Способ измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий и устройство для его осуществления

Способ измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ измеревия электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, заключающий ,ся в том, что в контролируемом и эталонном изделиях с помощью магнитных полей вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи и изменяют частоту магнитного поля в контролируемом изделии, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, изменением частоты магнитного пОля в контролируемом изделии отнсяиение магнитных потоков преобразователя , при наличии и отсутствии контролируемого изделия поддерживают равным отношение магнитных потоков преобразователя при наличии и отсутствии эталонного изделия, а электропроводность S материала неферромагнитных цилиндрических изделий определяют «g выражением (О г2. |(,f,drfAfcf); и сГ, cj , а также , f« где Т, S электропроводность материала, диаметр и частота магнитного поля соот-р ветственно для контрсзлируемрго и эталонного изделий. СО 00 х ел |

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) А

3(59 0 01 N 27 12 °

N 27 90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3475047/25-28 (22 ) 28. 07. 82 (46) 23. 05. 84. Бюл. 9 19 (72) В. П. Себко, М. С. Пантелеев и М.Г.Рохман (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.H.Ëåíèíà (53) 620.179 ° 14(088.8) (56 ) 1. Патент Великобритании

9 1443407, кл. с 01 К 7/38, 1976.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 175299, кл. 0 01 Н 27/90, 1964.

3. Авторское свидетельство СССР

М 175698, кл. 0 01 N 27/90, 1964 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА НЕФЕРРОМАГНИТНЫХ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, эаключающиЖ-,,ся в том, что в контролируемом и эталонном изделиях с помощью магнитных полей вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи и изменяют частоту магнитного поля в контролируемом иэделии, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, изменением частоты магнитного поля в контролируемом иэделии отношение магнитных потоков преобразователя ,при наличии и отсутствии контролируемого изделия поддерживают равным отношение магнитных потоков преобразователя при наличии и ртсутствии эталонного иэделия, а электропроводность 6 материала неферромагнитных цилиндрических иэделий определяют Е выражением

Ф-»,,*/i« ; - И где, Т, и (У, Д„,. а также У, У» — С электропроводность материала, диаметр и частота магнитного поля соот-ветственно для контролируемого и эталонного иэделий.

1093957

2. Устройство для измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, содержащее вихретоковый преобразователь, усилитель напряжения разбаланса, усилитель тока и преобразователь напряжение-частота, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено функциональным преобразователем отношения напряжения, нуль-индикатором и цифровым индикатором отношения часИзобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в электромагнитной структуроскопии.

Известен способ измерения электро. 5 проводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий с помощью вихретокового преобразователя, заключающийся в измерении фазового угла вносимого напряжения, по изменению )p которого определяют электропроводность материала иэделия (1).

Недостатком данного способа явля,ется необходимость регулировки зазора, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических иэделий, заключающийся в том, что в контролируемом и эталонном изделиях с помощью магнитных полей вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи и изменяют частоту магнитного поля в контролируемом изделии, добиваются равенства фазового угла вносимых напряжений от эталонного и контролируемого изделия, а электропроводность определяют из условия равенства произведений, частоты магнитного поля, проводимости и квадрата диаметра для контроли-ЗО руемого и эталонного изделий t23.

Недостатком известного способа является узкий диапазон контроля электропроводности, связанного со слабой зависимостью фазы вносимого 35 напряжения при малых значениях электропроводности и частоты, а также сложностью измерения фазы в области высоких частот.

Устройство, с помощью которого 4р возможна одна из реализаций известного способа, содержит генератор, вихретоковыи преобразователь, усилитель напряжения разбаланса, усилитель тока и преобразователь напряжение-час- 45 тот, два сигнальных выхода вихретокового преобразователя подключены к двум входам функционального преобразователя, к выходу которого последовательно подключены нуль-индикатор, усилитель напряжения разбаланса,пре-. образователь напряжение-частота, усилитель тока и намагничивающие обмотки вихретокового преобразователя напряжение-частота подключен к входу цифрового индикатора отношения частот. тота, каналы опорного напряжения и канал сигнала, снабженный системой регулирования частоты, и измеритель фазовorо угла, включенный на выходе канала сигнала t3J.

Данному устройству присущи все недостатки, связанные с необходимостью измерять фазу, а также недостатки присущие известным способам.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, заключающемуся в том, что в контролируемом и эталонном изделиях с помощью магнитных полей вихретокового преобразователя возбуждают вихревые токи и изменяют частоту магнитного поля в контролируемом изделии, изменением частоты магнитного поля в контролируемом изделии отношение магнитных потоков преобразователя при наличии и отсутствии контролируемого иэделия поддерживают равным отноше-. нию магнитных потоков преобразова- теля при наличии и отсутствии эталонного иэделия, а злектропроводимость 3 материала неферромагнитных цилиндрических изделий определяют выражением где 4 ", ф» и с, Л», а также -(Р» — электропроводность материала, диаметр и частота магнитного поля соответственно для контролируемого .и эталонного изделий.

Устройство для измерения электроироводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, содержащее вихретоковый преобразователь, усилитель напряжения разбаланса, 1093957 усилитель тока и преобразователь напряжение-частота, снабжено функциональным преобразователем отношения напряжений, нуль-индикатором и цифровым индикатором отношения частот, два сигнальных выхода вихретокового преобразователя подключены к двум входам функционального преобразователя, к выходу которого последовательно подключены нуль-индикатор, усилитель напряжения разбаланса,преобразователь напряжение-частота, усилитель тока и намагничивающие обмотки вихретокового преобразователя, а выход преобразователя напряжениечастота. подключен к входу цифрового 15 индикатора отношения частот.

На чертеже изображено устройство для измерения электропроводности материала неферромагнитных цилиндрических изделий, реализующее способ. 20

Устройство содержит вихретоковый преобразователь 1, усилитель 2, цифровои индикатор 3, функциональный преобразователь 4, нуль-индикатор 5, .преобразователь 6 напряжение-часто- 25 та и усилитель 7 тока. Вихретоковый преобразователь (ВТП1 1 состоит иэ трех соленоидальных проходных катушек: рабочей катушки 8, в которую помещается эталонное, а затем конт- 3Q ролируемое изделие 9, компенсационной катушки 10, предназначенной для компенсации влияния паразитного потока, наводимого в зазоре между изделием 9 и измерительной обмоткой 11 рабочей катушки 8, и катушки 12 взаимоиндуктивности, имеющей параметры рабочей катушки 8 и предназначенной для получения сигнала, равного сигна лу, снимаемого с рабочей катушки 8 при отсутствии иэделия 9. Все три катушки имеют намагничивающие обмотки 13, включенные последовательно, и измерительные обмотки 11. При этом измерительные обмотки 11 катушек 8 и 10 соединены встречно и своим сиг- 45 нальным выводом подключены к одному иэ входов функционального преобразо- вателя 4,р а измерительная обмотка 11 катушки 12, включенная согласно с измерительной обмоткой 11 катушки 8, сигнальным выводом подключена к второму входу функционально о преобразователя 4. Измерительные обмотки 11 катушек 10 и 12 выполнены в виде дискретных вариометров, параметры ко- 55 торых можно изменять с помощью переключателя 14. К выходу функционального преобразователя 4 последовательно подключены нуль-индикатор 5, усилитель 2, преобразователь 6 нап- 6О ряжение-частота, усилитель 7 тока и намагничивающие обмотки 13 катушек 8, 10 и 12, выход преобразователя б дополнительно подключен к входу цифрового индикатора 3. 65

Сущность способа измерения электропроводности материала или температуры неферромагнитных цилиндрических изделий состоит в следующем.

В изделии 9, помещенном в рабочую катушку 8 вихретокового преобразователя 1, наводятся вихревые токи переменным магнитным полем определенной частоты, значение которого стабилизировано по амплитуде. Магнитный поток Ч, наводимый магнитным полем преобразователя 1 в изделии 9, определяется выражением

З ="ЗЮЭО где 0 — магнитный поток в катушке преобразователя при отсутствии изделия; коэффициент заполнения; кЯ вЂ” функция обобщенного параметра;

< =д 1/л Ерт

12 где Д вЂ” диаметр иэделия;

Р ,3 — его магнитная проницаемость и электропроводность его материала; — частота магнитного поля преобразователя.

Изменением частоты внешнего магнитного поля можно поддерживать постоянной величину х для равных контролируемых изделий, поддерживая постоянным значение параметра К. Тогда, зная электропроводность материала одного изделия, служащего эталоном, диаметры контролируемых иэделий и частоты внешнего магнитного поля Можно найти электропроводность другого иэделия из условия x=const.

Таким образом, поместив перед измерением электропроводности в ВТП 1 эталонный образец с известной Q u площадью поперечного сечения и измерив значение частоты внешнего магнитного поля, помещают в вихретоковый преобразователь 1 исследуемое изделие 9 с известной площадью поперечного сечения, и регулированием частоты магнитного поля поддерживают отношение потока в контролируемоМ изделии 9 к потоку ВТП 1 без изделия 9, равным отношению потока в эталонном изделии к потоку ВТП 1 без иэделия. Злектропроводимость контролируемого иэделия 9 определяют, зафиксировав новое значение частоты внешнего магнитного поля из выражения (2).

Величину отношения потока в эталонном иэделии к потоку вихретокового преобразователя 1 без изделия задают в зависимости от необходимой относительной глубины проникновения переменного магнитного поля в деталь и крутизны преобразования электропро- юдности в электрический сигнал.

1093957

ВНИИПИ Заказ 3415/35 Тираж 823 Подписное ююеемав ме

Филиал ППП Патеат", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Расширение диапазона измерения в данном способе обеспечивается возможностью проведения измерений в . области низких и высоких частот переменного магнитного поля, что соот-, ветствует определению 3 как при полном промагничивании изделия (низкие частоты), так и при частичном промагничивании, т.е. в достаточно тонком поверхностном слое поперечного сечения изделия (высокие частоты}. Кро- 10 ме того, предлагаемый способ позволяет измерить электропроводность даже при малой проводимости материала изделия.

Устройство работает следующим образом.

В контролируемом изделии 9 с помощью намагничивающей обмотки 13 катушки 8, питаемой усилителем 7 тоtea, создают вихревые токи и с сигнальных выводов вихретокового преобразователя 1 снимается два сигнала: сигнал, пропорциональный потоку в иэделии 9 при этом влияние сигнала паразитного потока между измерительной обмоткой 11 катушки 8 и изделием 9 скомпенсировано сигналом измерительной обмотки 11 катушки 10 и сигнал, пропорциональный потоку внешнего поля катушки 8 при отсутствии изделия в вихретоковом преобразователе 1. Полученные два сигнала с выхода ВТП 1 подаются иа два входа функционального преобразователя 4, выходной сигнал которого равен отношению сигналов, поданных на его вход.

Выход функционального преобразователя 4 подключен к входу нуль-индикатора 5, в котором сигнал, равный отношению потока в контролируемом изде- 4О лии 9 (Ф) к потоку вихретокового преобразователя 1 без изделия 9(No), сравнивается с заданным опорным сигналом, равным отношению потока в этапотоку ВТП 1 беэ 45 изделия. Напряжение с выхода нуль. индикатора 5, равное напряжению разбаланса между опорным сигналом и сигналом, равным ф /cD<,, подается на вход усилителя 2, выход которого «П соединен с входом преобразователя б напряжение-частота. На выходе преобразователя б частота определяется величиной сигнала разбаланса нуль-инди- катора 5. Выход преобразователя б соединен с входом цифрового индикатора 3 (например, частотомера) и с входом усилителя 7 тока.

Усилитель 7 тока необходим для стабилизации амплитудного значения переменного тока «имеющего частоту, равную выходной частоте преобразователя 6), питающего преобразователь 1.

Выход усилителя 7 тока подключен к, намагничивающим обмоткам 13 преобразователя 1.

Повышение точности измерения данным устройством достигается тем, что регистрируемой величиной является частота переменного магнитного поля, значение которой фиксируют в момент равенства нулю разности отношений аналоговых сигналов нуль-органом, а так как устройства, определяющие нуль измеряемого сигнала по точности, значительно превосходят устройства, определяющие большие сигналы, а измерение частоты можно провести достаточно точно, предлагаемое

1 устройство позволяет измерять электропроводимость с большой точностью в широком диапазоне изменения частоты и контролируемо о параметра изделия.. о

Перед измерениями с помощью измерительной обмотки катушки 10 осуществляется компенсация составляющей суьеларной ЭДС на сигнальном выходе рабочей катушки 8, связанной с потоком в воздушном зазоре между измерительной обмоткой катушки 8 и иэделием 9. Компенсация осуществляется для каждой площади поперечного сечения образца при определенных положениях переключателя 14. Компенсация эффектов воздушного зазора характеризует условный перенос измерительной обмотки катушки 8 непосредственно на иэделие 9. Для изделий с различными площадями поперечного сечения перед началом измерений также необходима настройка измерительной обмотки катушки 12 на диаметры исследуемых иэделий.

При определенной относительной . глубине проникновения переменного поля в изделие цля автоматизации процесса измерений изменяют коэффициент передачи усилителя 2 обратно пропорционально отношению площадей

Эталонного и контролируемого иэделий, что дает возможность откалибровать цифровой индикатор в.величинах электропроводности.

Предлагаемые способ и устройство для измерения электропроводности ма- териала неферромагнитных цилиндрических изделий позволяют расширить диапазон измерений как в сторону снижения измеряемой электропроводности и уменьшения частоты магнитного поля, так и в сторону увеличения этой частоты, а также повысить точность измерений.