индикации 26.

Способ осуществляется следующим образом.

В первом такте измерения на поверхность эталонного участка контролируемого изделия устанавливают вихретоковый преобразователь, возбуждаемый 4п током частотой Q, . Выходной сигнал вихретокового преобразователя завиадаптироваться к условиям измерений, устранить влияние таких мешающих факторов, как отличия геометрии и формы эталонных образцов от контролируемого изделия. При этом нет необходимости в изготовлении эталонных образцов и их аттестации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

2 сит от величины обобщенных параметров где R — - радиус вихретокового преобразователя (м), ; — удельная электрическая проводимость эталонного участка контролируемого изделия (см/м)

h — расстояние от вихретокового преобразователя до поверхности участка контролируемого изделия (м), Зависимость выходного сигнала вихретокового преобразователя от величины 1пР при различных значениях Ф может быть в широком диапазоне 8 -аппроксимирована линейным выражением.

Тогда выходной сигнал в первом такте измерения будет иметь вид где а,, а, — параметры функции преобразования устройства, реализующего способ, являющиеся функцией дестабилизирующих факторов, например, температуры окружающей среды, параметра и других.

Полученное значение U, запоминают.

Во втором такте вихретоковый преобразователь возбуждают током частотой

И = 4)„° и, где и > 1 ° Тогда согласно (1) Pz= P,- n, где (— значение

1374120 обобщенного параметра для эталонного параметра для эталонного участка контролируемого изделия во втором такте измерения. Таким образом, во втором такте измерения выходной сигнал равен

V, =а, Ы(р „+n)+a,. (3) 10

Значение U запоминают. В третьем такте измерения вихретоковый преобразователь возбуждают током Q = и, /п и выходной сигнал

15 (4) U>=a,1n(P»/ +n)+а,. (5) 4 (3 И где P„„„=V, . и, p,G„„„

Величину U4 запоминают. Решая систему уравнений (2 — 5), получим выражение

50 иссл 1 (4 — U ) 2 п

O (U,-U,) (6) 55

Таким образом, преобразуя зафиксированные значения U, U, U,,V< согласно правой части выражения (6), поФормируют сигнал 11=2U -U -Б . Если U равно нулю,,то зависимости U. =

=Й() действительно будут описы- 20 ваться уравнениями (2 — 4). В противном случае сигнал U отличен от нуля.

Для получения заданного вида зависимостей (2 — 4) применяют частоту питания Q< пропорционально величине 25

U и вновь проводят три такта измерения на эталонном участке контролируемого изделия. Вновь определяют величину U. Изменения частоты возбуждающего вихретоковый преобразователь тока производится до тех пор, пока величина U не будет равна нулю с заданной точностью. Установив частоту на которой в диапазоне (P / п-1й), выходной сигнал описывает35 ся линейным уравнением заданного вида, переходят к операции измерения относительной величины удельной электрической проводимости исследуемого участка контролируемого изделия.

Для этого вихретоковый преобразователь возбуждают током найденной частоты

- Q и устанавливают на исследуемый участок контролируемого изделия: Выходной сигнал U определится в виде 45 лучим относительную величину удельной электрической проводимости контролируемого участка изделия. Полученный результат не зависит от значений параметров функции преобразования и не требует мер по их стабилизации.

В первом такте измерения устройством, реализующим способ, генератор 1 питает через коммутатор 4 возбуждающую катушку 7 вихретокового преобразователя 6 током частоты у, . Наведенные в эталонном участке контролируемого изделия (на чертеже не показано) вихревые токи возбуждают в измерительной катушке вихретокового преобразователя 6 напряжение U которое усиливается усилителем 9, детектируется амплитудным детектором

10 и через коммутатор 5 записывается в блок памяти 12. Работой коммутаторов 4 и 5 управляет генератор тактовых импульсов 11. Во втором такте измерения генератор тактовых импульсов

11 на вход коммутатора 4 подключает генератор 2 с возбуждающей частотой и, где и > 1, а выход коммутатора 5 подключает к блоку памяти

13, где запоминается амплитуда напряжения U< с измерительной катушкой 8 вихретокового преобразователя 6. В третьем такте измерения генератор тактовых импульсов 11 подключает на вход коммутатора 4 выход генератора

3 с возбуждающей частотой u = а, /n, а выход коммутатора 5 подключает к блоку памяти 14, где амплитуда напряжения U с измерительной катушкой 8 вихретокового преобразователя 6 ° В этом такте измерения генератор тактовых импульсов 11 ждет управляющего сигнала от двухуровневого компаратора 25. Управляющий сигнал формируется на выходе третьего блока 18, в виде 0=2U< -U -U, на входы которого поступают сигналы с первого блока памяти 12 через первый масштабный преобразователь 19, второго блока памяти 13 и третьего блока памяти 14.

Если U отлично от нуля, что возможно при аппроксимации в заданном диапазоне изменения двухчленной линейной функцией с большей погрешностью, то компаратор 25 не срабатывает и генератор тактовых импульсов 11 продолжает работать в автоматическом режиме. Сигнал У воздействует на блок управления 24 (включает в себя в одном из вариантов усилитель и полуиро1374120 водниковый элемент вариатор, величина сопротивления которого зависит от приложенного напряжения). Блок управления 24 одновременно меняет частоту выходных сигналов всех генераторов 1-3 пропорционально величине.

Вновь генератор тактовых импульсов

11, работающий в автоматическом режиме, проводит три такта измерения и в блоках памяти 12-14 появляются новые значения U, -U . Описанные операции автоматически повторяются до тех пор, пока на выходе третьего блока

18 не появится нулевой сигнал с заданной точностью. Нулевой сигнал U через компаратор 25 выводит генератор тактовых импульсов 11 из автоматического режима. При этом коммутаторы 4 и 5 переключатся в положение, 2О соответствующее первому такту измерения, в блоках памяти 12-14 останутся сигналы U -U, соответствующие нулевому сигналу U. В блоке световой индикации 26 загорится лампочка, сиг- 25 нализирующая об окончании работы на эталонном участке контролируемого изделия. После этого вихретоковый преобразователь 6 устанавливают на контролируемый участок изделия. Амплитуда возникшего на измерительной отметке "8" вихретокового преобразователя 6 напряжения U после идентичных с напряжениями U, — U» преобразований запоминается в блоке памяти

15. Выходные сигналы блоков памяти

12-15 поступают в блоки 16 и 17, причем сигналы U и U поступают на вход блока вычитания 16, а сигналы

U и U на вход блока вычитания 17.

Выходные сигналы блоков вычитания

16 и 17 поступают на блок деления 21, где формируется сигнал, равный частотному от деления сигналов (V, -U+) (U -Uç) ° Выходной сигнал блока 21, 45 пройдя через второй масштабный преобразователь 20 с коэффициентом преобразования 21п и и экспоненциальный функциональный преобразователь 22, ) (Uq-U» ) 21nn 50 формируется в виде П„=1

2 Э который поступает на индикатор 23.

Показания индикатора считываются только при наличии сигнала индикаторной лампочки.

Способ измерения и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения относительной удельной электрической проводимости материала, поскольку результат измерения не зависит от параметров функции преобразования измерительного устройства (а, а,). Особенно эффективно проводить измерения в экстремальных условиях, когда параметры функции преобразования, определенные при калибровке устройства ввиду влияния внешних факторов и неизмеряемых параметров контролируемого изделия могут существенно отличаться от реальных, при которых производятся измерения. Получение нулевого сигнала на эталонном участке контролируемого изделия позволяет адаптироваться к условиям измерения, устранить влияние некоторых мешающих факторов, например отличия геометрии и формы эталонных образцов от контролируемого изделия, а кроме того, не требует изготовления эталонных образцов и их аттестации.

Способ может быть использован для измерения абсолютной величины 6 „, „, Однако в этом случае требуется знание значения 6

Формула изобретения

1. Способ измерения относительной величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий, включающий установку накладного вихретокового преобразователя на эталонный участок поверхности контролируемого изделия, три такта измерения выходного сигнала U U, U вихретокового преобразователя, в первом из которых вихретоковый преобразователь возбуждают током частотой И,, во втором — током частотой я = Я, п, затем вихретоковый преобразователь устанавливают на исследуемый участок поверхности контролируемого изделия, возбуждают вихретоковый преобразователь током частоты ц,, измеряют

его выходной сигнал и определяют величину контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в третьем такте измерения при положении вихретокового преобразователя на эталонном участке контролируемого изделия возбуждают преобразователь током частотой u = И, /n формируют сигнал U=2U,-У -U>, итерационно изменяют частоту возбуждающего тока

1374120 точности измерений, оно снабжено двумя дополнительными генераторами, вторым масштабным преобразователем, экс5 поненциальным функциональным преобразователем, компаратором и блоком световой индикации, причем выход первого блока памяти соединен с первым входом первого блока вычитания и через первый масштабный преобразователь с первым входом третьего блока вычитания, выход второго блока памяти соединен с первым входом второго блока вычитания и вторым входом третьего блока вычитания, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго блока вычитания и третьим входом третьего блока вычитания, а выход четвертого блока памяти, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с первым входом блока деления, другой вход которого

25 соединен с выходом второго блока вычитания, выход блока деления через последовательно соединенные масштабный преобразователь и экспоненциальный функциональный преобразователь соединен с входом индикатора, а выход третьего блока вычитания соединен с входом блока управления и входом компаратора, при этом выход блока управления соединен с управляющими входами трех генераторов, а выход компаратора соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов и входом блока световой индикации. до тех пор, пока величина U не будет равна нулю, а относительную величину удельной электрической проводимости электропроводящих изделий определяют

G„«„ (U -U )21п и

Т6 бТ

Эт г з где 5 „„„,5. — соответственно значения удельной электрической проводимости материала исследуемого и эталонного участков контролируемого изделия, U — результат измерения амплитуды выходного сигнала накладного вихретокового преобразователя при установке его на исследуемый участок контролируемого изделия.

2. Устройство для измерения относительной величины удельной электрической проводимости электропроводящих иэделий, содержащее последовательно соединенные генератор, коммутатор, накладной вихретоковый преобразователь, состоящий из возбуждающей и измерительной катушек, усилитель, амплитудный детектор, второй коммутатор, четыре блока памяти, три первых из которых подключены к выходу второго коммутатора, а также генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющим входом обоих коммутаторов, три блока вычитания, входы двух из которых непосредственно соединены с выходами блоков памяти, масштабный преобразователь, блок управления, блок деления, индикатор, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения

Составитель Л.Сорокина

Техред M.Õîäàíè÷ Корректор В.Гирняк

Редактор О.Спесивых

Заказ 568/40 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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