Устройство для измерения удельной электрической проводимости изделий

 

Изобретение позволяет повысить точность измерения удельной электрической проводимости в условиях изменяющегося зазора между вихретоковым преобразователем (ВТП) 3 и поверхностью контролируемого изделия. На выходе блока 19 деления формируется сигнал ΔV<SB POS="POST">2</SB>/(V<SB POS="POST">2</SB>+V<SB POS="POST">кор</SB>, который поступает на первый вход блока 20 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал ΔV<SB POS="POST">1</SB>/(V<SB POS="POST">1</SB>+V<SB POS="POST">кор</SB>), сформированный на выходе блока 23 деления. Выход блока 20 вычитания подключен к входу интегратора 21, поэтому в установившемся режиме, когда на входе интегратора 21 действует сигнал, равный нулю, соблюдается равенство ΔV<SB POS="POST">2</SB>/(V<SB POS="POST">2</SB>+V<SB POS="POST">кор</SB>)=ΔV<SB POS="POST">1</SB>/(V<SB POS="POST">1</SB>+V<SB POS="POST">кор</SB>). За счет коррекции сигнала V<SB POS="POST">1</SB> путем суммирования его с V<SB POS="POST">кор</SB>. формируется функция преобразования устройства, в которой мешающий параметр - зазор мультипликативно воздействует на параметры функции преобразования устройства. Мультипликативное воздействие мешающего параметра устраняется за счет изменения величины тока генератора 2, возбуждающего ВТП 3. В соответствии с полученной функцией преобразования блок 24 вычитания, блок 25 возведения в квадрат и блок 26 деления обрабатывают сигнал V<SB POS="POST">1</SB>+V<SB POS="POST">кор</SB>, а индикатор 27, подключенный к выходу блока 26 деления, показывает величину удельной электрической проводимости материала контролируемого изделия. 2 ил.

COl03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 С 01 М 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ сигнала

И

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4352163/25-28 (22) 28. 12.87 (чб) 30.06.89. Бюл. Ф 2ч (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.g.Королева (72) А.P.Øèøêèí, В.Н.Буров и В.Т.Кофтелев (53) 620 . 179 . 14 (088 .8) (56) Гончаров Б.В. Теория и практика электромагнитных методов контроля. — H.: Машиностроение, 1975, с.97.

Авторское свидетельство СССР

N 1083103, кл. G 01 N 27/90, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ IIPOBOQHMOCTH ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение позволяет повысить точность измерения удельной электрической проводимости в условиях изменяющегося зазора между вихретоковым преобразователем (ВТП) 3 и поверхностью контролируемого изделия.

На выходе блока 19 деления формируется сигнал Ь U2/(U2+U коp ) к кото рый прступает на первый вход блока

20 вычитания, на второй вход котоИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения удельудельной электрической проводимости электропроводящих объектов.

Цель изобретения — повьппение точности измерения за счет снижения методической погршености путем формирования функции преобразования, обеспечивающей мультипликативное влия2 рого поступает сигнал Ь U,/(U +

+ U„), сформированный на выходе

ыср блока 23 деления ° Выход блока 20 вычитания подключен к входу интегратора 21, поэтому в установившемся режиме, -когда на входе интегратора действует сигнал, равный нулю, соблюдается равенство $U /(U + U )

= U, /(U + U„„) . За счет коррекции сигнала U< путем суммирования его с 1)„„р формируется функция преобразования устройства, в которой мешающий параметр — зазор мультиплнкативно воздействует на параметры функции преобразования устройства.

Мультнпликативное воздействие мешающего параметра устраняется за счет изменения величины тока генератора

2, возбуждающего ВТП 3. В соответствии с полученной функцией преобразования блок 24 вычитания, блок 25 возведения в квадрат и блок 26 деления обрабатывают сигнал 1) +1)„0р, а индикатор 27, подключенный к выходу блока 26 деления, показывает величину удельной электрической гроводимости материала контролируемого изделия. 2 ил . ние зазора между преобразователем и контролируемым изделием на ее параметры, и достижения низкой инструментальной погрешности путем использования вь|сокостабильного тестового

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на

1490635 фиг.2 — графики, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения удельной электрической проводимости элек5 тропроводящих изделий содержит соединенные последовательно модулятор 1, генератор 2, вихретоковый преобразователь 3 состоящий из возбуждающей катушки 4, подключенной к генератору 2, первой измерительной катушки 5 и второй измерительной катушки 6, идентичной измерительной катушке 5, расположенной с ней соосно,в параллельных плоскостях, не 15 совпадающих друг с другом, усилитель

7, подключенный к измерительной катушке 5, амплитудный детектор 8, первый фильтр 9 выделения переменной составляющей, синхронный детектор 10, 20 второй вход которого подключен к выходу модулятора 1, блок 11 сложения и интегратор 12, выход которого подключен к управляющему входу генератора 2, первый фильтр 13 выдсле- 25 ния постоянной составляющей, подключенный к выходу детектора 8, первый блок 14 опорного напряжения, подключенный к второму входу блока 11 сложения. Устройство также содержит 3р соединенные последовательно второй усилитель 15, подключенный к второй измерительной катушке 6,второй амплитудный детектор 16, второй фильтр 17 выделения постоянной составляющей, второй блок 18 сложения, 35 первый блок 19 деления, первый блок

20 вычитания и второй интегратор

21, соединенные последовательно третий блок 22 сложения, вход которого подключен к выходу фильтра 13 и второй блок 23 деления, второй вход которого подключен к выходу фильтра 9, а выход — к второму входу блока 20 вычитания, соединенные последовательно второй блок 24 вычитания, вход которого подключен к выходу блока 22 сложения, блок 25 возведения в квадрат, третий блок 26 деления и иядикатор 27. Устройство содержит также второй блок 28 опорного напряжения, третий блок 29 опорного напряжения и второй фильтр 30 выделения переменной составляющей, включенный между выходом амплитудного детектора

1Ь и вторым входом блока 19 деления, причем блок 28 опорного напряжения подключен к нторс му входу блока 24 вычитания, блок 29 опорного нлпряжения подключен к второму входу блока

26 деления, а выход интегратора 21 подключен к вторым входам блоков 22 и 18 сложения.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобpaэователь 3 устанавливают на контролируемое изделие и запитывают его с помощью генератора 2 током с частотой д . Выходное напряжение преобразователя

U снимаемое с катушки 5, в некоторой области изменения параметра (3 будет равно

U (ар+ а,P) I, где а, а, — коэффициенты преобразования; — величина тока возбуждения 1

R pу >

R — магнитная постоянная; р, — радиус катушки 5;

- удельная электрическая проводимость материала „ контролируемого изделия.

Выходное напряжение U усиливается усилителем 7 и выпрямляется амплитудныии детекторами 8. Среднее значение выпрямленного напряжения на выходе фильтра 13 выделения постоянной составляющей U будет рав( но

Б, = (аю + а, 3 ) I К K g Kqy(1) l где К, К р, К, — коэффициенты передач усилителя, амплитудного детектора и фильтра выделения постоянной составляющей, соответственно.

Модулятор 1, подключенный к управляющему входу генератора 2, заставляет изменяться частоту Ю генератора 2 на величину Ф Ья с частотой Q где Ч вЂ” частота сигнала с модулятора 1, причем Q (а Q . При этом параметр р будет изменяться на величину

39 РГо

Д 3 с -ъ- — ° ДЯ з где дЮ

b(d (я Д е

При изменении ф на величину t bp на выходе фильтра 9 выделения пере1490635 (3) сд

Uon.< q

К,а Kg Каа К

20 о«.» К < а< (б + 1)

Kcg K 1о (4) Если считать, что в процессе из40 мерения G величины U „» К «К,, К, <, (д не изменяются, то влиянйе неконтролируемых мешающих параметров изделия можно представить в виде изменения величин ао и а<. Из

45 анализа выражения (4) видно, что коррекция результата измерения путем изменения величины тока I позволяет а, а, а а, а, -1! отстроиться только от таких мешающих воздействий, которые не изменя50 менной составляющей, который выде <яет сигнал с частотой Q появится сигнал 5U, равный У =а 1 К К К вЂ” - (2) р аЭ 2 2 < где К вЂ” коэффициент передачи филь2 тра выделения переменной составляющей, С помощью канала обратной связи, остоящего из синхронного детектора 10, блока 11 сложения, интегратора 12 и блока 14 опорного напряжения, величина тока I возбуждения изменяется до тех пор, пока напряжение на выходе синхронного детектора

10 не будет равно U „ (2), т.е. где П вЂ” величина сигнала с блока о«,<

14 спорного напряжения;

К вЂ” ко ффициент передачи синхронного детектора 10.

Выразив с учетом (3) из выражения (2) величину тока в установившемся режиме и подставив его в (1), получим

U, =(а +а ) К К К х

2 U«n,» х — — - — — -- — — — — — —— аo ют величину — — а одно иэ самых часа

< то встречающихся мешающих воздействий, заключающееся в изменении зазора между контролируемым изделием и вихретоковым преобразователем а

3 изменяет величину - -.

< а

Сказанное выше можно проиллюстрировать с помощью графиков на фиг.2, на которых изображены в некоторой области Р две зависимости величины сигнала U<(P) для разных эначе2h ний «<. = — — где h — величина эаэоR ра между контролируемым изделием

<и вихретоковым преобразователем 3.

При изменении «, в общем случае меняются а и а<, поэтому прямые 31 и 32 пересекаются. Коррекция изменением тока 1 изменяет масштаб по оси ординат (oU ), т.е. прямые

31 и 32 "вращаются" вокруг точек пересечения с осью абсцисс (oP) . После корректировки результата измерения зависимость величины сигнала

U,(tI) при a<. = aC, отображает прямая 33, а при aL = кр + << И, — прямая 34 . Наклон обеих прямых 33 и

34 будет одинаковый, поэтому одному и тому же значению 15 будут соответствовать разные значения и величины U,, такая неоднозначность вызывает ошибку в определении величины при изменении зазора. Чтобы устранить влияние зазора, необходимо, чтобы точка пересечения прямых 31 и 32 лежала на оси абсцисс (о ). Дл < достижения этого необходимо из величины сигнала U вычесть величину

Известно, что если две пря< мые описываются выражениями U аа +

<<

+ахим =а +ах тоординатв

< е точки пересечения будет иметь величину

Величина U, будет равна нулю, I если а a — а а, = О, т.е. д

< а а

Таким образом, условие а f a

-- = const геометрически означаB << а, ет, что точка пересечения прямых

31 и 32 должна лежать на оси абсцисс (oP) .

Сигнал U<, снимаемый с выхода фильтра 13, складывается с корректирующим сигналом в блоке 22 сложения. Для получения необходимого значения Б „, вихретоковый пр«об1490635 где а, =а, +ba,; а = а + 4 а „.

U «о» оао С»3 а» К Р

2 (ао + daо + aP) K а, ) ц

2 (a, + d а,+ alP) К

1 Ф

О а, 2U on.» К»

Со о разователь 3 снабжен второй измерительной катушкой 6, идентичной измерительной катушке 5, расположенной с ней соосно, но на другом расстоянии от контролируемого изделия.

Расстояние между катушками 5 и 6 не превосходит возможный диапазон изменением зазора h, Сигнал с катушки 6 усиливается усилителем 15 и выпрямляется амплитудным детектором 16, постоянная составляющая усиленного и выпрямленного напряжения Ц выделяется вторым фильтром 17 выделения постоянной составляющей, а переменная составляющая bU выделяется вторым фильтром 30 выделения переменной составляющей, причем коэффициенты передач блоков 15, 16, 17 и 30 соответственно равны коэффициентам передач блоков 7, 8, 13 и 9. При этом

11 = (а, + а,Р) Т К Код К»3

Д0 = as т K,К K> $> PЛ, где а, а, — коэффициенты преобразования при изменившемся зазоре.

Для нахождения необходимой величины U можно воспользоваться

Ю» тем положением, что — — — — ——

+ "КоР бала

= — — — — — в том случае, если

+ U «op ! а ао

Так как при суммировании а, a, U» и Uä с U „величина Щ не изменяется, то йе изменяется и величина тока возбуждения. Отсюда суммирование U u U c U «ор эквивалентно изменению а на величину

Таким образом, соблюдение равен5

dUs ЬУ2 ства — — — — -- = — — -- — -- означа+ U«op Uz + U«op

1 ет, что - -от ° а а

10 а! а>

Сигналы U и У, поступающие с фильтров 13 и 17, суммируются с U соответственно в блоках 22 и 18 сложения. Сигнал U снимается с

15 выхода второго интегратора 21 и поступает на вторые входы блоков 22 и 18 сложения. На первый вход перво го блока 19 деления поступает сигнал U< + U o, на второй вход по20 ступает сигнал bU с выхода фильт2 ра 30. Аналогично на первый и второй вход второго блока 23 деления поступают сигналы U + U к и dU» кор

dUs

25 соответственно. Сигналы — -- — ——

+ о хо

bU

P и — с выходов блоков 19 а и 23 поступают соответственно на

30 первый и второй входы первого блока 20 вычитания. Сигнал — — — — —bUs уф + (1«ор

hUg с выхода блока 20 посту35 П2 scop пает на вход интегратора 21 ° Сигнал U«op на выходе интегратора 21 будет изменяться до тех пор, пока в установившемся режиме на входе

40 интегратора 21 не будет действовать сигнал, равный нулю, т.е. в установившемся режиме будет соблюдаться

dUs bUt равенство — — --- ——

45 U» + 0кор U + Us»op

С учетом того, что суммирование

U, с У „ эквивалентно изменению ве личины а о на а,,,перепишем выражение (4) в виде

U +U =М (— -+ 1) ао

» scop а р

) Отсюда с учетом того, что Р

R»y уо, получим

1 <90635 (5) m< с, ) (1-1 < + U«op а М 1 где A о а< К р,и

l — 1 (-1 б (с, mñ с» п < + Ы +<с<) т

+ o< . с, + (o» + ho< . ) с

На первый вход блока 24 вычитания поступает сигнал U< + U «ор, а на второй вход блока 24 поступает сигнал Uoo< = М с второго блока ?8 опорного напряжения. С выхода блока

24 сигнал (U < + U „o> — М) поступает на вход блока 25 воэьедения в квадрат, с его выхода сигнал (U < + U«o1<

11. — М) поступает на первый вход тре15 тьего блока 26 деления, на второй вход которого поступает сигнал с третьего блока 29 опорного напряжения

U = А. С выхода блока 26 сигнал

10 у р делик.

d or

Величина в данном устройстве а, не изменяется при изменении величины обобщенного зазора оС в заданном небольшом диапазоне его изменения.

Действительно, при небольших изменениях влияние последнего на коэффи0 циенты ао и а< можно представить в виде а, с + м с,,а = m, +at m<,где с, с,, mo, ш, — коэффициенты пропорциональности. Напряжения U и U " с измерительных катушек 5 и 6 при этом будут соответственно равны:

40

I (co + c<)/3+ (m +Ф m<,);

U - (c, + (+ дМ,) c,) Р +

+ (m + (oC +hoL, m,), 50

dH 2 где До4 = — —

g Н вЂ” расстояние между иэмери- 55 тельными катушками 5 и 6.

Найдем абсциссу и ординату точки пересечения двух зависимостей:

А 20 поступает на ин«ор дикатор 27, который будет показывать искомую величину

Зная величины U „, К, К

К, f<, можно получить расчетным путем значение величины коэффициента

М. Расчетное значение величины коэффициента А можно уточнить калибровкой ст ойства на эталонном из

М ш< со + о» (cL + ь jm с + (о«-<ы) с

2 — 1(с + о» с, с + (o< + До») с

Ь k(m с< — с1Lm<) m о

До» с< со

1 ш < ° с<

Таким образом, координаты точки перес.ечения двух зависимостей не зависят от величин о и Д о<,(если До<, Ф

1 О), поэтомУ величина U«оо не изменяется при изменении G и, следоB o ательно, величина —. и результат а

ДСд костабильного тестового сигнала

Q У точность задания которого может быть на уровне сотых долей процента.

Формула и з о б р е т ения

Устройство для измерения удельной электрической проводимости изделий, содержащее последовательно соединенные модулятор, генератор, вихретовый преобразователь, первые усилитель, амплитудный детектор и фильтр выделения переменной составляющей, синхронный детектор, второй вход которого подключен к выходу модулятора, первые блок сложения и интегратор, выход которого подключен к управляющему входу генератора, первый фильтр выделения постоянной составляющей, подключенный к выходу изменения б не зависят от изменения сС в заданном диапазоне его применения.

Предлага емое ус тройство позволяет повысить точность измерения удельной электрической проводимости иэделий в достаточно широком диапазоне ее изменения в условиях изменения зазора между иэделием и преобразователем эа счет формирования специальным корректирующим слгналом функции преобразования устройства заданного вида и использования высо1490635

12 амплитудного детектора, первый блок опорного напряжения, подключенный к второму входу первого блока сложеВ ния,и индикатор о т л и ч а ю щ е5 е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено соединенными последовательно вторыми усилителем, амплитудным детектором. фильтром выделения постоянной составляющей и блоком сложения, первыми блоком деления и блоком вычитания и вторым интегратором, соединенными последовательно третьим блоком сложения, вход которого подключен к 15 выходу первого фильтра выделения постоянной составляющей, и вторым блоком деления, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра выделения переменной составляющей, 2О а выход — к второму входу первого блока вычитания, соединенными последовательно вторым блоком вычитания, вход которого подключен к выходу третьего блока сложения, блоком возведения в квадрат и третьим блоком депения, выход которого подключен к индикатору, вторым фильтром выделения переменной составляющей, вкпюченным между выходом второго амплитудного детектора и вторым входом первого блока деления, вторым блоком опорного напряжения, подключенным к второму входу второго блока вычитания, и третьим блоком опорного напряжения, подключенным к второму входу третьего блока деления, выход второго интегратора подключен к вторым входам второго и третьего блоков сложения, вихретоковый преобразователь выполнен в виде соосно расположенных двух идентичных измерительных катушек, лежащих в параллельных плоскостях, и катушки возбуждения, лежащей в плоскости одной иэ измерительных катушек и соосной с ней, катушка возбуждения подключена к вы ходу генератора, а измерительные катушки подключены соответственно к входам первого и второго усилителей.

Составитель В. Крапивин

Редактор М.Андрушенко Техред M. Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 3750/53 Тирам 789 П одпис н ое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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