Цифровой вихретоковой измеритель электропроводности

Цифровой вихретоковой измеритель электропроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ ВИХРБТОКОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащиК генератор образцовой частоты, выхрд которого соединен с первьм.входом элемента И, управляемый ейера .тор. периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихрето .кового датчика, два усилителя-формирователя , входы подключены, к перзаыу и второму выходам датчика , делитель частоты и счетчик импульсов , вход которого соединен с .выходом элемента И, а разрядные выходы соединены с информационными входами арифметического блока, о тлич и с я тем, что, с целью увеличения точности и бцстродействия .измерения, в него дополнительно введены четыре элемента И, . триггер и два счетчика импульсов. при Э.ТОМ -выход генеря1тора импульсов образцовой частоты соединен с пер ,выми вхрдами второго, третьего, четвертого и ПЯТОГО элементов И, выход первого усилителя-формирователя соединен с установочным входом триггера и вторым входом первого .элемента И, выход второго усилителя-фор; мирователя соединен со сб1Уосовым ;входом триггера, управляющим вводом арифметического блока, инверсным ;входом четвертого и третьим входом пятого элементов И, прямой выход триггера соединен с вторым .-входом второго элемента Н/ инверсный выход триггера соединен с вторыми входами третьего, четвертого и.пятого элементов И, млход второго э.ле (Л мента И соединен с вычитс1ющим входом {второго ечетЧика импульсов,выход третьего, элемента И соединен с вхо- . дом делителя частоты, выход которогр соединён с суммирую1цим входом второго счетчика, сигнгшьиый выход второго счетчика соединен с третьими входами .третьего и четвертого и инверсным входом пятого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов и соединены соответственно с4;: суммирующим и вычитакщШ4 входами . со :третьего счетчика импульсов, разас W № рядные выходы которого соединены ;с входами управляемого генератора периодических.сигналов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5)) G 0l R 31/OO

Ъ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

h0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ;(21) 3474051/18-21 (22) 19.07 ° 82 (46) 23.10,83, Бюл. В 39 (72) В.М.Березюк и A.Я.Тетерко (71) Специальное .конструкторскотехнологическое бюро Физико.-механического института им.Г.В.Карпенко (53) 621.317 ° 73(088 ° 8) (56) 1.Авторское свидетельство, СССР, В.436300, кл, G 01 R 31/00 1974.

2. Патент США Р 4095180,кл.324-. 37, 19 78 (прототип) . (54) (57) ЦИФРОВОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ HSNE

РИТЕЛЬ-ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержа,щий генератор образцовой частоты, выхОд которого соединен с первым входом элемента И, управляеьий венера», ,тор.периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихрето.- : .кового датчика, два усилителя-форми» рователя, входы, которых подключены к первому и второму выходам датчи- ка, делитель частоты и счетчик импульсов, вход которого соединен с .выходом элемента И, а разрядные вы-: . ходы соединены с информационными входами арифметического блока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности и -бн стродействия .измерения, в него допол- ., нительно введены четыре элемента И триггер и два счетчика импульсов, „.SU„„1 9 36 A

1 при этом выход генератора импульсов .образцовой частоты соединен с пер,выми входами второго, третьего, четвертого и пятого. элементов И, выход первого усилителя-формирователя. соединен с установочным входом триггера и вторым входом первого,элемента И, выход второго усилителя-формирователя соединен со сбфосовым входом триггера, управляющим входом

:,.арифметического блока, инверсным

:.входом четвертого и третьим входом пятого элементов И, прямой выход триггера соединен с вторым .входом второго элемента И; инверсный выход триггера соединен с вторыми входами третьего, четвертого и.пя- I того элементов И, выход. второго эле мента И соединен с вычитающим входом второго счетчика импульсов, выход третьего элемента И соединен с вхо-, ( дом делителя частоты, выход которого соединен с суммирующим входом втсщого счетчика, сигнальный выход второго счетчика соединен с третьи ми входами .третьего и четвертого и инверсным входом пятого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов И соединены соответственно с . суммирующим и вычитакщйм:входами третьего счетчика импульсов, разрядные выходы которого соединены .с входами управляемого генератора периодических, сигналов.

1049836

Однако йзвестное устройство также обладает недостаточно .высокими точностью измерения и быстродействием.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения.

Поставленная цель достигается. тем, что в цифровой вихретоковый измеритель электропроводности,содержащий генератор образцовой час- . тоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, управляемый генератор периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихретокового датчика, два усй55

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых. токов и может быть использовано для . измерения электропроводности нефер ромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии в машиностроении:, авиационной промыаленности: и других областях техники.

Известно устройство для измерения удельного сопротивления парамагнитных. и магнитных материалов, содержащее генератор синусоидальных колебаний, к которому подключены индикатор и вихретоковый датчик с синхронным ключом на выходе, два усилителя-формирователя, входы которых подключены соответственно к выходу ключа; и второму выходу датчика, а выходы — к входам нуль-органа, цифровой интегратор, вход которого соединен с выходом нуль-органа, а 20 выход — с генератором синусоидальных напряжений (1) .

Недостатком устройства является невысокая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению .g5 является устройство, содержащее генератор образцовой частоты, выход которого соединен с входом элемента И, управляемый-генератор периодических сигналов с вихретоковым 30 датчиком на выходе, два усилителяформирователя, входы которых подключены соответственно и опорному и сигнальному. выходам датчика, фазовый детектор, блок задания разности фаз, усилитель рассогласования, делитель частоты и счетчик импульсов с арифметическим блоком на выходе, причем выходы формирователей подключены к входам фазового детектора, входы усилителя рассогласования йод- 40 ключены соответственно к выходам фазового детектора и блока задания разности фаз, а его выход — к входу генератора периодических сигналов, выход которого соединен с входом де" 45 лителя частоты, второй вход элемента И соединен с выходом делителя частоты, а выход †.с входом счетчика импульсов (2), лителя-формирователя, входы которых подключены соответственно к перному и второму выходам датчика, делитель частоты и счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, а разрядные выходы соединены с.информационными входами арифметического блока, дополнительно введены четыре элемента И, триггер и два счетчика имйульсов,.при этом выход генератора импульсов образцовой частоты соединен с первыми входами второго, третьего,четвертого и пятого элементов И, выход первого усилителя-формирователя соеди- . нен с установочным входом триггера и вторым входом первого элемента И, выход второго усилителя-формирователя соединен со сбросовым входом триггера, управляющим входом арифметического блока,.инверсным входом четвертого и третьим входом пятого элементов И, .прямой выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, инверсный выход триггера соединен с вторыми входами третьего, четвертого и-пятого элементов И, выход второго элемента И соединен с вычитающим входом второго счетчика импульсов, выход третьего элемента И соединен с входом делителя частоты, выход которого. соединен с суммирующим входом второго счетчика, сигнальный выход второго счетчика соединен с третьими входами третьего и четвертого и инверсным входом пятого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов И соединены,соответственно с суммирующим и вычитающим входами третьего счетчика импульсов, разрядные выходы которого соединены с входами управляемого .генератора периодических сигналов.

На фиг.l приведена блок-схема цифрового вихретокового измерителя электропроводности;на фиг.,2-временные диаграммы, поясняющие его работу, Измеритель содержит генератор 1 образцовой частоты, триггер 2, элементы И 3-7, делитель 8 частоты, усилители-формирователи 9-10, вихретоковый датчик 11 арифметический блок 12, счетчики 13-15 импульсов и управляемый генератор 16 периодических сигналов. I

Выход генератора 1 образцовой частоты соединен с первыми входами элементов И 3-7 ° Прямой выход триггера 2 соединен с вторым входом элемента И 4, инверсный выход — с вторыми входами Флементов И,5-7, а установочный и сбросовый,входыс выходами усилителей-формирователей 9 и 10, соответственно. Сигнальный выход счетчика 14 импульсов соединен с третьими входами элементов И 5 и 6 и инверсным входом

1049836 „рщ=й, »44 О oOOoot, tt) эквивалентный диаметр датчика 11; круговая частота генератора

16 периодических сигналову удельная электропроводность контролируемого материалар. магнитная. постоянная; номинальное значение обобценного параметра (обычио

Р»»otttt ° =2"6) ° где R — (д

Фе »»ои : элемента И 7, его вычитающий вход . соединен с выходом элемента И 4, а суммирующий вход — с выходом делителя 8 частоты, вход которого соединен с выходом элемента И 5. Вход датчика ll соединен с выходом генератора 16, выход опорного сигнала— с входом усилителя-формирователя 9, а выход измерительного сигнала— с входом усилителя-формирователя 10, выход которого соединен с управляю-,. щим входом арифметического блока 12, инверсным и третьим. входами элементов И 6 и 7, соответственно.Суммирующий вход счетчика 15 импульсов соединен с выходом элемента И 6,. его вычитающий вход — с выходом

/ элемента И 7, разрядные выходы— с информационными входами генератора 16. Разрядные выходы счетчика 13 соединены с входами арифметического блока 12, его вход — с выходом элемента И 3,: второй вход которого сое дийен с выходом усилителя-формирователя 9.

На фиг. 2 представлены следующие временные диаграммы: 0)- на выходе опорного сиги ала датч ика . 1 1; Ь)— на-выхсмМ измерительного сигнала датчика 11; Ц вЂ” на выходе усилителяформирователя 9; ф- на выходе усилителя-формирователя 10;ф — на прямом выходе. триггера 2;e) -" на выходе эле-. мента И 4;Ж) — на выходе делителя 8у ,$) — на выходе элемента И 7;»») на выходе элемента И б. На временных диаграммах приняты следующие обозначения: .t» — момент появления на выходе усилителя-формирователя

9 логической единицы; tg — момент появления на выходе усилителя-формирователя 10 логической единицы;

t — момент появления на выходе усилителя-формирователя 9 логического нуля; tg — момент появления на выходе усилителя-формирователя 10 логического нуля; tz u t — момент

t It окончания на сигнальном выходе счетчика 14 сформированного интервала Т (появление логического нуля) .

В устройстве используется пере-. менно-частотный способ измерения электропроводности, основанный на выполнении условия

10 15 заносят код N 3, соответствующий например, любому промежуточному зна-. =. чению частоты генератора 16 из заданного дипазона fд,»„ -. Йеах Генератор, 35 16 в процессе измерения вырабатывает сигнал синусоидальной формы частотой» = (Р Э) подаваемый на вход датчика 11 При Установке датчика 11 на контролируемое иэделие íà его втором

20 рыходе появится сигнал, сдвинутый относительно опорного .сигнала на первом выходе на интервал »! (фиг.2а и б). Усилители-формирователи 9 и

10 после усиления соответствующих сигналов преобразуют их положитель-. .ные полупериоды в логические единипЫ, а отрицательные — в логические нули (фиг. 2 в и г)..

Дальнейшую работу, измерителя по определению величины сдвига фаз между опорным и измерительными сиг-.

Для обеспечения выполнения условия (1) в устройстве путем изменения частоты f генератора 16 добиваются совпадения фазы измерительного сигнала на втором выходе датчика 11 по. отношению к опорному сигналу на его первом выходе с заданным значением

1 фазового. сдвига.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

Перед началом измерения в счетчик налами, а также по корректировке частоты генератора 16, с целью достижения равенства указанного сдвига

I фаз заданному значению, -можно условно разбить на два такта. На первом такте (t» -tg фиг. -2) происходит квантование интервала.с импульсами образцовой частоты. fä .На втором такте -формируют интервал пх»,,сравнивают его с длительностью йнтервала на выходе усилителя-формирователя

10 (tg -tg,@èã.2) и в зависимости от величины раэностного интервала »tt увеличивают или уменьшают код счетчика 15 на величину Ь N. Коэффициент деления частоты n делителя 8. устанавливают в зависимости от заданного значения сдвига фаз.

Опорный сигнал, появившийся в момент t» на выходе усилителя-формирователя 9(фиг. 2в) своим передним фронтом устанавливает в единичное состояние триггер 2,и открывает элемент И 3 вследствие чего счет-. чик 13 импульсов начинает подсчитывать в прямом коде число импульсов образцовой частоты fp поступакщих на его вход. Единичный потенциал с прямого выхода триггера 2 открывает элемент И 4 и счетчик 14 начинает подсчитывать в обратном коде число импульсов генератора 1, поступающих на его вычитающий вход в интервале времени tg -t.g (фиг, 2е). Единичный потенциал, появившийся на сигнальном

1049836

30. - .,) a =<,(,-т, . (t) (5

S5, 1 Изменение кода в счетчнке 15 прй« водит к изменению частоты периоди ческих сигналов на выходе управляемо выходе счетчика 14 при N<<0 не по влияет на состояние элементов 5 — 7, так как на их вторые входы поступает запрещающий потенциал с инверсного выхода триггера 2:.

В момент tg появления на выходе усилителя-формирователя 10 измери-! тельного сигнала длитЕльностью Т (фиг. 2г), устанавливающего своим передним фронтом в нулевое состояние триггер 2, разрешающий потенци- 10 ал поступит на инверсный и третий входы элементов И б .и 7 соответственно. Запрещающий потенциал с прямого выхода триггера 2 закроет элемент И 4, зафиксировав тем самым в 15 .счетчике 14 число Ny .Разрешающий

-потенциал с инверсного выхода триггера 2 откроет элемент И 5, вследствие чего на суммирующий вход счетчика 14 через делитель 8 часто-. ты начнут поступать импульсы частотой f /n и разрешит сравнение .с помощью элементов И 6 и 7 интерл вала T с интервалом nx, который начинает формироваться на сигнальном выходе счетчика 14. Счетчик 14 подсчитывает число N s прямом коде. При этом

1 ("р+=-„, и--„т„(.:

При Нр-=07 имеем Т9 =n-8

В момент t окончания сигнала на выходе усилителя-формирователя 9 .в счетчике 13 окажется зафиксированным число 40 4

,.1 - .т,.

Ь

В зависимости.от того, какой из 45 интервалов Т или.Т, окончится.рань-.. ше откроется соответствукщий элемент

И б (фиг. 2и) или 7 (фиг.2з), и на суммирующий или вычитающий вход счетчика 15 поступит ЬИ импульсов часто- Щ . той Й

4 го генератора 16. Описанный процесс будет повторяться до тех пор, пока длительность временного интервала Тна выходе усилителя-формирователя 10 не сравнится с величиной Т .После окончания очередных преобразований арифметический блок 12 с приходом заднего фронта сигнала с выхода формиРователя-усилителя 10 в момент t4 считывает- код,й(с выхода счетчика

13 и приступает к выполнению арифметических операций.. При этом на его индикаторе высвечивается результат предыдущего измерения.

Эначение электропроводности мож- . но определить из условия (1)

2 %

Раом л

")По Э о (л 1 где С = ном (и Ра",э о )

T — - значение периода cèíóñîèäàëüного напряжения на выходе ге-. нератора 16;

N(— зафиксированное в счетчике

13 число. импульсов образцовой частоты..

Численное значение постоянной С в виде десятичного числа с плавающей запятой оператор перед началом измерения заносит в регистр памяти арифметического блока, в качестве. которого может быть применен, на" пример, микрокалькулятор.

Практически численное значение .постоянной С определяют при калибровке измерителя.Для этого вихретоковый датчик устанавливают. на контрольный образец с известной электропроводностью6О. Перед нача-. лом измерения оператор заносит в регистр памяти арифметического блока численное значением, задает режим калибровки. После окончания изме-: рения на индикаторе арифметического блока высветится численное.значение константы С, определяемой арифметическим блоком из соотношения

4о

Ст ° й4

Определенная укаэанным образцом постоянная С будет учитывать не только соотношение из выражения (5) но и условия проведения измерения, I а именно: параметры вихретокового датчика, температуру окружающей среды, ошибку преобразования кода

N 3:.в частоту fq и другие.

104983 б

1049836.

1. 2

Фиа2

Составитель В.Стукан, Редактор O,Þðêîâåöêàÿ. Техред А.Бабинец Корректор А.Зимокосов т Ф

Заказ 8410/42 Тираж 710 Подписное

ВННН0Н Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035g Москвау Ж-35р Раушская наб.; д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4