Вихретоковый способ измерения физико- механических параметров электропровод-ных изделий и устройство для егореализации

Вихретоковый способ измерения физико- механических параметров электропровод-ных изделий и устройство для егореализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК©МУ СВИ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстнчесннв

Республнк (1)819571 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 09, 01. 76(21) 2312103/18-28 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹ 2312105/18-28

G 01 В 7/06 .

G 01 М 27/90

Государствеииый комитет

СССР ио деаам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070481 Бюллетень Но 13 (53) УДК 620.179. .14(088.8) Дата опубликования описания 09.0481 (72) Авторы изобретения.

О. Н. Лазуткин и A. С. Попов (71) Заявитель (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к вихретоковому измерению площади псперечного сечения и электропроводности протяженных электропроводящих изделий.

Известен способ измерения параметров электропроводных изделий вихретоковым методом, заключающийся в том, что изделие помещают в поле вихретокового преобразователя, выделяют две независимые составляющие полного или . вносимого напряжения функций в сигнал, слабо зависящий от мешающего параметра, и по его величине судят о, 15 контролируемом параметре (11.

Известный способ .имеет низкую точность из-за большой погрешности, вносимой блоками нелинейных функций.

Известен также вихретоковый сто- 20 соб измерения физико-механических параметров протяженных электропроводнЫх изделий, заключающийся в том, что изделие помещают в электромагнитное поле вихретокового преобразователя, вы- 2 бирают режим измерения из условия изменения годографа вносимого напряжения пресбразователя по дуге окружности при вариации мешающего параметра, формируют компенсирующее напряжение 30 той же частоты, вычитают из него напряжение с преобразователя, получают результирующее напряжение и по величине амплитуды результирующего напряжения судят о6 измеряемом параметре (2 j.

Известно устройство, реализующее известный способ., содержащее генератор переменного тока, питающий вихре" токовый преобразователь, усилитель выходного напряжения преобразователя, компенсатор, вход которого соединен с выходом генератора, блок вычитания, входы которого соединены с выходами усилителя и компенсатора, и детектор, подключенный к выходу.блока вычитания (21.

Последние способ и устройство вихретокового. контроля по технической сущности являются наиболее близкими к изобретению. Они отличаются простотой реализации, однако, имеют низкую точность измерений, так как при неизменной величине компенсирующего напряжения перпендикулярность вектора результирующего напряжения вектору его приращения от изменения мешающего параметра имеет место лишь в достаточно малом диапазоне изменений контролируемого и мешающего парамет819571 ра. Кроме того, они не позволяют одновременно измерять площадь поперечного сечения и электрдцроводность протяженных и электропроводных изделий.

Цель изобретения — повышение точ

1 ности измерений,. измерение и геомет рических параметров, например площа дн поперечного сечения однородных электропроводных изделий, а также удельного электрического сопротивления материала изделия.

Для этого формируют вспомогатель-ное напряжение из условия перпендикулярности вектора результирующего напряжения вектору его приращения от изменения мешающего параметра и поддерживают вспомогательное напряжение постоянным путем изменения параметров компенсирующего напряжения.

С помощью проходного преобразователя формируют компенсирующее напряжение, синфаэное с напряжением холостого хода преобразователя, а вспомо20 гательное — в виде суммы амплитуд комемый способ, отличается от известного тем, что оно снабжено блоком формирования вспомогательного напряжения, выполненным в виде двух амплитудных детекторов, выходы которых соединены последовательно, а входы подключены соответственно к выходам блока вычитания и компенсатора, источником эталонного напряжения и блоком сравнения, входы которого подключены к выходам блока формирования вспомогательного напряжения и источника эталонного напряжения, а выход - к управляющему входу компенсатора, и измерителем амплитуды результирующего на-, пряжения, подключенным к выходу детектора.

Кроме того, устройство для реализации предлагаемого способа снабжено д дополнительным усилителем, подключенным к выходу генератора и имеющим два гальванически не связанных между собой выхода, вторым управляемым усилителем, вход которого соединен пом пенсирующего и результирующего напряжений и поддерживают его равным ампли- 5 туде холостого хода преобразователя за счет изменения амплитуды компенсирующего напряжения.

Выделяют и усиливают вносимое напряжение преобразователя, формируют второе результирующее напряжение, равное векторной сумме усиленного вносимого напряжения, напряжения холостого хода и компнесирующего напряжения и поддерживают его в квадратуре с напряжением холостого хода преобразова- З5 теля за счет изменения коэффициента усиления вносимого напряжения, измеряют амплитуду второго реэультирующего напряжения и по ее величине судят об удельном электрическом сопро- 40 тивлении..

Устройство, реализующее предлагаследовательно с первым выходом дополнительного усилителя и выходом усилителя выходного напряжения вихретокового преобразователя, индикатором квадратуры двух синусоидальных напряжеий, один вход которого соединен пааллельно с вторым выходом дополнительного усилителя и входом источника . эталонного напряжения, выполненного в виде амплитудного детектора, выход - с управляющим входом второго управляемого усилителя, измерителем амплитуды, включенным параллельно второму входу индикатора квадратуры, а компенсатор выполнен в виде усилителя компенсирующего напряжения с тремя изолированными выходами, первый из которых соединен последовательно с. выходом усилителя выходного напряже-ния .преобразователя и входом первого детектора блока формирования, второй подключен параллельно входу второго детектора блока формирования, а третий соединен последовательно с .вторым входом индикатора квадратуры, выходом второго управляемого усилителя и вторым выходом дополнительного усилителя.

На чертеже показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Она содержит генератор 1 переменного тока высокой частоты, питающий вихретоковый прЕобразователь 2, усилитель 3 выходного напряжения преобразователя, компенсатор 4, выполненный в виде усилителя компенсирующего напряжения, вход которого соединен с выходом генератора 1, блок 5 вычитания, входы которого соединены с выходами усилителя 3 и компенсатора 4, детектор б, подключенный к выходу блока 5 вычитания, и иэмерителЬ 7 амплитуды результирующего напряжения, подключенный к выходу детектора.

Устройство содержит также блок 8 формирования вспомогательного напряжения, включающий два амплитудных детектора 9 и 10, выходы которых соединены последовательно, а входы подключены соответственно к выходам блока 5 вычитания и компенсатора 4, источник 11 эталонного напряжения и блок 12 сравнения, входы которого подключены к выходам блока 8 формирования вспомогательного напряжения и источника 11 эталонного напряжения, а выход - к управлякицему входу компенсатора 4.

Для измерения удельного электрического сопротивления устройство снабжено дополнительным усилителем 13, подключенным к выходу генератора 1 и имеющим два гальванически не связанных между собой выхода, вторым управляемым усилителем 14, вход которого соединен последовательно с первым выходом дополнительного усилителя 13 и выходом усилителя 3, индикатором 15

819571

ФСфмула изобретения квадратуры двух синусоидальных напряжений, один вход которого соединен параллельно с вторым выходом усилителя 13 и входом источника 11 эталонного напряжения, выполненного в виде амплитудного детектора, а выход — с управляющим входом второго управляемого усилителя 14, измерителем 1б амплитуды, включенным параллельно второму входу. индикатора 15 квадратуры. Компенсатор 4 выполнен с тремя изолированными выходами, первый иэ которых соединен последовательно с выходом усилителя 3 выходного напряжения преобразователя и вХодом . детектора 9, второй подключен параллельно входу детектора 10, третий со- 35 единен последовательно с вторым входом индикатора 15 квадратуры, выходом усилителя 14 и вторым выходом усилителя 13.

Предложенный способ реализуется Щ следующим образом.

В отсутствии контролируемого изделия устанавливают равными между собой выходные напряжения усилителей 3 и

13. Выход усилителя 3 и первый выход усилителя 13 соединены последовательно (противофазно), чтобы напряжение на входе усилителя 14 в отсутствии изделия было равно нулю. При этом осуществляется компенсация напряжения холостого хода преобразователя, и при наличии изделия на входе усилителя 14 выделяется вносимое напряжение.

Аналогично путем соответствующего включения выходов усилителя 3 и перво-З5 го выхода компенсатора.4 на входе детектора б формируется первое результирующее напряжение, а соответствующим включением третьего выхода компенсатора 4, выхода усилителя 14 и вто- 40 рого выхода усилителя 13 на входе индикатора 15 квадратуры формируется второе результирующее напряжение. Так как выходы детекторов 9 и 10 включены последовательно, то выходное напряжение блока формирования (вспомогательное напряжение) равно сумме амплитуд первого результирующего и компенсирующего напряжений, которое по-. ступает на Один иэ входов 5 Ra 12 50 сравнения, на другой вход которого с источника 11 эталонного напряжения, подключенного к второму выходу усилителя 13, поступает цапРяжение, равное амплитуде напряжения холостого хода.

Если величина вспомогательного напря- 55 кения отличается от величины напряжения холостого хода преобразователя, то на выходе блока 12 сравнения появляется напряжение разбаланса, которое, поступая на управляющий вход компен- д) сатора 4, изменяет величину его выходного напряжения так, чтобы величина вспомогательного напряжения иэмери" теля была равна амплитуде первого результирующего напряжения, а следо- у вательно, пропорциональна площади поперечного сечения изделия.

Одновременно на входы индикатора 15 квадратуры поступают второе результирующее напряжение Ор и напряжение холостого хода, которые сравниваются по фазе. При отклонении разности фазы входных напряжений от У/ на выходе индикатора 15 квадратуры появляется напряжение раэбаланса, которое, поступая на управляющий вход усилителя 14 вносимого напряжения, изменяет его выходное напряжение так, чтобы второе результирующее напряжение и напряжение холостого хода преобразователя оказались в квадратуре.

Так как одновременно выполнено два условия - равенство суммы амплитуд первого результирующего и компенсирующего напряжений амплитуде напряжеййя холостого хода преобразователя и перпендикулярность вектора второго результирующего напряжения вектору напряжения холостого хода, то показания Измерителя амплитуды будут пропорциойальны величине удельного сопротивления материала изделия. 1. ВихреФоковый способ измерения физико-механических параметров электропроводных изделий, заключающийся в том, что иэделие помещают в электромагнитное поле вихретокового преобразователя, .выбирают режим измерения из условия изменения годаграфа вносимого напряжения преобразоватеЛя по дуге окружности при вариации мешающего параметра, формируют. компенсирующее напряжение той же частоты, вычитают из него напряжение с преобразователя и по величине амплитуды результирующего напряжения судят об измеряемом параметре, о т л и ч а юшийся тем,, что, с целью повышения точности измерения, формируют вспомогательное напряжение иэ условия перпендикулярности вектора результирующего напряжения вектору его . приращения от изменения мешающего параметра и поддерживают вспомогательное напряжение постоянным путем изменения параметров компенсирующего напряжения.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью измерения также.и геометрических параметров, например площади поперечного ce" чения однородных электропроводных иэделий, с помощью проходного преобразователя формируют компенсирующее напряжение, синфазное с напряжением холостого хода преобразователя, а вспомогательное - в виде суммы амплитуд компенсирующего и результирующего напряжений и поддерживают его равным амплитуде холостого хода преобра819571 эователя за счет изменения амплитуды компенсирующего напряжения °

З.Способ по пп. 1 и 2,о т л и ч а- . ю шийся тем, что, с целью измерения также и удельного электрического сопротивления материала изделия,, выделяют и усиливают вносимое напрящение преобразователя, формируют второе результирующее напряжение, равное векторной сумме усиленного вносимого напряжения, напряжения холостого хода и компенсирующего напряжения и поддерживают его s квадратуре с напряжением холостого хода преобразователя за счет изменения коэффициента усиления вносимого напряжения, измеряют амплитуду второго результирующего на- >5 пряжения и по ее величине судят об удельном электрическом сопротивлении.

4. Устройство, реализующее способ по п. 1, содержащее генератор переменного тока, соединенный с .ним вихре- Щ токовый преобразователь 2, усилитель 3 выходного напряжения преобразователя, компенсатор 4„ вход которого соединен с выходом генератора, блок вычитания, входы которого соеди- yg иены с выходами усилителя и компенсатора и детектор, подключенный к выходу блока вычитания, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком формирования вспомогатель- О ного напряжения, выполненным в виде вух амплитудных детекторов, выходы оторых соединены последовательно, а входы подключены соответственно к выкодаи блока вычитания и компенсатора, 5 источником эталонного напряжения, блоком сравнения, входы которого подключены к выходам блока формирования вспомогательного напряжения и источника эталонного напряжения,,а вы- 40 ход - к управляющему входу компенсатора, и измерителем амплитуды результирующего напряжения, подключенным к выходу детектора.

5. Устройство по п. 4, реализующее способ по п. 3, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным усилителем, подключен- . ным к выходу генератора и имеющим два гальванически не связанных между собой выхода, вторым управляемым усилителем, вход которого соединен последовательно с первым выходом дополнительного усилителя и выходом усилителя выходного .напряжения вихретокового преобразователя, индикатором квадратуры двух синусоидальных напряжений, один вход которого соединен параллельно с вторым выходом дополнительного усилителя и входом источника эталонного напряжения, выполненного в виде амплитудного детектора, выход — с управляющим входом второго управляемого усилителя, измерителем амплитуды, включенным параллельно второму входу индикатора квадратуры, а компенсатор выполнен в виде усилителя компенсирующего напряжения с тремя изолированными выходами, первый из которых соединен последовательно с выходом усилителя выходного напряжения преобразователя и входом первого детектора блока формирования, второй подключен параллельно входу второго де гектора блока формирования, а третий соединен последовательно с вторым входом индикатора квадратуры, выходом второго управляемого усилителя и вторым выходом дополнительного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 363046, кл. G 01 к 27/00, 1970.

2. Неразрушающие испытания, кн.П, Справочник под ред. P.Ìàê-Мастера, "Энергия", 1965, с. 208.

Составитемь Яэ" +03

Ре акто Л. Утехина Тех д И.Коапп а . Ко екто С. м

Заказ 1363/16 Тираж б42 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра кая иаб. . 4 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4