Измеритель электропроводности

Измеритель электропроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ , содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый элемент И и первьй счетчик, генератор качающейся частоты , выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор квантуюцей частоты, четыре триггера, пять элементов И, элемент ШШ, выход которого соединен с управляющим входом генератсфа квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим входом второго счетчика и вычитакщим входом третьего счетчика, сум1 шрующий вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика , при этом выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым входом четвертого, элемента И, первы ми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ШШ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя и вторьм входом второго триггера, прямой выход которогЬ соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И,выход которого соединен с первым выходом измерителя электропроводности и третьими входами первого и третьего, элементов И, выход последнего из которых соединен 4 с установочным входом первого счетчика , выход которого соединен с вторым выходом измерителя электропроводности , причем инверсный выход перво:л го триггера соединен с вторым входом -ч шестого элемента И, а инверсный выход второго триггера - и первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторьфш входами пятого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход кото

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУ БЛИН ((9) (! 1) 4(з1) С 01 К 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТСССИСИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СЬЬ

Я (21) 3649275/24-21 (гг) 04. 10.83 (46) 07.04.85. Бюл. У 13 (72) А.Я.Тетерко и Б.M.Березюк (71) Специальное конструкторско-тех" нологическое бюро Физико-механического института АН Украинской CCP и Львовский ордена Ленина политехнический институт им.Ленинского кол сомола (53) 621. 3! 7. 44 (088. 8) (56) 1. Патент США В 4095180, кл. 324/233 ° 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3409966/25-28, кл. G 01 0 27/90 23.03.82. (54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содериащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый элемент И и первый счетчик, генератор качакицейся частоты, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входамн второго и третьего элементов. И, а выход второго - c вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а такие второй и третий счетчик, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повы" шения точности, в него введены генератор квантукщей частоты, четыре триггера, пять элементов И, элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющнм входом генераторе квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирую-. щим входом второго счетчика и вычитакицим входом третьего счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, при этом выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым входом четвертого, элемента И, первыми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя и вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И,выход которого соединен с первым выходом измерителя электропроводности и третьими входами первого и третьего элементов И, выход последнего из которых соединен с установочным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым выходом измерителя электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом шестого элемента И, а инверсный выход второго триггера « первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвер" того триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторьачи входами пятого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход кото1149157 рого соединен с установочным входом третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с вторымвходом перИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных материалов и изделий в машиностроении и других областях техники.

Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления немагнитных электропроводящих материалов, содержащее генератор образцовой частоты со схемой И на выходе, управляемый генератор периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, два усилителя-формирователя, входы которых подключены соответственно к выходам токовой и измерительной катушек преобразователя, фазовый детектор, блок задания разности фаз, усилитель рассогласования, делитель частоты и счетчик импульсов с цифровым индикатором на выходе, причем выходы формирователей соединены с входами фазового детектора, входы усилителя рассогласования соединены соответственно с выходом детектора и выходом блока задания разности фаз, а его выход - с входом генератора периодических сигналов, выход которого соединен с входом делителя частоты, второй вход схемы И соединен с выходом делителя частоты, а ее выход — с входом счетчика импульсов (1) .

Однако данное устройство обладает недостаточно высокими точностью измерения и быстродействием. В устройстве разность фаз, пропорциональную электропроводности контролируемого материала, с помощью фильтра низких частот преобразуют в напряжение постоянного тока, которое в дальнейшем сравнивают с напряжением, пропорциональным заданному значению разности фаз.

Имеющая место погрешность указанных преобразований, а также аддитивная погрешность вследствие дрейфа паравого триггера, а вход запуска измерителя электропроводности — свторыми вхо- дами третьего и четвертого триггеров. метров активных элементов снижают точность устройства. При этом большая постоянная времени фильтра низких частот накладывает ограничение на быстродействие устройства.

Наиболее близким к изобретению является измеритель электропроводности, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой

»О частоты, элемент И и счетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, а выход второго — с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, схему эквивалентности, дешифратор и цифровой индикатор, причем выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, выходы первого и второго счетчика соединены с информационными входами схемы эквивалентности, управляющий вход которой соединен с выходом третьего элемента И, а выходс первым входом дешифратора, вторая группа входов которого соединена с выходами третьего счетчика,а выходыс входами цифрового индикатора, причем выход генератора образцовой

35 частоты соединен с третьим входом второго элемента И, а выход первого элемента И соединен с входом третье" го счетчика (2) .

Однако в известном устройстве ре40 эультат измерения определяется в момент совпадения измеряемой разности фаз с заданным значением. Для этого необходимо обеспечить выполнение условия К» 6 N, + 1, т.е. результат измерения Б; разности фаз íà i-ом пери оде не должен отличаться от измерения

1149157 разности фаз íà (i-1)-ом периоде больше, чем на единицу. Поэтому наличие случайных помех снижает точность и надежность работы устройства. Кроме того, устройство не может быть исполь- 5 зовано в составе автоматизированной информационно-измерительной системы неразрушающего контроля материалов и изделий, а значит точность результатов измерения не может быть повышена путем дальнейшей их математической обработки. Точность определения pasности фаз в известном устройстве также является недостаточной. Все это ограничивает точность определения 15 электропроводности материалов и изделий °

Цель изобретения — повышение точности.

Цель достигается тем, что в изме- 20 ритель электропроводности, содержаний последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый элемент И и первый счетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен 25 с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входайи первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первы- ЗО ми входами второго и третьего элементов И, а выход второго — с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, введены генератор квантующей частоты, четыре триггера, пять элементов И, элемент ИЛИ, выход которого соединен с управлякнцим входом генератора квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами 4О четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответст-. венно с суммирующим входом второго счетчика и вычитающим входом третьего счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, при этом выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым входом четвертого элемента И, первыми входами первого и второго 5р триггеров и первым входам элемента ИЛИ, второй вход которого соединенс выходом второго усилителя-формирователя и вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен 55 с первым входом шестого элемента И,,выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первьп входом седьмого элемента И, выход которого соединен с первым выходом измерителя электропроводности и третьими входами первого и третьего элементов И, выход последнего из которых соединен с установочным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым выходом измерителя электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом шестого элемента И, а инверсньй выход второго триггера— с первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторыми входами пятого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с установочным входом третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с вторым входом первого триггера, а вход запуска измерителя электропроводности — с вторыми входами третьего и четвертого триггеров.

На фиг.1 изображена схема измерителя электропроводности, на фиг.2временная диаграмма его работы.

Измеритель электропроводности содержит генератор 1 квантующей частоты, генератор 2 качающейся частоты, генератор 3 образцовой частоты, преобразователь 4 вихретоковый, усилители-формирователи 5 н 6, элемент ИЛИ

7, элементы И 8-15, триггеры 16-19 и счетчики 20-22 импульсов.

Вход генератора 1 квантующей частоты соединен с выходом элемента ИЛИ

7, его выходы — с входами элементов И 8 и 9. Вход вихретокового преобразователя 4 соединен с выходом генератора 2 качаницейся частоты, его выходы — с входами усилителей-формирователей 5 н 6. Выход усилителя-формирователя 5 соединен с входами элементов ИЛИ 7, И 8 и 12, инверсным входом элемента И 10 и установочными входами триггеров 16 и 17. Выход усилителя-формирователя 6 соединен с входами элементов ИЛИ 7 и И 10, инверсным входом элемента И 12 и входом сброса триггера 17. Прямой выход триггера 16 соединен с входами элементов И 9 и 13 и инверсным входом элемента И 10, его инверсный выход — с входом элемента И 14. Прямой и инверсный выходы триггера. 17 соединены соответственно с входами элементов И 14 и 13, выходы которых соединены с установочными входами триггеров 18 и 19. Входы элемента И 15 соединены с выходами триггеров 18 и

1.9, его инверсный выход — с входами элементов И 11 и 12. Суммирующий вход счетчика 20 соединен с выходом элемента И 8, суммирующий вход счетчика 21 соединен с выходом переполнения счетчика 20, его вычитающий вход с выходом элемента И 9, установочный вход — с выходом элемента И 10, 5 а выход переполнения — с входом сброса триггера 16. Суммирующий вход счетчика 22 соединен с выходом элемента И 11, а его установочный вход— с выходом элемента И 12. Выход элемента И 15, информационные выходы счетчика 22 и входы сброса триггеров

18 и 19 выведены для подсоединения к контроллеру микро-3BN.

На фиг.2 представлены диаграммы сигнала "Пуск" Uä на входах сброса триггеров 18 и 19, сигнала U на выходе усилителя-формирователя 5, сигнала U на выходе усилителя-формироб вателя 6, сигнала U»6 на выходе триг- 30 гера 16, сигнала Up на выходе триггера 17, сигнала Пщ на выходе триггера 18, сигнала U на выходе триггера 19, сигнала 0, на выходе элемента И 15, сигнала U на суммирующем З входе счетчика 21, сигнала U> на вычитающем входе счетчика 21,. сигнала

Ul на установочном входе счетчика 21, сигнала U» на суммирующем входе счетчика 22, сигнала U» на сбросовом вхо-40 де счетчика 22. При этом to — момент поступления сигнала "Пуск", t» — момент появления на выходе усилителяформирователя 5 логической единицы, t — момент появления на выходе уси- 4$

2 лителя-формирователя 6 логической единицы, t — момент появления на выходе усилителя-формирователя 5 логического нуля, t -момент появления на выходе усилителя-формирователя 6 Ю логического нуля, t - момент окончаср л ния сформированного интервала с зщ

Т - величина периода возбуждающего сигнал, о — временной интервал, соответствукщий измеряемому сдвигу фаэ, мн нЧ, — временной интервал, соответствующий заданному сдвигу фаз, N»â€” результат квантования (1/2)Т импуль-.сами частотой f,ä, N — результат л квантования ц импульсами частотой

f, И вЂ” результат квантования (1/2)Т импульсами частотой f о

Устройство работает следующим образом.

В измерителе используется перемен ночастотный вихретоковый метод измерения электропроводности неферромагнитных материалов, основанный на выполнении условия нам = М Г2МбРн =coost, (1) где кдц — номинальное значение обобщенного параметра (обычно Р ком =2 6) в

R> — эквивалентный диаметр вихретокового преобразователя 4, Š— значение частоты генератора 2; — удельная электропроводность контролируемого материала, Po — магнитная постоянная.

Для выполнения условия (1) в измерителе, изменяя частоту f генератора 2 качающейся частоты, обеспечивают совпадение сдвига фаз g между опорным сигналом на выходе усилителя-формирователя 5 и измерительным сигналом на выходе усилителя-формирователя 6 с заданным значением(с»4, Ч Ч»ад

Заданное значение фазового сдвига в устройстве устанавливают путем изменения коэффициента деления »» счетчика 20. Коэффициент п устанавливают целочисленным и равным или 3 или 4, что соответствует фазовому сдвигу в 60 или 45

Преобразователь 4 устанавливают на поверхность контролируемого изделия. Все элементы измерителя приводят в .исходное состояние, при котором триггеры 18 и 19 находятся в единичном состоянии, а счетчик 22— в нулевом состоянии. Генератор 2 вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого изменяется от

Й„„ „до Г,„с,„и наоборот. Сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход преобразователя 4, опорный UC» и измеряемый UC< сигналы на соответствующих выходах которого сдвинуты один относительно другого на интер1149157 вал (фиг.2д), величина которого ниваются элементами И 13 и 14. В за" зависит от электропроводности 4 мависимости от знака разностного интериала контролируемого иэделия и тервала a i, на выходе элементов И 13 частоты возбуждения преобразователя. и 14 появляется импульс, длительность

Усилители-формирователи 5 и 6 преоб- 5 которого определяется соотношением разуют положительные полупериоды укаэанных сигналов в логические еди -" -+ (" ад ), (5) ницы, а отрицательные — в логичес- Единичньй сигнал синхронизации на кие нули (фиг.2 б,в). выходе элемента ИЛИ 7 обеспечивает

В измерителе процесс измерения и 1О работу генератора 1 на протяжении сравнения фазовых сдвигов осуществля- времени (t<-t ) ° ется .непрерывно и в нем условно мож- При отсутствии на входах элеменно выделить два такта. Первый такт та И 10 единичных сигналов сигнал с начинается с приходом в момент t< его выхода записывает в счетчик 21 переднего фронта сигнала с выхода 1 единицу (фиг.2л). усилителя-формирователя 5, который Сигнал "Пуск", который поступил синхронизирует с помощью элемента ИЛИ на вход измерителя в момент t, устат, уста7 . генератор 1 и открывает элемент И новил в нулевое состояние триггеры

8. Счетчик 21 начинает подсчитывать 18 и 19 (фиг.2е, ж) вследствие чего число N< импульсов частотой f,êîòî- ® с выхода элемента И 15 на входы элерую счетчик 20 делит в п раз. Тригге- ментов И 11 и 12 поступает раэрешаюры 16 и 17 при этом находятся в нуле- щий потенциал (фиг.2з). Счетчик 22 вом состоянии. В момент t> на выходе периодически подсчитывает число N усилителя-формирователя 6 появляется выходных импульсов генератора 3 обединичный уровень измеряемого сигнала, раэцовой частоты f, поступакицих на

В момент t окончания сигнала на вы- его вход с выхода элемента И 11

Ф ходе усилителя-формирователя 5 в при поступлении на вход последнего счетчике 21 будет зафиксировано чис- единичного сигнала с выхода усилитело (фиг.2и) ля-формирователя 6 (фиг.2н,м) При 1г

39 этом .N= J -Тf /пdt= — Т f (2)

2 " 2n

tq

4 ) f td= fîT (6)

В момент t завершается первый

3 г такт и начинается второй такт. Зад- При поступлении на входы элемеиний фронт опорного сигнала с выхода д та И 12 единичного сигнала с выхода усилителя-формирователя 5 устанавли- усилителя-формирователя 5 и нулевого вает в единичное состояние триггеры сигнала с выхода усипителя-формирова16 и 17, на выходах которых начинают теля 6, единичный сигнал с его выхоформироваться соответственно времен- да устанавливае в нулевое состояние иые интервалы д и с (фиг.2г,д):4ф счетчик 22. эад Т

Т

Положим, что в начальный момент

2 (3) после поступления сигнала Пуск выЯФ 2п л полнялось условие с q„A . Тогда и й, -tq (4) появившийся на выходе элемента И 13 .

4 сигнал длительностью аа установит в

Единичный сигнал с выхода тригге- единичное состояние триггер 18 ра 16 открывает элемент И .9 и счет- (фиг.2ж). После того как в процессе чик 21 начинает вычитать из зафикси-, изменения частоты генератора 2 разрованного числа N< число N импуль- ностный интервал изменит свой знак

Э сов частоты f<. (фиг.2к). При равенст-Se единичный сигнал с выхода элеменве чисел 01 и 0 передний фронт сиг- та И 14 установит в единичное состоя-, нала перенолнеиия нулевого уровня с ние триггер 19. Единичные сигналы с .выхода счетчика 21 устанавливает в выходов триггеров 18 и 19 устанавлиисходное состояние триггер 16. Триг- вают на выходе элемента И 15 нулеrt p 17 в исходное состояние устанав- gg вой сигнал "Готовность", который заливается задним фронтом сигнала с вы- прещает изменение кода в счетяике хода усилителя-формирователя 6. Дли- 22 и сигнализирует об окончании прои л тельности интервалов с >, и i срав- цесса измерения.

Измеритель может работать как в автономном. режиме, так и в составе автоматизированной измерительной системы на базе ЭВИ. Для запуска измерителя в автономном режиме используют кнопку "Пуск", а о величине контролируемой электропроводности судят по значению числа И, зафиксированного в счетчике 22. Новый цикл измерений осуществляется подачей сигнала 1О

"Пуск" беэ предварительной установки элементов измерителя в исходное состояние.

При работе в составе АИС сигнал

"Пуск" инициируется ЭВИ. Точное зна- 15 чение электропроводности определяют иэ соотношения. полученного из (3):

2 т б„=т — у =сйр (7)

»Родэ 2» где С = P»рр / » pî э со °

На практике коэффициент Л„о для конкретных условий измерения определяют при калибровке измерителя посредством контрольного образца с из.*вестной электропроводностью о

„o тогда

С* бо /No (8) 30

По сравнению с известным предлагаемый измеритель обладает рядом пре15? 10 имуществ. Определение момента срави л нения интервалов с э и с по перемене знака разности d c повышает надежность работы измерителя в условиях наличия случайных помех. Использование в измерителе управляемого генератора квантующей частоты позволяет увеличить точность сравнения разности фаз, так как начало квантования синхронизовано передним фронтом положительного полупериода опорного сигнала, а само квантование возможно осуществлять на наибольшей для используемой элементной базы частоте.

При этом, к частоте Й не предъявляется жестких требований по стабильности so времени и генератор по своей структуре может быть простым.

Синхронизация начала квантования и занесение в счетчик "единицы" позволяет обеспечить суммарную погрешность определения численного эквивалента и формирования заданного временного интервала не более + 1ИК. Возможность использования измерителя совместно с ЭВМ позволяет увеличить точность измерения за счет применения. математических методов обработки ин" формации, определять эксплуатационные параметры изделия, связанные с электропроводностью, создавать архив данных контроля по каждому изделию.

1 149157

f 149157 ф Щ 1» м ф 3» Я ф ф ф

Ь в ч м % м

ВНИИПИ Заказ 1872/ЗО. Тираж 897 до сное

Фиш а ППП HaTeaT r.7aropop ул Hpoeazsm 4

-я -е — @