Устройство для измерения величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величины удельной электрической проводимости материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях значительных изменений мешающего параметра контролируемого изделия за счет коррекции величин коэффициентов преобразования в зависимости от величины мешающего параметра контролируемого изделия. Устройство содержит генераторы 1, 2, 3 переменного тока, коммутаторы 4, 5, вихретоковый преобразователь 6 с двумя катушками 7 и 8, усилитель 9, амплитудный детектор 10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12, 13, 14 памяти, вычитающие блоки 15, 16, 17, 18, масштабный преобразователь 19, блок 20 деления, масштабный преобразователь 21, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, первый индикатор 23, блок 24 управления, компаратор 25, второй индикатор 26, источники 27 и 28 опорного напряжения, регулируемый масштабный преобразователь 29, третий коммутатор 30, блок 31 сложения. Рационально использовать данное устройство при контроле изделий, когда определен наиболее сильнодействующий мешающий параметр независимо от его вида. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) ((!) (01 N 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

; ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР

1 ,,(21) 4323312/24-21 (22) 02.11.88 (46) 07.08.90..Бюп. 1(29 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) А.P. Шишкин, B.kI. Буров и В.Т. Кофтелев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1374120, кл. G 01 N 27/90, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величины удельной электрической проводимости материалов и изделий. Цель изобретения — повышение точности измерения в условиях значительных изменений мешающего параметра контролируемого изделия за счет коррекции величин коэффиг

2 циентов преобразования в зависимости от величины мешающего параметра контролируемого изделия. Устройство содер- жит генераторы 1,2,3 уеременного тока, коммутаторы 4,5, вихре."оковый преобразователь 6 с двумя катушками 7 и

8, усилитель 9, амплитудный детектор .

10, генератор 11 тактовых импульсов, блоки 12, 13, 14 памяти, вычитающМе блоки 15, 16, 17, 18, масштабный преобразователь 19, блок 20 деления, масштабный преобразователь 21, экспоненциальный функциональный преобразователь 22, первый индикатор 23, блок

24 управления, комларатор 25, второй индикатор 26, источники 27 и 28 опорного напряжения, регулируемый масш- 3 табный преобразователь 29, третий коммутатор 30, блок 31 сложения. Рацио" нально использовать данное устройство при контроле изделий, когда определен

l наиболее сильнодействующий мешающий параметр независимо от его вида.

1 ил.

1583828

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величины удельной электрической проводимости материалов и изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения в условиях значительных изменений мешающего параметра контролируемо-о изделия за 10 счет KopppKDHH вел чин коэффициентов преобразования в зависимости от величины мешающего параметра контролируе-, мого изделия. яа черт e представлена структурная5 схема устройства.

Устройство содержит генераторы

1 — 3 переменного тока, подключенные к коммутатору 4, второй коммутатор 5, последовательно соединенные вихретоковый преобразователь 6 (с возбуждающей 7 и измерительной 8 катушками), усилитель 9 и амплитудный детектор 10, выход которого подключен к коммутатору 5. Устройство содержит также гене- 2

pàòoð 11, тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим вхоцам коммутаторов 4 и 5, три блока 12 — 14 ,памяти, которые подключены к коммутатору 5 четыре блока 15 — 18 вычита30 нкя, первьа масштабный преобразователь 19., последо::,ательно соединенные ! . — - Р блок 20 деления первый вход которого. подключен к выходу первого блока 16вычитания, второй масштабный преобразователь 21, экспоненциалъный функциt ональ--п|й преобразователь 22 и первый индикатор 23, выход третьего блока 18 вычитания соединен с входом блока 24 управления и с входом компаратора 25, к выходу которого подключен второй индикатор 26 (световой). Устройство содержит также регулируемый источник 27 опорного напряжения, последовательно соединенные второй регулируемый источник. 28 опорного напряжения, четвертый блок 15 вычитания, регулируемый масштабный преобразователь 29, третий коммутатор 30"и блок 31 сложения, выход которого подключен к второму входу блока 16 вычитания, выход второго блока 17 вычитания подключен к второму входу блока 20 деления и к второму входу блока 15 вычитания, а выход источника 27 опорного напряжения подключен к второму .входу блока 31 сложения, Выход блока 24 управления подключен к .управляющим входам генераторов 1 — 3, выход первого блока 12 памяти соединен с первым входом блока 16 вычитания и через масштабный преобразователь

19 с первым входом блока 18 вычитания, выход второго блока 13 памяти подключен к второму входу блока 18 вычитания и к первому входу второго блока

17 вычитания, выход третьего блока 14 памяти подключен к второму входу блока 17 вычитания и к третьему входу блока 18 вычитания, а выход коммутатора 4 подключен к возбуждающей катушке 7, Устройство работает следующим образом.

С помощью коммутатора 4 к возбужда ющей катушке 7 вихретокового преобразователя 6 подключаются поочередно генераторы 1 — 3 переменного тока, а с помощью коммутатора 5 синхронно с работой коммутатора 4 выход амплитуд ного детектора 10 подключается к блокам 12 — 14 памяти. Генераторы 1 — 3 работают с частотой М,, Ш,= ы,п и

|,| =u)/и соответственно, где п )1. Выходное напряжение измерительной катуш.ки 8 усиливается усилителем 9 и выпрямляется амплитудным детектором 10.

Таким образом, в первом такте в блоке 12 памяти запоминается величина усиленного напряжения катушки 8-П полученная при частоте возбуядающего тока М, во втором такте в блоке

13 памяти запоминается величина U, полученная при частоте возбуждающего тока о|,, а в третьем такте в блоке

14 памяти запоминается величина U>, полученная при частоте возбуждающего тока <и . Работой коммутаторов 4 и 5 управляет генератор 11 тактовых импульсов.

Процесс измерения состоит из двух этапов: калибровкй и собственно измерения.В процессе калибровки вихретоковый преобразователь 6 устанавливают на эталонный образец изделия с известной величиной удельной электрической проводимости — . Блок 24 управлеЗт ния будет одновременно изменять частоты генераторов 1 — 3 до тех пор, пока на выходе блока 18 не установится нулевое напряжение. Коэффициент преобразования масштабного преобразователя 19 выбирается равным двум, поэтому в установившемся режиме будет соблюдаться равенство,2U -U -U =О. Это бэна- ., | 2 3 чает, что зависимость величины напряжения на выходе амплитудного детекта=. .ра от величины параметра p=RFp (u, .

828 где M =-1nR р,ш,.

Из анализа выражений видно, что (4) и (3) (5) Б2 UË

U = а — M оп о 21п п

30 зуют для измерения относительной величины удельной электрической проводимости контролируемого материала, Однако .под воздействием мешающих параметров контролируемого изделия величины коэффициентов а „ и а> могут существенно измениться. В данном устрой40 стве величины коэффициентов а „ и а

От найденные в процессе калибровки, корректируются в зависимости от величины

5 1583 где R — радиус большой катушки, м;

p,=4f 10, Гн/м — магнитная постоянная, 6 — удельная электрическая проводимость, См/м, с, — круговая часто- та возбуждающего тока, Гц, описывается выражением

U=à ++àlnp, (1) где а, а, — коэффициенты.

В момент появления нулевого напряжения на выходе блока 18 сработают компаратор 25 и индикатор 26 индикации (например, загорится лампочка).

Это означает, что устройство работает в установившемся режиме и в дальнейшем частоты ш,, ц и ы не будут меняться, при этом в блоках

12 — 14 памяти будут соответственно храниться .величины U» U< и U >

U а,++a, ln р„;

Uã = ао+a,ln (p„fn); (2)

U> = а, +а, ln (P /1/й), а с выхода блока 17 вычитания на второй вход блока 20 деления будет поступать- величина Un-V =а,lп п.После загорания индикатора 26 оператор размыкает коммутатор 30 (если он был замкнут) и калибрует устройство, изменяя величину напряжения регулируемого источника 27 опорного напряжения U « по тех пор, пока индикатор 23 не будет показывать величину, равную з. (эталонная). При этом на первый вход блока 20 деления будет поступать сигнал Б„-vnq>, а с выхода масштабного преобразователя 21, коэффициент преобразования которого равен 21п и, на; вход экспоненциального функционального преобразователя 22 будет поступать сигнал — — — — 1- ° 21п и. Тдк как индит1-Ц on (V-U) катор 23 показывает величину b то имеем равенство (3) 10

После таких операций оператор замыкает коммутатор 30 и изменяет величину выходного напряжения второго регулируемого источника 28 опорного напряжения до тех пор, пока индикатор

23 не будет показывать величину 6 „.

Так как величины U... U и U з не изменились, То показание индикатора

23 6 = 6,. ббууддеет т в в ттоом м ссллууччааее, если с выхода блока 31 сложения будет попрежнему поступать на вход блока 16 вычитания сигнал, равный U on, (выражение 3). Для этого с выхода коммутатора 30 должен поступать на вход блока 31 сложения сигнал, равный нулю, т.е. на оба входа блока 15 вычитания должны поступать одинаковые сиг н ы, поэто у U,„,= U;БЗ =a(in n. В дальнейшем величины U д и U д, не изменяют и источники 27 и 28 служат как бы блоками памяти значений опорных напряжений.

В известном устройстве величину ко. эффициента а,, определенную с помощью величины Uz-v>, в дальнейшем испольизменения мешающего параметра контролируемого иэделия. Для этого оператор, не убирая вихретоковь|й:преобразователь 6 с эталонного образца, изменя)Щф ет величину мешающего параметра в:

Р ешая систему уравнений (2), полуt.,-", 1

Р Т» Е

С учетом этого и выражения для р имеем гu,-,.

2 Dnn

Дрт < 7 н

Q — — — — = е .р = е е

9т R y,, О -(и,- etu -о )!26пп Ц ) (У " У ) (4) 50

55 ля 6.

После изменения величины мешающего параметра оператор изменяет коэф- фициент передачи регулируемого масштабного преобразователя 29 до тех пор, пока индикатор 23 не будет покадиапазоне его возможного изменения в процессе контроля. Например, если бчдут контролироваться изделия со сфе» рической поверхностью, то основным мешающим параметром может быть угол наклона накладного преобразовате1583828 зывать величину, равную 6 . При этом в блоках 12 -- 14 памяти будут соо-.ветстветт храниться величины U<, 5 5

21п п то с уч" (3) 2Î,т(I (-,, и ! (9) U. =a,+ а, 1п(3 (13) =а,"+ а", 1п (р„(п), Р H Р о (t4 > (a„

Ц (10) а +.ба. == a + С dP

О.- ( ст (1 1) (12) изделия, В процессе измерения на первый вход блока 15 вычитания поступает сигнал U -U3, а на его второй вход (с сигнал U -lI . С выхода блока 15 сигнал (U) -Пд)-(U U ) =a „"1п п-a 1n n=

=Ла „. 1п и поступает на вход масштабного преобразователя 29 с коэффициентом преобразования S. С выхода бло5G И ка 2(сигнал d à (K- — -) поступает

1 2 через коммутатор 30 на первый вход блока 31 сложения, на второй вход которого поступает сигнал U, = а—

-М вЂ” -"--21п и

При этом на выходе блока 31 сложения будет сформирован сигнал, равный (П -U )- U.-U.) 3 ((U,, =-а,, + а„1.пД,;

U =a +а 1п ((и)," ат

U =.а +а Тп ((.,, /1п) .

Так как на в ооой вход блока 20 дел: -:-царя поступает величина U >-Ц . „ у д е 1 -- н((тп(;я,(:в! с и а выходе блока ! .! о .-.(-(к! ст(и ., „„ (!-(:! ". !-!п сея вь(ра жение (6 )

;,. ((— (! ! ((!, — .. ll (Ь ===- - - : (8) (fT налива в1((()а7,еяии (() H (8) Если считать, что коэффициенты г.ередачи отдельных блоков.„входящих в устройство. не -!зменяют в процессе

Т! Г тр 071 я (Q !1пи (((з! (анании мб. .Шаю((!е1 о и (3di(етра ня вели(чин > дР,, козффици

:! ç(i((:(!(гвму ся на величины "a (=- С ((- . и,:(а,=с-С:ЙР,. поэтоа +да = "- +

I 1 " « (:- Я- Р

С( да = да,, --- = йа . К, а

1 (1 ! где С, „",, К= -„- -- коэффициенты пропорциональности.

Ь .(ак ксяк (!c. первый и второй входы блока 1 5 вычитания поступаю(велич рты

U,= И,:. и U.- - П, =ooòâåònòíaííà, а на второй вход блока 31 сложения поступает ве;п:чина U „„, то имеем где S — установленное значение коэффициента передачи регулируемого масштабного пр ео бразователя 29.

С учетом (5) и (9) имеем

U- -- .4>(а((— а, (О;:Г):70, и,) (U -Б )-(П -U3) Полученное выражение с учетом (10)(12) можно записать в виде а0 И а„ 1n и-а„1п п 21п п

1 ла, M 1 М о

1п п йа„2 1п и 2

Таким образом, коэффициент передачи S масштабного преобразователя 29 зависит от величины коэффициента К. В дальнейшем величину S не изменяют.

В процессе этапа измерения вихретоковый преобразователь 6 устанавливают на контролируемое изделие. В общем случае величина мешающего параметра P изменится на величину ДР Ф

y d P, а величины а, и а, соответственно на а, и da, при этом в блоках i 2 — 14 памяти будут соответственно храниться вели ины U „. Us и U . где a" = а, +ma, = a„+ С д Р; (14) а" = а, +1а, = a,+ д а „К, (15) & — удельная электрическая проводиИ мость материала контролируемого

1583828 1О

; учетом (14) и (15) и равенства V. - U>= а„1п n.. 5 (16)

-+ — -=&

ff (И

M U2 05

U =da (К- — — )+а -M -- —--У 2 21n и

U =а — — -(aa +a )=. а — — а у П

% 0 2 1 1 0 2 1

Сигнал U --U> поступает на первый вход блока 20 деления, на второй вход

1 которого поступает сигнал Ц -U>=a in и..

Выходной сигнал блока 20 деления через второй масштабный преобразователь 21 поступает на вход экспоненциального функционального преобразователя 22, с выхода которого на индикатор 23 постуС учетом первого уравнения системы (13) и выражения (16) сигнал U будет равен м

U=e

Таким образом, индикатор 23 будет показывать искомую величину удельной электрической проводимости материала контролируемого изделия.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения удельной электрической проводимости материала, поскольку на результат измерения не влияет изменение мешающего параметра контролируемого изделия в процессе измерения.

Особенно рационально использовать предлагаемое устройство при контроле изделий, когда определен наиболее сильнодействующий мешающий параметр независимо от его вида. формула изобретения

Устройство для измерения величины удельной электрической проводимости электропроводящих изделий, содержащее последовательно соединенные коммутатор, накладной вихретоковый.преобразователь, состоящий из возбуждающей

0 и измерительной кат:шек, усилитель, амплитудный детектор и второй коммутатор, три блока памяти, подключенные к выходам второго коммутатора, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов, три блока вычитания, первый масштабный преобразователь, последовательно соединенные блок деления, второй масштабный преобразователь, экспоненциальный функциональный преобразователь и первый индикатор, а также компаратор, второй индикатор, блок управления и три генератора, 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 с вторым входох. третьего блока вычитания, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго блока вычитания и с третьим вхо-. дом третьего блока вычитания, выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, выход третьего блока вычитания соединен с входом блока управления ивходом компаратора, выход которого соединен с вторым индикатором, а выход блока управления— с управляющими входами трех генераторов, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два регулируемых источника опорного напряжения, по следовательно соединенные четвертый блок вычитания, регулируемый масштабный преобразователь, третий коммутатор и блок сложения, выход которого подключен к второму входу первого блока вычитания, .причем первый регулируемый источник опорного напряжения подключен к второму входу блока сложения, второй регулируемый источник опорного напряжения — к первому входу четвертого блока вычитания, а второй вход четвертого блока вычитания— к выходу второго блока вычитания.