Устройство для измерения магнитной восприимчивости

Устройство для измерения магнитной восприимчивости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

<„,907485

%; ю (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 240680 (21) 2943791/18-21 (И) М. Кп.з

G 01 R 33/li;

G R 33/12 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 2313232. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 2302.82 (33) YQC 621. 317.44 (088. 8) (72) Авторы изобретен и я

Э.И. Арш и В.С. Хандецкий

I. ,днепропетровский ордена Трудового Краснрго. Знамени государственный университет нм. 300-лет я воссоединения Украины с Россией

f (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ

ВОСП РИИ МЧИ ВОС ТИ

Изобретение относится к магнитным измерениям резонансными методами и может быть использовано для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных проводящих веществ при исследованиях их физических свойств.

Известен резонансный измеритель магнитной восприимчивости с использованием в качестве датчика индуктивности резонансного контура, в котором о требуемой величине судят по изменению фазы высокочастотных колебаний. Он содержит генератор стабильной частоты, трансформаторный датчик с генераторной, компенсационной и двумя приемнымн катушками, усилитель, фазочувствительные выпрямители и регистрирующие приборы (11.

К недостаткам устройства относятся малая чувствительность, сложный многообмоточный датчик, работа в начальной части низкочастотного ди.апазона, а также большие погрешности при измерениях магнитной восприимчивости проводящих сред.

Известно также устройство, содержащее автогенератор, индуктивный датчик, фазовращатель, фаэочувствительную логическую схему н исполнительный орган. Основным узлом известного является автогенератор, в колебательный контур которого включен индуктивный датчик. Выход автогенератора подключен к фаэовращателю, который построен таким образом, что в исходном состоянии фазовый сдвиг на его выходе равен 180 . Выходы фао зовращателя и автогенератора подключены к фазочувствительной логической схеме, соединенной с исполнительным органом. Прн внесении магнитного вещества в поле индуктивного датчика, резонансная частота колебательного контура изменяется, что изменяет час15 тоту колебаний на выходе автогенератора. При этом фазовый сдвиг на выходе фазовращателя не равняется 180 о и на выходе фазочувствительной логической схемы появляется сигнал, пбступающнй на исполнительный орган (2).

Однако известное устройство фактически является F-метром с последующей реализацией фазового сигнала, который среди резонансных измерительных схем не является самим чувствительным. Недостатком также является сравнительно большое число каскадов обработки сигнала, вносящих свои парциальные погрешности в результат

907485 измерений. К тому же имеют место погрешности из-за влияния на показания прибора изменений электропроводности среды. Цель изобретения — повышение точности измерений магнитной воспрнимчизости проводящих сред. 3 .Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения магнитной восприимчивости, содержащее ,автогенератор, выполненный по схеме с общей базой, стабилизированный l0 пьезокварцевым резонатором, индуктивный датчик, соединенный последова.тельно с катушкой индуктивности контура транзисторного автогенератора, дифференциальный фазовый де" 35 тектор, индуктивно связанный с колебательным контуром, и регистрирующий прибор, введены амплитудный детектор, трехполюсник, состоящий из полевого транзистора, емкостного делителя и зп резистора, в котором один конденсатор подключен между стоком и истоком транзистора, второй конденсатор и резистор подключены параллельно друг другу между истоком транзистора и общей шиной, к которой подсоединен затвор полевого транзистора, и четыре управляемых резистора, причем сток полевого транзистора соединен с коллектором транзистора автогенератора, первый управляемый резистор 30 включен последовательно с резистором между базой транзистора автогенератора и общей шиной, второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между эмитте- 35 ром транзистора автогенератора и общей шиной„ третий управляемый резистор включен параллельно конденсатору колебательного контура, четвертый- управляемый резистор включен 40 последовательно с резистором между средней точкой катушки индуктивности дифференциального фазового детектора и общей шиной, исток полевого транзистора соединен с управляющими электродами первого, второго и третьего управляемых резисторов, вход амплитудного детектора соединен с коллектором транзистора, а его выход подключен к управляющему электроду четвертого управляемого резистора. 60

На. фиг. 1 представлена,. принципиальная схема устройства; на фиг.2экспериментальные нагруэочные характеристики эмиттерного и истокового токов автоколебательных систем в 59 различных режимах работы.

Устройство содержит транзисторный автогенератор 1, трехполюсник 2, состоящий из полевого транзистора, емкостного делителя и резистора, 60 дифференциальный фазовый детектор 3 и регистрирующий прибор 4.

Транзисторный автогенератор 1 собран на транзисторе 5 по схеме с общей базой и содержит резисторы б д и 7 и первый управляемый резистор 8 в цепи фиксированного смещения, второй управляемый резистор 9, резистор

10 и параллельно им включенный конденсатор 11, образующие цепь змиттерного смещения, пьезокварцевый резистор 12, включенный в цепи положительной обратной связи, переменный конденсатор 13, конденсатор 14 с параллельно им подключенным. третьим управляемым резистором 15, индуктивный датчик 16 и катушку индуктивности 17, образующие колебательный контур в коллекторной цепи. Трехполюсник 2 содержит полевой транзистор 18, емкостный делитель на конденсаторах 19 и 20 и резистор 21. Дифференциальный фазовый детектор 3 состоит из катушки 22 индуктивности со средней точкой, диодов 23 и 24, конденсаторов 25 и 2б, переменного резистора 27 и резистора 28, образующих нагрузку детектора. Последовательно соединенные конденсатор 29, четвертый Управляемый резистор 30 и резистор 31 образуют цепь опорного напряжения, причем управляющий электрод четвертого управляемого резистора подключен к выходу амплитудного детектора 32, вход которого соединен с коллектором транзистора 5.

Трехполюсник 2 включен между коллектором транзистора 5 и общей шиной устройства и совместно с колебательным контуром транзистора 5 образует одноконтурную азтоколебательную си-, стему. Сток полевого транзистора 18 соединен с управляющими электродами управляемюх резисторов 8,9 и 15.

Катушка индуктивиости 22 дифференциального фазового. детектора 3 связана индуктывно с катушкой индуктивности 17 колебательного контура. Цепь опорного напряжения, состоящая иэ конденсатора 29 и четвертого управляемого резистора 30 и резистора 31, включена между коллектором транзистора 5 и общей шиной, средняя точка катушки индуктивности 22 подключена к общей точке конденсатора 29 и ре эистора 30. Е выходу фазового детектора 3 подключен регистрирующий прибор 4.

Устройство работает следующим образом.

Транзисторный автогенератор 1 настроен иа работу в перенапряженном режиме. При отсутствии в ближней зоне поля индуктивного датчика

16 исследуемой среды выходной сигнал устройства определяется добротностью контура транзисторного автогенератора 1 и его настройкой относительно частоты пьезокварцевого резонатора 12. Третий управляемый резистор

15 при этом шунтирует.контур, снижая его добротность. Иастройка контура осуществляется с помощью переменного конденсатора 13, компенсация началь907485 формула изобретения

Устройство для измерения магнитной восприимчивости, содержащее ав» тогенератор, выполненный по схеме с общей базой и стабилизированный пьезокварцевым резонатором, индуктивный датчик, соединенный последовательно с катушкой индуктивности контура транзисторного автогенератора, дифференциальный фазовый детектор, индуктивно связанный с колебательным контуром, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения магнитной восприимчивости проводящих сред, в него введены амплитудный детектор, трехполюсник, состояного сигнала осуществляется с помощью переменного резистора 27 дифференциального фазового детектора 3. Степень шунтирования контура зависит от напряжения на резисторе 21 в истоковой цепи одноконтурного транзисторного автогенератора, который настроен на работу в недонапряженном режиме.

При внесении в ближнюю зону индуктивного датчика 1б исследуемой среды за счет влияния магнитных свойств среды увеличивается индуктивность датчика, что приводит к час готной расстройке колебательного контура транзистора 5 относительно частоты пьезокварцевого резонатора 12 и к появлению фазового сигнала.

В то же время за счет влияния электропроводностн среды в колебательный контур вносится активное сопротивление, что приводит к уменыае- 20 нию добротности и к появлению дополнительного фазового сдвига, уменыаающего основной фазовый сдвиг, связанный с увеличением индуктивности датчика. Кроме того, изменение доб- 25 ротности колебательной системы приводит к изменению режима транзисторного автогенератора 1, что в свою очередь вносит .дополнительные фазовые погрешности.

Так как все перечисленные погрешности связаны с влиянием электропроводности среды, то в качестве корректирующего использован сигнал, пропорциональный изменениям внесенного в конт„-р активного сопротивления. для получения такого сигнала служит трехполюсник 2, образующий с колебательным контуром одноконтурный автогенеРатор, работающий в недонапряженном режиме, стоковый ток которого 4() чувствителен главным образом к изменениям добротности контура. Напряжение стока полевого транзистора 18 управляет величиной третьего управляемого резистора 15, который при 45 уменьшении напряжения стока (при уменыаении добротности контура) увеличивает свое сопротивление и тем самым уменьшает шунтирующее действие на контур. 50

Управляющий сигнал подается н на первый H второй ynpaBJIReMHe резисторы 8 и 9 в цепях смещения транзисторного автогенератора 1, изменения сопРотивления последних позволяют скорректировать погрешности, связанные с влиянием изменений добротности контура на параметрах режима транзисторного автогенератора l, Изменение амплитуды колебаний автогенератора на транзисторе 5, связанное с умень- 40 шением собственной частоты колебательного контура за счет положительной внесенной индуктивности, выделяется амплитудным детектором 32 и подается на управляющий электрод . Я четвертого управляемого резистора 30 в цепи опорного напряжения дифференциального фазового детектора 3, Это позволяет изменить фазу. опорного сигнала пропорционально величине внесенной индуктивности и тем саьиям увеличить диапазон изменения фазы, связанный с величиной внесенной индуктивности.

Таким образом, основным является осуществление одновременной работы двух измерительных автогенераторов с общим контуром, но в различных режимах: двухконтурного с частотоэадающим пьезокварцевым резонатором 12, работающего в слегка перенапряженном режиме и отличающегося стабильностью режимных параметров, сигнал которого управляет четвертым управляемым резистором 30 в цепи опорного напряжения фазового детектора, и одноконтуриого, работающего в недонапряженном режиме и чувствительного к изменению добротности транзисторного автогенератора 1, сигнал которого управляет тремя резисторами, осуществляющими коррекцию погрешностей от влияния электропроводности среды.

На фиг. 2 приведены экспериментальные нагрузочные характеристики

3 (Q) и J„(Q), иллюстрирующие одновременную работу двух измерительных автогенератогсз с общим контуром.

Из график нидно, что чувствительность тока истока и добротности для полевого транзистора 18, работающего в недонапряженном режиме, значительно превышает величину аналогичной чувствительности для автогенератора на транзисторе 5, работающего в перенапряженном режиме.

Предлагаемое устройство позволит с более высокой точностью определять содержание железа в магнетитовых рудах за счет более полной коррекции влияния электропроводности руды при сравнительно простой структурной схеме прибора.

907485 ший из полевого транзистора, емкост ного денителя и резистора, в котором один конденсатор подключен между стрком и истоком транзистора, второй конденсатор и резистор подключены параллельно друг другу между истоком транзистора и общей шиной, к которой присоединен затвор полевого транзистора, и четыре управляемых резистора, причем сток полевого транзистора соединен с коллектором транзистора автогенератора, первый управляемяй резистор включен последовательно с резистором между базой транзистора автогенератора и общей шиной, Ф второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между 1з эмнттером транзистора автогенератора и общей шиной, третий управляемый резистор включен параллельно конденсатору колебательного контура, четвертый управляемый резистор включен последовательно с резистором между средней точкой катушки индуктивности дифференциального фазового детектора и общей шиной, исток полевого транзистора соединен с управляющими электродами первого, второго и третьего управляем@к резисторов, вход амплитудного детектора соединен с коллектором транзистора, à его выход.подключен к управляющему электроду четвертого управляемого резистора. источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 551588, кл. G Oi R 33/12, 1977.

2. Патент CldA 9 3103655, кл. 324-34, 1972.

907485

Составитель Г. Змиевская

Техред g.êàñòåëeâè÷ Корректор В- Синицкая

Редактор P. Цицика

Заказ 584/55

Тира к 719 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4