Способ измерения удельного сопротивления и устройство для его осуществления

Способ измерения удельного сопротивления и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов. Может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии. Способ заключается в квантовании периода возбуждающего сигнала импульсами образ цовой частоты fg, формировании временного интервала (ВИ) Сф , соответствующего заданному значению фазы. ВИ с , сравнивают с ВИ с, , между сигнаi (Л ю Од 00 ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄ SUÄÄ 1260877

А1

rsg 4 С 01 R 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвтоескомм свидкткльству

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3835637/24-21 (22) 02.01.85 (46) 30.09.86. Бюл. М 36 (71) Львовский ордена. Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола и Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г.В. Карпенко (72) Б.М. Березюк и А.Я. Тетерко (53) 621.317.75(088 ° 8) (56) Патент США М 4095180, кл. G 01 R 33/12, 1978.

Авторское свидетельство СССР

1 1049839, кл. G 01 R 31/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ.

ЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов . Может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии. Способ заключается в квантовании периода возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты f формировании временного интервала (ВИ) сф, соответствующего заданному значению фазы. ВИ сравнивают с ВИ,, между сигнаС:

ЬР

CO

Ю

00 3!

260877

30 лами на выходах токовой и измерительной катушек преобразователя. Когда ь = t, прекращают изменение часто<р, ты, Считают число Nt импульсов образцовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты. Устанавливают преобразователь на поверхность другого участка и повторяют процесс автоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с заданным значением и в момент их сравнения считают число импульсов N образцовой частоты и число периодов возбуждающей частоты. Сравнивают величины N, и N и после их сравнения по величине эаИзобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

По предлагаемому способу, установив вихретоковый преобразователь на поверхность первого участка, его токовую катушку возбуждают синусои дальным напряжением частотой f Квантуют период возбуждающего сигнала частотой f и формируют временной интервал о,, соответствующий заданному значению фазы. Сформированный нременной интервал, сравнивают с временным интервалом, между сигналами на выходах токовой и измерительной катушек преобразователя и в зависимости от результата сравнения, увеличивают или уменьшают частоту f во.збуждения преобразователя. Описанный процесс продолжают до тех пор, пока не выполнится условие <р, =,. В момент выполнения указанного условия прекращают изменение частоты и с началом очередного периода начинают одновременно считать число периодов возбуждающей частоты f и число им1 пульсов образцовой частоты f . В мо— о мент сравнения подсчитываемого числа периодов оэбуждающей частоты с заданным значениием >,прекращают счификсированного цело. о числа периодов возбуждающей частоты определяют конечный результат измерения. Устройство для реализации способа содержит .генератор I управляемого синусоидапьного напряжения, генерагор 2 образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4-5, элементы И 12, 13, 6, 7, 10, счетчики импульсов 24-26 реверсивные, делитель частоты 23, триггер 17, для достижения цели дополнительно введены триггеры 18 — 22, элементы

И 8, 9, 11, 14, 15, 16. 2 с. и. ф — лы 2 ил.

2 тать и фиксируют .подсчитанное число

Nt импульсов образцовой частоты. Устанавливают преобразователь на позерхность другого участка и повторя ,от процесс автоподстройки частоты f возбуждающего сигнала, квантования

его периода, и формирования 7+ . При сравнении формируемого временного интервала,„ с прекращают автопод10 стройку частоты и с началом очередного периода зафиксированной частоты

Е управляемого генератора начинают считать число ttz ее периодов и число

N z импульсов образцовой частоты. В

1S момент сравнения подсчитываемого числа N< импульсов образцовой частоты с зафиксированным числом Nt, при контроле первого участка прекращают считать числа обеих частот и фиксируют

20 подсчитанное число и периодов возбуждающей частоты j . По эа2 фиксированному числу определяют конечный результат измерения.

Числа Nt u Nz определяются соотношениями

1 1

N .f 0,--; N = f в — (I) о f 2 о f

4 L

При сравнении N1 и N имеем (2) где pt — удельное электрическое сопротивление первого участка изделия;!

260877 р — удельное электрическое соР2

1 противление второго участка изделия. ф

Если и, выбрать кратным 10, то относительное электрическое сопротинление p20,ö будет равно

p2„,„= — = 10 п2, (3)

На фиг. 1 изображена блок-схема

1О предлагаемого устройства; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для Измерения удельного сопротивления содержит генератор 1 управляемого синусоидального напряжения, генератор 2 образцовой частоты, вихретоконый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элементы И 6-16, триггеры 17-22, делитель 23 частоты, счетчики 24-26 импульсов.

Выход генератора 2 образцовой частоты соединен с первыми входами элементов И 6, 7, 12 .и 13. Выходы элементов И 6 и 7 соединены соответственно с входом делителя 23 частоты и вычитающим входом счетчика 24 импульсов, а суммирующий вход последнего соединен с выходом делителя частоты. Выход генератора 1 соединен с входом преобразователя 3, выходы которого соединены соответственно с входами. усилителей-формирователей 4 и 5. Выход усилителя-формирователя 4 соединен с входами элементов И 6, 35

10 и ll, первыми входами триггеров 1? и 18 и синхронизирующим входом триггера 20. Выход усилителя-формирователя 5 соединен с вторым входом триггера 18, прямой выход которого со- 40 единен с первым входом элемента И 9, а инверсный — с вторым входом элемента И 8. Второй вход триггера 17 соединен с выходом переполнения счетчика 24, его прямой выход — с вторым 45 входом элемента И 7 и первым входом элемента И 8, инверсный — с вторым

I .нходом элемента И 9. Прямой выход триггера 19 соединен с первыми входами триггера 20 и элемента И 14, ин-so версный — с вторым входом триггера 20, выход которого соединен с входами элементов И 10, 11, 12, 13 и

14. Выходы элементов И 8 и 9 соединены соответственно с перным и вто- 55 рым входами генератора 1 и первыми входами триггеров 21 и 22. Выходы последних соединены с входами элеФ мента И 15, выход которого соединен с первым входом триггера 19. Второй вход триггера 19 соединен с выходом элемента И 16, входы которого соединены с выходами переполнения счетчиков 25 и 26. Выходы элементов И 12 и !3 соединены соответственно с сум мирующим и вычитающим входами счет-! чика 26. Выходы элементов И 1О и !! . соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика 25, выход элемента И 14 — с управляющими нходами счетчиков 25 и 2Ь. Вторые входы триг герон 21 и 22 соединены с клеммой

"Пуск", третьи входы элементов И 10 и 13 - с клеммой "Режим 2", третьи входы элементов И ll, 12 и 14 — с клеммой "Режим 1".

На фиг. 2 представлены следующие временные диаграммы, объясняющие работы устройства в режиме "1" при и, = 1:

a) U„ — на входе "Пуск"; б) U4 — на выходе усилителя-формирователя 4; в) U — на выходе усилителя-фор-. мирователя 5;

e) U — на выходе триггера 17; д) Uù — на выходе триггера 18; е) U„ - на выходе триггера 21; ж) U« — на выходе триггера 22; з) U, — на выходе триггера 19; и) 172, — на выходе триггера 20; к) U на вычитающем входе счетчика 25; л) 1714-- на выходе элемента И 14; м) U — на суммирующем входе счетчика 26.

На временных диаграммах приняты следукицие обозначения:

Т вЂ” период возбуждающего сигнала вихретокового преобразователя;

7 †. временной интервал между сигналами на токовой и измерительной катушках преобразователя; — сформированный временной инФ тернал соответствующий заданной разности фаз;

t — момент времени прихода сигнала "Пуск"; — момент прихода переднего фронта сигнала токовой катушки;

t — момент прихода переднего фронта сйгнала измерительной катушки;

t > — момент прихода заднего фронта сигнала токовой катушки;

t4 — момент прихода заднего фронта сигнала измерительной катушки, 1;6»3877

Устройство для измерения удельного с(1»»ротивления работает следующим образом.

Перед началом измерения все элементы устройства устанав(»»»вают в ис— ходное состояние. При этом триггеры 21 и 22 находятся в единичном, д триггеры 19 и 20 и счетчики 24-26 в нулевом состоянии. На входную клемму "Режим 1" поступает единичньп» по- 10 тенциал. В делителе 23 частоты устанавливают коэффициент деления К ( где »р — заданное значе< * заД ние разности фаэ между измерительным 15

1 сигналом датчика и возбуждающим его сигналом. Обычно коэффициент К выбирают целочисленным.

Вихретоковый преобразователь 3

20 устанавливают на поверхность первого участка, изделия, по отношению к которому измеряют относительные значения удельных электрических сопротин25 лений других участков.На вход устройства в момент времени „(фиг. 2) подают сигнал "Пуск", устанавливающий в нулевое состояние триггеры 21 и 22.

На вход преобразователя 3 с выхода управляемого генератора 1 поступает синусоидальное напряжение частотой

На выходе усилителя-формирователя 5, подключенного к выходу измерительной катушки преобразователя, появляются сигналы прямоугольной формы, сдвину†З5 тые относительно сигналов на выходе усилителя-формирователя 4, подключенного к токовой катушке преобразователя 3, на время (фиг. 2). Ве—

/ личина временного интервала (одно- 40 значно определяет фазу измерительного сигнала, зависящую от электропроводности б участка и частоты f возбуждающего сигнала, Передний фронт положительного полупериода с выхода 45 усилителя-формирователя 4 открывает элемент И 6 и счетчик 24 начинает считать импульсы генератора 2 образцовой частоты f, делимой делителем 23 в К раз. Задний фронт положи- 50 тельного полупериода с выхода усилителя †ограничите 4 закрывает элемент И 6 и устанавливает в единичное состояние триггеры 17 и 18. На выходах триггеров 17 и 18 начинают форин->5 роваться временные интервалы и соответственно.  ñ÷åò÷èêå 24 окажет- ся зафикс»»ровд»»»»ым числО (1(- = -- — 1 . (4)

1 1 о 2Kf л !

Единичный сигнал с выхода триггера 17 открь»вдет элемент И 7 и счетчик 24 начинает вычитать из числа N число N импульсов частотой f . Передний фронт нулевого сигнала, появившегося на выходе счетчика 24 при ( сравнении чисел N u N (обнулении счетчика), устанавливает в единичное состояние триггер 17. Триггер 18 устанавливается н единичное состояние задним фронтом сигнала с выхода уси— лителя †ограничите 5. В зависимости от соотношения временных интервалов и ». на выходе соответствующего

С элемента И 8 или И 9 появляется единичный сигнал длительностью Ь(Пусть в начальный момент времени окажется меньшим ь . Тогда единич/ ный сигнал длительйостью dc появляется на выходе элемента И 8, устанав(ливает в единичное состояние триггер 21 и поступает на вычитающий вход управляемого генератора 1. Последний увеличивает частоту генерируемых сигналов. Описанный процесс автоподстройки частоты повторяется до тех пор, пока разностный интервал

6» HP. поменяет свой знак. Тогда в единичное состояние устанавливается триггер 22 и на выходе элемента И 15 появляется единичный сигнал. Частота генератора 1 в дальнейшем автоматически подцерживается равной f», при которой выполняется условие = ».„,.

Передний фронт единичного сигнала с выхода элемента И 15 устанавливает в единичноесостояние триггер 19,сигнал с выхода которого поступает на

?-вход триггера 20 и вход элемента И 14. Единичный сигнал с выхода элемента И 14 устанавливает в нулевое состояние счетчик 26 и записывает в счетчик 25 число »», . Задний фронт сигнала, поступившего с выхода усилителя-формирователя 4 на синхрониэирующий вход триггера 20, устанавливает последний в единичное состояние. Единичный потенциал с вь»хода триггера 20 поступает на входы элементов И )0-14. Счетчик 25 начинает вычитать из числя А(число периодов возбуждающей частоты f а счетчик 26 — считать число импульсов образцовой частоты Й . В момент обнуления счетчика 25 передний фронт нулеi 2608 77 нс го сигнала < его выхода поступает на вход элемента И 16, вследствие чего единичный сигнал с его инверсного выхода своим передним фронтом.устанавливает в нулевое состояние триггер 19. Единичный .сигнал с инверсного выхода последнего поступает на

К-вход триггера 20 и задний фронт очередного синхронизирующего сигнала устанавливает его в нулевое состоя- lO ние. В счетчике 26 окажет< я зафиксированным число импульсов образцовой частоты, равное

N = n f

1 о (5) l5

Вихретоковый преобраэо;атель 3 ус— танавливают на другой участок, относительное значение электрического сопротивления которого будут измерять. Снимают единичный потенциал с 20 клеммы "Режим 1" и подают единичный потенциал на клемму "Режим 2". Сигнал "Пуск", поступающий на вход устройства устанавливает в нулевое состояние триггеры 21 и 22. Процесс ав- 25 топодстройки частоты осуществляется аналогично вышеописанному.

В момент сравнения временных интервалов ф и на выходе генератора 2 установится частота f2 возбуж 1 I дающего сигнала, а передний фронт единичного сигнала с выхода элемечта И 15 устанавливает в единичное состояние триггер 19. Задний фронт сиг нала с выхода усилителя-формировате- 35 ля 4 устанавливает в единичное состояние триггер 20, разрешающий сигнал с выхода которого открывает элементы И 10 13. Счетчик 25 начинает под-, считывать число периодов возбуждающей 4О частоты f а счетчик 26 — вычитать из ранее зафиксированного числа Б, число N< импульсов образцовой частоты. В момент сравнения чисел N и Н нулевой сигнал с выхода счетчика 26 поступает на вход элемента И 16 и передний фронт единичного сигнала с его инверсного выхода устанавливают в нулевое состояние триггер 19. Задний фронт очередного сигнала с выхода усилителя-формирователя 4 устанавливают в нулевое состояние триггер 20.

Таким образом, в счетчике 25 окажется зафиксированным число л, про- у порциональное относительному значению электрического сопротивления

1 2отн второго участка.

Если перед контролем очередло о . участка обеспечить восстановление в счетчике 26 числа N <, дант нейяше из— мерения относительных значений удельных электрических сопротивлений можно будет проводить беэ повторного контроля исходного участка.

Предлагаемое устройство позволяет производить также измерение относительного значения электропроводности. Для этого контроль участка (изделия), относительное значение у электропроводности которого необходимо измерить, производят в Режиме 1", а контроль исходного участка (иэделия) — в "Режиме 2".

Тогда ,„ 1отн= = 10 и, (6) а

Если в качестве исходного применяют образец с известным электрическим сопротивлением, то сопротивление контролируемого изделия определяют из соотношения

= hl

p „= 10. p n<< . Для определения электролроводности изделия его контроль проводят в

"Режиме 1", а контроль образцового материала - в "Режиме 2".

Тогда б„= 10 O,n

Предлагаемое устройство позволяет в "Режиме 1" измерять абсолютное значение электролроводности без применения образцового материала.

Тогда б„= С.10 N, Р где С= г"К,1 f, R — эквивалентный радиус вихреэ токового преобразователя;

p — магнитная проницаемость;

P — - обобщенный параметр вихретокового преобразователя.

Формула изобретения

1. Способ измерения удельного сопротивления, основанный на изменении частоты возбуждения вихретокового преобразователя, ло которому возбуждающий сигнал квантуют импульсами образцовой частоты и формируют временной интервал, соответствующий заданной разности фаз, сравнивают его с интервалом между опорным и измерительным сигналами преобразователя и в момент их сравнения прекращают из1 26087!

f0

20

ЗО менение частоты сигнала, о т л и ч ающий с я тем, что, с целью расширения функциональных нозможнос— тей, считают число импульсов образ— цовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты, устанавливают преобразователь на очередной участок контролируемого изделия и повторяют процесс антоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с заданным значением и в момент их сран— нения начинают одновременно считать число импульсов образцовой частоты и число периодов возбуждающей частоты, сравнивают подсчитываемое число импульсов образцовой частоты с зафиксированным числом на первом участке и после их сравнения по величине зафиксированного целого числа периодов возбуждающей частоты определяют ко- нечный результат измерения.

2. Устройство для измерения удельного сопротивления, содержащее последовательно соединенные управляемый генератор синусоидального напряжения и вихретоконый преобразователь с двумя усилителями-формирователями на выходах, генератор образцовой частоты с элементами И на выходе, вьгходы первого и второго которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого счетчика импульсов, третий и четвертый элементы И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим входом второго счетчика импульсов и входом делителя частоты, а выход последнего соединен с суммирующим входом второго счетчика, третий счетчик импульсон с пятым элементом И на установочном входе и триггер, выход первого усилителя-формирователя соединен с установочным входом первого триггера и г ( ервым входом пятого элемента И, вто рые входы первого, h roporo и пятого элементов И соедийены соответственно между собой, о т л и ч а ю щ е е с я, тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит пять триггеров и

l0 шесть элементов И, причем выход второго усилителя †формировате соединен с сбросоным входом нторого триггера., а выход первого усилителя-формирователя соединен с входами четвертого и шестого элементов И, сбросоным входом второго и синхронизирующим входом шестого триггеров, выход переполнения второго счетчика импульсов соединен с сбросоным н:одом первого триггера, прямой выход кото— рого соединен с входами третьего и восьмого элементов И, а инверсный— с входом девятого элемента И, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом девятого, а иннерсный— с вторым входом восьмого элементов И, ньгкоды восьмого и девятого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого генератора синусоидального напряжения, соединенным с установочными входами третьего и четвертого триггеров, выходы которых соединены с входами десятого элемента И, выход которого соединен с установочным входом пятого триггера, прямой выход пятого триггера соединен с установочным входом шестого триггера и входом седьмого элемента И, а инверсный выход — с сбросовым входом шестого триггера, прямой выход шестого триггера соединен с вторыми входами первого„ второго, пятого, шестого и седьмого элементов И, выход шестого элемента И соединен с вычитающим входом третьего счетчика, выход седьмого элемента И соединен с управляющими входами первого и третьего счетчиков импульсов, выходы переполнения которых соединены с входами одиннадцатого элемента И, а выход последнего соединен с сбросоным входом пятого триггера, сбросовые входы третьего и четвертого триггеров соединены с клеммой Пуск", третьи входы второго и пятого элементов И соединены с клеммой "Режим 2", третьи входы первого, шестого и седьмого элементов И соединены с клеммой "Режим 1".

1260877 д

Qg

Ор

17

1 /ТВ /21 а ио о

011

Ц1Ф

6r2 л

Л

Составитель В. Стукан .

Редактор А. Ренин Техред И.Попович Корректор Л. Патай

Заказ 5226/46 Тирам 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ухгород, ул. Проектная,4