Устройство для определения измерений электропроводности

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и> 7521 77 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5ЦМ. Кл. (22) Заявлено 0106.78 (21) 2616728/18-21 с присоединением заявни № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.80.Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 30.07.80

G 01 R 17/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .733(088.8) (72) Авторы изобретения

О. Е. Вилитис, А. К. Гайлис и У. B. Янсбн

Физико-энергетический институт Академии Наук

Латвийской CCP и Латвийский государственный университет им. П. Ст чки (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках для бесконтактного определения измерений электропроводности, например, при регистрации фазовых переходов в твердых телах и в исследованиях сверхпроводимости, в том числе высокотемпературной, при неразрушающем контроле и испытании деталей и материалов, а также в области дефектоскопии и в геолого-поисковых работах.

Для измерения составляющих.комплексных сопротивлений используются мостовые устройства переменного тока.

Достоинствами таких измерительных устройств являются высокая чувствительность и точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому 2Q является устройство, которое содержит мост переменного тока, источник питания моста, модулятор, избирательный усилитель,образуемый усилителем высокой частоты и избирательной 25 линейной цепью, а также детектор, усилитель низкой частоты, два реверсивных двигателя и фазовращатель.

Выход моста подключен к входу избирательного усилителя, состоящего из 3О усилителя высокой частоты и линейной избирательной цепи, выход которого соединен с входом детектора. Выход детектора через усилитель низкой частоты подключен к обмоткам управления реверсивных двигателей. Переменное напряжение модуляции подключено к входу питания одного из реверсивных двигателей, к входу модулятора и к входу фаэовращателя, выход которого подключен к питающему входу второго реверсивного двигателя )1) .

Однако это устройство имеет ряд серьезных недостатков. Так, при определении изменений электропроводности в измерительном плече моста, малейшие изменения .температуры или геометрии измерительной индуктивности и кабеля ее подсоединения к мосту вызывают появление некоторого параэитного сигнала. Этот сигнал может быть сравним с полезным сигналом, возникающим благодаря вносимому исследуемым объектом изменению сопротивления измерительной индуктивности. Этот недостаток значительно снижает стабильность работы и разрешающую способность устройства.

Так, например, при определении не752177 больших изменений электропроводности при температуре жидкого азота и ни we, влияние изменений реактивных составляющих элементов плечей моста, обусловленных паразитными изменениями импедансов датчиков и исследуемого объекта в зависимости от температуры и геометрии может полностью замаскировать измеряемые изменения электропроводности исследуемого объекта.

Кроме того, использование в качестве индикатора амплитуды и фазы реверсивных двигателей значительно снижает быстродействие устройства, так как электромеханические системы индикации являются относительно медленно действующими.

Цель изобретения — повышение стабильности, разрешающей способности и быстродействия устройства.

Поставленная цель Достигается тем, что в устройство для определения изменений электропроводности, содержащее мост переменного тока, плечи которого выполнены в виде комплексных сопротивлений, включенных 25 симметрично относительно источника питания моста, детектор, подключенный через избирательный усилитель к выходу моста, модулятор, подсоединенный к одному из плеч моста, а 30 также индикатор амплитуды и фазы, введены элемент выборки-хранения, определитель минимумов огибающей переменного напряжения и компаратор. уровня нуля, причем выход детектора подключен к аналоговому входу элемента выборки-хранения и к входу определителя минимумов, выход последнего соединен с управляющим входом элемента выборки- хранения, и с одним из входов упомянутого индикатора, к двум другим входам которого подключены, соответственно, выход элемента выборки-хранения и выход компаратора, соединенного своим входом с модулятором. 45

На чертеже представлена блок — схема предлагаемого устройства..

К выходу моста 1 через избирательный усилитель 2 подключен детектор 3, выход которого подключен к аналого- 5р вому входу элемента 4 выборки- хранения и к входу определителя 5 минимумов огибающей переменного напряжения.

Выход последнего соединен с управляющим входом элемента 4 выборки-хранения, и с одним из входов индикатора б амплитуды и фазы, к двум другим входам которого подключены соот— ветственно, выход элемента 4 выборкихранения и выход компаратора 7, соединенного своим входом с модулятором

8. При этом, последний подключен также к одному из плечей моста. Плечи моста переменного тока этого устройства выполнены в виде комплексных сопротивлений 9,10,11,12, попарно образующих 65 два последовательных резонансных контура, включенных симметрично относительно подсоединенного источника питания моста 1. Индуктивность с ного из этих контуров является измерительной.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение V синусоидальной формы с частотой f, поступающее на мост от источника питания, вызывает на комплексных сопротивлениях 9 и 12 моста соответствующие напряжения Vt и Ч4. Комплексные сопротивления 9 (Z<), 10 (Zz). 11 (Z )

12 (24), образующие два контуРа Резонанса тока, предварительно настраиваются так, что их резонансные частоты равны или близки к частоте f напряжения V, причем соотношения составляющих комплексных сопротивлений симметрично расположенных плечей моста практически идентичны.

Если один из реактивных параметров плеча, например, плеча 11 образованного комплексным сопротивлением, моста, модулируется модулятором 8 с частотой f < Г, то на выходе моста появляется переменное напряжение, модулированное по амплитуде.

В моментах времени t, когда в процессе модуляции 7 Z2 = 3 Z>(to), выполняются условия равновесия моста. В этих моментах времени огибающая переменного напряжения на выходе моста принимает свое минимальное значение. Переменное модулированное напряжение с выхода моста через избирательный усилитель 2 подается на амплитудный детектор

3. Продетектированное напряжение вместе с его постоянно составляющей поступает на вход определителя 5 минимумов огибающей переменного напряжения и на вход элемента 4. B моменты фиксации минимального значения продетектированного переменного напряжения на управляющий вход элемента 4 поступает сигнал управления с выхода определителя 5.

Минимальные значения продетектированного напряжения с выхода элемента выборки-хранения подаются на индикатор б, где происходит их измерение. Индикатор б представляет собой малоинерционный, например электронный, измеритель напряжения и фазы.

Определение изменения электропроводности исследуемого объекта происходит следующим образом.

Измерительный объект помещается вблизи выносной измерительной катушки индуктивности, представляющей собой измерительное плечо моста.

Эта измерительная катушка включается в мост через кабель подсоединения.

Изменение электропроводности исследуемого объекта вызывает измене752177 ние активной составляющей комплексного сопротивления измерительного .плеча моста. Возникающий при этом разбаланс моста увеличивает минимальное значение продетектированного переменного напряжения, которое измеряется индикатором б. Таким образом, индикатором б оценивается измерение электропроводности исследуемого объекта.

В практических условиях в большинстве случаев при определении изменения электропроводности измеряемого объекта одновременно с этим изменением происходит изменение реактивной составляющей плеч моста, что обуславливается рядом причин. Так, кроме вносимой исследуемым объектом активной составляющей комплексного сопротивления в цепи катушки измерительного плеча, в эту цепь может вноситься также .реактивная составляющая. Вследствие температурных и механических воздействий могут изменяться также емкость кабеля подключения измерительной катушки к мосту и другие реактивные параметры включенных в плечи моста элементов.

Предлагаемое устройство исключает влияние этих паразитных изменений параметров моста на его стабильность и разрешающую способность. Это осуществляется благодаря тому, что при модуляции в определенных пределах одного из реактивных параметров моста в некоторых моментах выполняется условие

ЭтХ, 3-К -3-2э(с iS Z, .

Глубина модуляции реактивного параметра одного из плеч моста выбирается в зависимости от пределов паразитных изменений реактивных параметров моста. В зависимости от величины паразитного изменения реактивных составляющих отдельных плеч моста, фаза момента времени to, при котором выполняется уравнение, изменяется по отношению к фазе модуляции. Следовательно, относительно модуляционного сигнала изменяется также фаза минимума продетектированного напряжения, получаемого с выхода амплитудного детектора 3. Эта фаза определяется индикатором б, на входы котороro поступает сигнал с выхода определителя 5 и через компаратор 7 нулевого уровня — сигнал с модулятора 8.

Измерение этой фазы предусмотрено для удобной предварительной балансировки моста, а также для контроля характера и степени изменения реактивных параметров плеч моста в ходе определения изменения электропроводности исследуемого объекта.

В предлагаемом устройстве отсутствуют инерционные индикаторы амплитуды и фазы электромеханического типа, фазовращатель и др., что кроме упрощения устройства, повышает его быстродействие и надежность работы.

Формула изобретения

Устройство для определения иэме20 нений электропроводности, содержащее мост переменного тока, плечи которого выполнены в виде комплексных сопротивлений, включенных симметрично относительно источника питания моста, 25 детектор, подключенный через избирательный усилитель к выходу моста, модулятор, подсоединенный к одному из плеч моста, а также индикатор амплитуды и фазы, о т л и ч а ю30 щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности, разрешающей способности и быстродействия, в него введены элемент выборки-хранения, определитель минимумов огибающей переменного напряжения и компаратор уровня нуля, причем выход детектора подключен к аналоговому входу элемента выборкихранения и к входу определителя минимумов, выход последнего соединен с

40 управляющим входом элемента выборкихранения и с одним из входов упомянутого индикатора, к двум другим входам которого подключены, соответственно, выход элемента выборки-хра45 нения и выход компаратора соеди ненного своим входом с модулятором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гриневич Ф.Б. О построении модуляционных автоматических мостов переменного тока с амплитудно-фазовым детектированием. — "Измерительная техника", 1962, M "" c. 41-44.

752177

Составитель И. Бахтина

Техред И.Асталош Корректор М. лароши

4Редактор С. Тимохина

Заказ 4735/2 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и огкрытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4