Устройство для измерения удельной электрической проводимости

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий, предназначено для измерения удельной электрической проводимости материалов методом вихревых токов и может быть применено для техгической диегностики, а также для контроля различных технических операций в авиационной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Устройство содержит последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, усилитель, а также фазовращатель и последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор. С целью линеаризации зависимости выходного сигнала от удельной электрической проводимости, в него введены регулятор соотношения амплитуд и аналоговый суммирующий усилитель. Регулятор соотношения амплитуд содержит два амплитудных детектора, интегратор и регулирующий элемент. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

ССЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 51> 4 G 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬС 7ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3493622/18-21 (22) 03.08.82 (46) 15.04.89. Бюл. N"- 14 (71) Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко и Специальное конструкторско-технологическое бюро

Физико-механического института .им. Г. В. Карпенко (72) В. В. Панасюк, H. В ° Рак и Г, H. Макаров (53) 621.317 ° 75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 324590, кл. G 01 R 27/02, 1970.

Приборы для нераэрушающего контроля материалов и изделий. Под ред.

В. В. Клюева. М., т. 2, 1972, с. 160. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ, содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, усилитель, а также фазовращатель и последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью линеариэации зависимости выходного сигнала от удельной электрической проводыиости, в него введе1

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества иэделий, предназначено для измерения удельной электрической проводимости материалов. методом вихревых токов и может быть применено для технической диагностики, а также для контроля различных технических операций в авиационной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

„.SUÄÄ 1472845 А t ны регулятор соотношения амплитуд и аналоговый суммирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом измерителя разности фаз, второй вход которого соединен с генератором, первый вход аналогового суммирующего усилителя соединен с выходом усипителя, а второй вход — с выходом фазовращателя, вход которого соединен с выходом регулятора соотношения амплитуд, управляющие входы которого соединены с выходами усилителя и фазовращателя, а сигнальный вход соединен с генератором.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что регулятор соотношения амплитуд содержит два амплитудных детектора, интегратор и регулирующий элемент, причем выход усилителя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен с одним входом интегратора, другой вход котороro соединен с выходом фазовращателя и выходом регулирующего элемента, один вход которого соединен с выходом генератора, а другой — с выходом интегратора.

Известно устройство для бесконтактного измерения элек тропроводнос ти, соде ржащее изме рит ель ную накладную катушку, включенную в колебательный контур генератора переменного тока с самовоэбуждением, высокоомный вольтметр и двухсторонний ограничитель.

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерения, - 1472845 вызванная тем, что амплитуда генерируемого сигнала мало зависит от добротности катушки, следовательно, от измеряемой удельной электрической

5 проводимости. Кроме того, устройство характеризуется нелинейной зависимостью выходного сигнала от величины удельной электрической проводимости.

Наиболее близким к предлагаемому 1п является устройство, содержащее последовательно соединенные генератор высокочастотных колебаний, вихретоковый преобразователь и усилитель, а также последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор.

Однако для данного устройства характерна нелинейная зависимость выходного сигнала от удельной электрической проводимо сти. 20

Цель изобретения — линеаризация зависимости выходного сигнала от удельной эчектрической проводимости„

Цель достигается тем, что в устройство для измерения удельной элект= 25 рической проводимости, содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь и усилитель, а также фазовращатель и последовательно соединенные измери- ЗО тель разности фаз и индикатор. введены регулятор соотношения амплитуд и аналоголыл суимируюшии усилитечьр выход ко "îðîãî соединен-с первым вховходом измерителя разности фаз, второй вход которого соединен с генератором, первый вход аналогового суммирующего усилителя соединен с выходом усилителя, а второй вход — с выходом фазовращателя, вход которого соединен 4О с выходом регулятора соотношения амплитуд, управляющие входы которого соединены с выходами усилителя и фазовращателя„ а сигнальный вход соединен с генератором. 45

Кроме того, регулятор соотношения амплитуд содержит два амплитудных детектора, интегратор и регулирующий элемент, причем выход усилителя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора,, вход которого соединен с выходом аазовращателя и выходом регулирующеоэчемента9одиявходкоторогосОе

«инен с выходом генератора, а другой — . выходом интегратора, Такое построение схемы приводит к тому, что изменение фазового угла сигнала на выходе аналогово,го суммирующего усилителя нелинейно зависит от изменения фазового угла сигнала на входе, характер этой нелинейности противоположен характеру изменения фазового угла входного сигнала от удельной электрической проводимости, а величина изменения фазового угла выходного сигнала аналогового суммирующего усилителя превышает величину изменения фазового угла входного сигнала в несколько раз.

На фиг. 1 представлена структурн;й схема предложенного устройства; на фиг. 2 — зависимость фазового углй сигнала датчика от удельной злектри= ческой проводимости; на фиг. 3 — векторная диаграмма, объясняющая принцип работы устройства; на фяг. 4 — завя=симости фазового угла выходного сягкала. сумматора от фазового угла вход- . ного. сигнала.

Устройство содержит генератор 1, соединенный с вихретоковьи преобразо- вателем (датчиком.1 2. Выход датчика соедяпен с входом усилителя З,.выход которого соединен с первьг входом аналогового суммирующего усилителя 4 и первым управляющим входом регулятора 5 соотношения. Выход последнего соединен с входом фазовращателя 6, выход которого соединен с вторым вхо-дом аналогового суммирующего усилителя 4 и вторым управляющим входом регулятора 5 соотношения амплитуд. Выход анало гового суммирующего усилителя 4 соединен с первьм входом измери-. теля 7 разности фаз, второй вход которого соединен с генератором l. Кро; ме того, генератор соединен с сигнальным входом регулятора 5 соотноше" ния амплитуд. Выход измерителя 7 разно сти фаз со единен с индикатором 8.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1) .

Высокочастотное напряжение, вырабатываемое генератором 1, поступает на вихретоковый преобразователь 2.

Выходной сигнал вихретокового преобразователя поступает на вход усилителя 3, с выхода KQvopoFo он поступает на первый вход аналогового суммирующего усилителя 4, а также на первый управляющий вход регулятора 5 соотно шения амплитуд.

На сигнальный вход регулятора со-"

1 отн ош ения амп пят уд по с туп ае т напряжение от генератора. Выходной сиг!

472845 нал регулятор» соо тношения амплитуд поступает на фазонращатель, от кото-. рого сигнал поступает на второй вход ан ало гон ого суммирующего усилителя

4 и второй управляющий вход регулятора соотношения амплитуд. Выходной сигнал сумматора поступает на первь»й. вход измерителя 7 разности фаз, на второй вход которого поступает опор- 10 ный сигнал от генератора. Выходной сигнал измерителя разности фаз поступает на индикатор 8.

Зависимость фазового угла у сигнала. вихретокового преобразователя 15 (разности фаз выходного сигнала вихретокового преобразователя и опорного сигнала, в нашем случае сигнала генератора) от удельной электриче."кой проводимости контролируемого ма- 20 териала G изображена на фнг. 2, из которой видно, что при изменении удельной электрической проводимости в 5 раз фазовый угол изменяется примерно на 6, связь фазового угла с удельной электрической проводимостью нелинейная, с увеличением удельной электрической проводимости приращение фазового угла уменьшается.

Рассмотрим, как изменяется фазо- 30

1 вый угол сигнала на выходе сумматора

»»ь от фазового угла выходного сигнала нихретокового преобразователя g .

Согласно фиг. 3 вектор U >» изображает измерительный сигнал, посту- З5 пающий на вход сумматора 4 (т.е. усиленный усилителем 3 выходной сигнал вихретокового преобразователя) при нижнем значении удельной электрической проводимости контролируемого ма- 40 териала, U „ — то же, при верхнем значении удельной электрической проводимости, вектор U — опорный сигнал от генерато ра, н ек тор U A „— до полнительный сигнал, поступающий на 45 второй вход сумма гора после фазовращателя, векторы U»» и U1»» qq †.ре- . зультирующие сигналы на выходе сумматора соответственно при нижнем и верхнем значениях удельной злек три- 50 ческой проводимости ° Угол является углом, на который сдвинута фаза . сигнала после фазонращателя по сравнению с фазой сигнала генератора.

При изменении фазового угла q на 55 величину Ы фазовый угол Ы изменяется на величину Ьс».

Заметим, что изменение амплитуды сигнала U по каким-либо причинамприводит к пропорциональному изменению амплитуды дополнительного сигнала UAon благодаря регулятору 5 состношения амплитуд. В связи с этим прн изменении амплитудь» сигнала фазоные соотношения между сигналами остаются неизменными и не возникает дополнит ельной ошибки. Функцио нально эта связь выражается зависимостью

Ы»= arcctg „ ° + ctg(p» ), Ь Аоп

1-1„, ° "-- j n q „ где о,=<+P;

Ч, =Ч Р

1 — постоянная величина, задаваемая фазовращателеы.

Из фиг. 4 видно, что зависимо сти

М.» от 1, нЕлинейные, причем хара ктер нелинейности» » = Е(q,, () противоположен характеру нелинейности функции (p = f (á) или y, = f {Q), поскольку угол (р отличается от угла (p на постоянную величину Ь . Подбирая величину с помощью регулятора 5 соотношения и область изменения угла щ при.изменениях угла < с помощью фазонращателя 6 (ибо Ц » = g + Ъ ) .. добавляются линеаризации зависимости eL

= Е(б) н определенном диапазоне измекения параметра G

Из фиг. 4 видно, что нелинейность зависимости сс, от»р, наиболее четко проявляется в области изменения угла (р» от 170 до 180 и > 0,9. При этом среднее изменение угла о » (следовательно, и Ы ) при различных значениях (составляет (64 — 83), т.е. происходит усиление фазы сигнала, чтсявляется преимуществом данного уст ройстна перед аналогичными устройствами, содержащими в целях линеаризации характеристики, например, нелинейный усилитель после измерителя разности фаз, ибо нелинейное усиление фазового угла наряду с линеаризацией выходной характеристики приводит к увеличению точности измерения sa счет уменьшения погрешностей, вносимых в измерителем разности фаэ (временной и температурный дрейфы, погрешности.. вызванные искажением формы сигнала), Изобретение может быть использогзно и н других нихретоконык приборах неразрушающего контроля, например толщиномерах„ с целью линеариэации выходной характеристики.

) 472845

Ôèàå

Составитель Л. Сорокина

Редактор И. Келеиещ Техред А.Кравчук Корректор 8 °

Заказ 1705/45 Тираж 711 Подписное

ВНЯИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101