Устройство для измерения удельной электропроводности

Устройство для измерения удельной электропроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащее фазойэмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резистор, компенсирующий трансформатор, первинная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика .к общей шине, отлнчающеес я Тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором , формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения , первым и вторым блоками сравнения , первым и вторым блоками вычитания , первым и вторым преобразователями , первом и вторым элементами совпадения, реверсивнЕЛ«1 счетчиком и цифроаналоговым преобразователем , при этом первичная обмотка . компенсирующегго трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последовательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого через последовательно включенные фильтр и второй усилитель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подклю чено через первый усилитель к первому входу фазоизмерителя, а конец вторичной обмотки трансЛорматора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резистор подключена к входу первого пре (Л образователя, к второму входу фазоизмерителя и к концу возбуждающей обмотки вихретокового датчика, выход первого преобразователя подсоединен к первому входу первого блока сравнения , второй вход которого подклю-. чен к выходу первого источника опорного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемого делителя, первый вход которого псУд sj ключен через формирователь к первым о J входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоизмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, втоOiib рой вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к Ьыходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания , выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к выходу третьего источника опорного напряжения, пер

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) С 01 Я 27/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3482838/18-21 (22) 11.08.82 (46) 30.01.84. Бюл. )) 4 (72) В.И.Гордиенко, A.ß.Òåòåðêî и В.Г.Рыбачук (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко и Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г.В.Карпенко (53) 620.179.14(088.8)

:(56) Дорофеев A.Ë. Индукционная структуроскопия. М., Энергия, 1973, с.49-50.

2. Авторское свидетельство СССР

9 359617, кл. G 01 R 27/00, 1971 (прототип). ° (54) (57) УСТРОЙОТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащее фазоиэмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резистор, компенсирующий трансформатор, первинная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика .к общей шине, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополннтельно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором, формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения, первым и вторым блоками вычитания, первым и вторым преобразователями, первым и вторым элементами совпадения, реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем, при этом первичная обмотка компенсирующего.трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последовательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого через последовательно включенные фильтр и второй усилитель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подключено через первый усилитель к первому входу фазоиэмерителя, а конец вторичной обмотки трансАОрматора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резис- е

Ф тор подключена к входу первого преобразователя, к второму входу фазоизмерителя и к концу возбуждающей обмотки викретокового датчика, веков С первого преобразователя подсоединей к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подклю- . чен к выходу первого источника опор- ного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемого делителя, первый вход которого подключен через формирователь к первым входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоизмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к выходу третьего источника опорного напряжения, пер1070464 вый и второй выходы второго блока сравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второ.го элементов совпадения, третьи входы которых подсоединены к выходу амплитудного селектора, а выходы

Изобретение относит я к электроизмерениям,. в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитными методами, и может быть использовано для изме- 5 рения удельной электропроводности немагнитных электропроводящих материалов.

Известно устройство, содержащее генератор, вихретоковый датчик, пред-10 варительный усилитель, фазовращатель, первый и второй усилители-ограничители, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, первый, второй, третий и четвертыми. Йифферен- 15 цирующие формирователи, первый и второй триггеры и индикатор, причем первый и второй выходы генера.тора подключены соответственно к возбуждающей обмотке вилретокового датчика и входу фазовращателя, выход фазовращателя через первый усилитель-ограничитель подсоединен к входу первого формирователя прямоугольных импульсов, первый выход формирователя прямоугольных импульсов через первый дифференцирующий формирователь соединен с первым входом первого триггера, второй выход первого формирователя прямоугбльных импульсов через второй дифференцирующий формирователь соединен с первым входом второго триггера, выход вихретокового датчика через последовательно соединенные пред- варительный усилитель и усилитель- З5 ограничитель подключен к входу второго формирователя прямоугольных импульсов, первый выход которого через третий дифференцирующий формирователь соединен с вторым вхо- 40 дом первого триггера, второй выход второго формирователя прямоугольных импульсов через четвертый дифференцирующий формирователь соединен с вторым входом второго триг- 45 гера, а выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к первому и второму входам индикатора (11 .

Недостаток указанного устройства — малая точность измерений вследствие фаэовой погрешности, возника.элементов совпадения подключены соответственно к входам прямого и инверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя.

2 ющей из-за нестабильности величины тока возбуждения вихретокового датчика, а также из-за нестабильности фазовых характеристик самого вихретокового датчика, предварительного усилителя, фазовращателя и формирователей. Эти нестабильности приводят к погрешности измерения фазы выходного сигнала вихретокового датчика, которая регистрируется индикатором как изменение электропроводности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения электропроводности, содержащее генератор переменного напряжения, вихретоковый датчик, компенсационный трансформатор, образцовые резистор и конденсатор, переключатель, фазоизмеритель, снабженный переменным Фазовращателем и индикатор, в котором первый выход генератора переменного напряжения подсоединен к первичной обмотке компенсационного трансформатора, включенной последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки компенсационного трансформатора подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика к общей шине и ее начало подсоединено к первому входу фазоизмерителя, обмотка вихретокового датчика через последовательно соединенные резистор, кон" денсатор и переключатель подключена к первому выходу генератора переменного напряжения, второй выход которого через переменный фаэовращатель соединен с вторым входом фазоизмерителя, выход фазоизмерителя подключен к входу индикатора Г21.

Недостатком известного устройства является малая точность измерений, обусловленная нестабильностью величины тока в возбуждающей обмотке вихретокового датчика, что приводит к нестабильности фазы выходного напряжения вихретокового датчика, а также нестабильностью фазовых характеристик вихретокового датчика, компенсационного трансформатора, фазовращателя и нестабильностью ко

1070464 эффициента преобразования фазоизмерителя. Эти нестабильности вызывают изменение выходного сигнала фазо.измерителя при неизменной электропроводности контролируемого материала, что и приводит к погрешности измерений.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, 10 что устройство для измерения удельной электропроводности, содержащее Фазоиэмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резистор., компенсирующий транс- 15 форматор, первичная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки подключен через измерительную обмот ку вихретокового датчика к общей ши20 не, дополнительно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором, формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения, первым и вторым блоками вычитания, первым и вторым преобразователями, первым и вторым элементами совпадения, реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем,при этом первичная обмотка компенсирующего трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последовательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход .которого через последовательно включенные фильтр и второй уси- 40 литель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подключено через первичный усилитель к первому входу фазоизмерителя, а конец,вторичной обмотки трансформатора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резистор подключена к входу первого преобразователя, к второму входу фазоиэмерителя и к,концу возбуждающей обмотки вихретокового датчика, выход первого преобразователя подсоединен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу первого источника бО опорного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемо« го делителя, первый вход которого подключен через формирователь к пер вым входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоиэмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к вы ходу третьего источника опорного напряжения, первый и второй выходы второго блока сравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов совпа- дения, третьи входы которых подсоединены к выходу амплитудного селектора, а выходы элементов совпадения подключены соответственно к входам прямого и инверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналого. ого преобразователя.

На чертеже приведена блок-схема ,предлагаемого устройства.

Схема содержит генератор 1 переменного напряжения, выход которого подключен через управляемый делитель 2, фильтр 3 н второй усилитель 4 к первому входу коммутатора 5, выходы которого подсоединены к первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6, которая подключена согласно-последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика 7, которая через образцовый резистор 8 подключена к общей шине. Вторичная обмотка трансформатора 6 подсоединена последовательно-встречно с измерительной обмоткой датчика 7.

Потенциальный вывод резистора 8 подключен к входу первого преобразователя 9, выход которого подключен к первому входу первого блока 10 сравнения, к второму входу которого подключен выход первого иаточника 11 опорного напряжения. Выход блока 10 подключен к второму входу делителя 2. Первый вход второго блока 12 сравнения подключен к выходу первого блока 13 вычитания, второй вход которого подсоединен к выходу второго источника 14 опорного напряжения, а первый вход подсоединен к выходу фазоизмерителя 15, первый вход которого подключен к выходу трансформатора 6, через первый усилитель 16, а второй вход— к резистору 8. Измерительная обмотка датчика 7 подсоединена через ам1070464

25 ллитудный селектор 17 к второму входу коммутатора 5.

Первый вход второго блока 18 вы-. читания подключен к выходу фаэоизмерителя 15 и к первому входу блока 13. Третий вход блока 18 подсоединен к выходу третьего источника 19 опорного напряжения через второй преобразователь 20. Вторые входы элементов 21 и 22 совпадения подсоединены к выходу селектора 17 а третьи входы - к выходам блока 12.

Выходы элементов 21 и 22 подключены к входам прямого и инверсного счета 23 реверсивного счетчика, выходы которого подсоединены к вхо- 15 дам цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 24, выход которого подключен к второму входу блока 18. Выход генератора 1 через формирователь 25 подключен к первым входам элемен- 2() тов 21 и 22. Выход блока 18 подсоединен к индикатору 26.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 переменного напряжения вырабатывает напряжение фиксированной частоты, которое, поступает на первый вход управляемого делителя 2 напряжения. Выходной сигнал управляемого делителя 2 напряжения подается на вход фильтра 3, который выделяет из него гармоническое напряжение основной частоты. Это гармоническое напряжение усиливается . усилителем 4 и поступает на вход коммутатора 5. В режиме измерений при установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материал амплитудный селектор 17 настраивают так, чтобы его выходной сигнал бып: 4О равен нулю. Нулевой сигнал с выхода амплитудного селектора 17 переводит коммутатор 5 в одно состояние и одновременно закрывает элементы 21 и 22. Ток возбуждения с первого вы- 45 хода коммутатора 5 поступает на последовательно соединенные первичную обмотку компенсирующего трансформатора 6, возбуждающую обмотку вихретокового датчика 7 и образцовый 50 резистор 8. При этом ток возбуждения протекает по.обеим секциям первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6, выходное напряжение которого компенсирует напряжение хо- 55 лостого хода вихретокового датчика 7 (когда вихретоковый датчик 7 находится в воздухе). Напряжение, возникающее на образцовом резисто- .

Ре 8 и Равное V 3â <е поступает на вход преобразователя 9 переменного напряжения в постоянное, который преобразует его в постоянное напряжение

НЧ aÎââ в в <а (1) где (в — сопротивление резистора 8;КЗ - коэффициент преобразования преобразователя 9;

1в - ток через резистор 8.

Выходное йапряжение преобразовате-. ля 9 подается на первый вход блока 10 сравнения. Блок 10 сравнения сравнивает его с выходным напряжением источника ll опорного напряжения, которое поступает на его второй вход. Выходной сигнал блока 10 сравнейия воздействует на второй вход управляемого делителя 2 напряжения и изменяет его коэффициент преобразования (и величину тока возбуждения) таким образом, чтобы напряжения на входах блока 10 были равными, т.е. (2)

03 Kq Jg kg = Ug( где U< .=сопя — выходное напряжение источника 11 опорнсго напряжения.

Так как коэффициент преобразования К ) преобразователя .9 и сопротивление R образцового резистора 8 постоянны, то из (2) следует, что величина тока возбуждения 3, также будет постоянной, независимо от параметров генератора 1 переменного напряжения, управляемого делителя 2 напряжения, фильтра 3, усилителя 4, коммутатора 5, первичной обмотки компенсационного трансформатора 6 и обмотки возбуждения вихретокового датчика 7.

Вносимое напряжение, возникающее при установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материал, усиливается первым усилителем 16 н поступает на первый вход фаэоизмерителя 15,. которыЯ измеряет его фазу. На второй вход фазоизмернтеля 15 подается опорный сигнал с резистора 8. Так как фаза вносимого напряжения однозначно связана с удель. ной электропроводностью материала, то выходной сигнал фаэоизмерителя 15 также будет пропорционален удельной электропроводности. Напряжение с выхода фазоиэмерителя 15 поступает на первые входы блоков. 18 и вычитания.

Режим коррекции погрешности измерения устройства реализуется при отводе вихретокового датчика от поверхности материала. Амплитуда напряжения на измерительной обмотке датчика 7 изменяется и срабатывает ° подключенный к ней амплитудный селектор 17. Сигнал на его выходе становится равным логической, 1 ™ .

Он открывает по вторым входам элементов 21 и 22, а также переключает коммутатор 5 . в другое состояние. В результате ток возбуждения

1070464 (3) где -Ол к

55 от второго выхода коммутатора 5 протекает только по виткам второй секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6. При этом напряжение вторичной обмотки компенсационного трансформатора только частично компенсирует напряжение холостого хода вихретокового датчика 7 и на входе усилителя 16 возникает напряжение разбаланса, амплитуда и фаза которого зависят от величины . тока возбуждения, количества витков обмоток вихретокового датчика 7 и компенсирующего трансформатора 6 и электрических параметров измерительной обмотки датчика 7 и вторичной обмотки компенсирующего трансформатора 6. Так как количество витков обмоток неизменно, а величина тока возбуждения поддерживается постоянной, то фаза сигнала разбаланса в режиме коррекции зависит только от электрических параметров измерительной обмотки вихретокового датчика 7 и вторичной обмотки трансформатора 6. Амплитуда сигнала разбаланса при постоянной величине то-. ка возбуждения зависит от соотношения числа витков секций первичной, обмотки трансформатора 6 и от магнитной связи его вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки.

Соотношение витков секций первичной обмотки трансформатора 6 и магнитную связь его.вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки устанавливают таким, чтобы амплитуда сигнала раэбаланса,соответствовала амплитуде вносимого напряжения в диапазоне измеряемых значений удельной электропроводности.

В режиме коррекции на выходе фазо:измерителя 15 имеется, некоторое постоянное напряжение (1як, пропорциональное фазе сигнала раэбаланса.

При .настройке, когда устройство работает в режиме коррекции, величину напряжения источника 14,опорного на,пряжения устаналивают равной величине напряжения фазоиэмерителя 15 в момент настройки 0 кл

Напряжение на выходе блока 13 вычитания в этом случае равно нулю.

Реверсивный счетчик 23 сброшен в. нулевое состояние и выходное напряжение цифроаналогового преобразования 24 также равно нулю. Если в последующем вследствие действия дестабилизирующих факторов изменяются параметры вихретокового датчика 7, компенсирующего трансформатора 6, усилителя 16 и фазоиэмерителя 15, то при очередной коррекции выходной. сигнал фаэоиэмерителя 15 уже не будет равен значению лзкм ° На выходе блока 13 вычитания появится разностный сигнал <3 "% - бич

5 выходной сигнал фазоизмерителя 15 прн очеред" ной коррекции.

Это разностное напряжение в свою

-очередь сравнивается блоком 12 срав(0 нения с выходным напряжением 0 цифроаналогового преобразователя 24.

Если Олу >Ою, то на первом выходе блока 12 сравнения появится сигнал логической 1, который открывает элемент 21 по третьему входу и счетные импульсы от формирователя 25 счетных имцульсов поступают на вход прямого счета. реверсивного счетчика 23,:в котором записывается соот20 ветствующий код. Этот код преобразуется цифроаналоговым преобраэова* \ телем 24 в пропорциональное напряжение Uzq . И как только оно станет равным напряжению ЬлЗ, сигнал

25 на первом выходе блока 12 сравнения станет равным нулю и поступление импульсов в счетчик 23 прекратится.

Если же Оц C. Ugq, то сигнал логической 1 появится на втором выходе блока 12 сравнения и им30 пульсы от формирователя 25 через ! элемент 22 будут поступать на вход инверсного счета реверсивного счетчика 23. Код в счетчике и соответственно напряжение цифроаналогового

35 преобразователя 24 будут уменьшаться, пока напряжения на входах блока 12 сравнения не сравняются:

Uqq = 1 лЗ = (к — U „ (4) т.е. выходное напряжение ЦАП.24 равно по величине и знаку сигналу овмбки, возникающей из-эа нестабильности параметров вихретокового датчика 7., компенсирующего трансформато- ра 6, предварительного усилителя 16 и фазоизмерителя 15. В ходе последующих измерений элементы 21 и 22> закрыты нулевым сигналом с выхода амплитудного селектора 17. Код в .счетчике 23 и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 24., при этом не меняются. Напряжение Ugg поступает также на второй вход бло ка 18 вычитания н вычитается иэ выходного сигнала фазоизмернтеля 15.

Тем самым компенсируется погрешность от нестабильности параметров вихретокового датчика 7, компенсирующего трансформатора 6, предварительного усилителя 16 и фазоизмерителя 15. В результате повышается точность измерений по сравнению с известным устройством в 5-10 раэ.

1070464

Составитель В.Новожилов

Редактор С.Квятковская ТехредМ.Гергель

Корректор Г.Решетник

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 11673/42 Тираж 823

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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