Способ измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов и устройство для его реализации

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН УБЛИК 4 С 27 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТ Н АВТОРСКОМ носится к обласонтроля матеркам методом при из" ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР Р 711493, кл. Я 01 М 27/90, 1979.Гораздовский Г.Я., Татарников В.М. Индукционное измерение реологических/напряжений в магнитных материалах. - "Дейектоскопия", 1973, Р 5, с. 30-38. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА АНИЗОТРОПИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦ)П 1(57) Изобретение отти нераэрушающего клов электромагнитнь мер ении анизотропии электрической проводимости немагнитных проводящих материалов. Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности измерений за счет измерения разности фаз радиальной составляющей вектора напряженности магнитного поля. Вихретоковый преобразователь, размещенный на поверхности контролируемого изделия, регистрирует напряженность магнитного поля, причем измерительные катушки, включенные встречно с компенсационными, регистрируют раэностную составляющую магнитного поля. Опорный сигнал о величине магнитного поляа снимается со вспомогательных катушек 13 и 14, а падение напряжения на резисторе 15 обратной связи позволяет стабилизировать сигнап воз- С буждения от генератора 1 гармонического напряженияТак как четверки ка1315888тушек разнесены на угол К/2, то изме- сигналы вычитаются в блоке 21 вычирение фазового сдвига оСуществляется тания, и результирующая величина одновременно в двух точках. Послеотображается индикатором 23. 2 с.п,еусиления и измерения фазового сдвига ф-лы, 2 ил.5 Ю 5 20 25 1Изобретение относится к электроизмерениям, в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитным методом, и может быть использовано для измерения коэф фициента анизотропин электрической проводимости немагнитных проводящих материалов.Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности измеоений за счет измерения разности фаз радиальной составляющей вектора напряженности магнитного поля.На фиг, 1 приведена схема устройства для измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов; на фиг. 2 - конструк" ция вихретокового преобразователя.Устройство содержит соединенные последовательно генератор 1 гармонического напряжения, усилитель 2 мощности и вихретоковый преобразователь 3 с обмоткой 4 возбуждения, измерительными катушками 5 - 8; компенсационными катушками 9 - 12, идентичными измерительными катушками 5 - 8 и вспомогательными катушками 13 и 14. Устройство содержит также резистор 15 обратной связи, подключенный к обмотке 4 возбуждения и входу усилителя 2 мощности, второй вывод которого соединен с общим проводом, . усилители 16 - 18, фазоизмерители 19 и 20, первые входы которых подключе, ны соответственно к выходам усилителей 16 и 17, вторые входы объединены и подключены к выходу усилителя 18, блок 2 вычитания сигналов, подключенный к выходам фазоизмерителей 19 и 20, блок 22 управления частотой, включенный между выходом фазоизмерителя 19 и входом управления генерато 1 ра 1 гармонического сигнала, и индикатор 23, подключенный к выходу блока 21 вычитания сигналов.Измерительные и компенсационные .катушки 5, 6,9 и 10 включены последовательно попарно согласно, а каждая пара встречно, и подключены к усилителю 16. Аналогично включены измерительные и компенсационные катушки 7, 8, 11 и 12 и подключены к усилителю 17, Вспомогательные катушки 13 и 14 включены последовательно согласно и подключены к усилителю 18. Измерительные и компенсационные катушки 5-2 расположены на одинаковом расстоянии от обмотки 4 возбуждения (фиг, 2) соответственно у еенижнего и верхнего конца так, что их продольные оси перпендикулярны. продольной оси обмотки возбуждения, направления продольных осей измерительных катушек 5 и 6 совпадают и перпендикулярны продольным осям измерительных катушек 7 и 8 компенсационные катушки 9-14 ориентированы аналогично, а вспомогательные катушки 13 и 14 расположены между плоскостями измерительных и компенсационных катушек так же соосно и перпендикулярно оси обмотки возбуждения.%Сущность способа измерения коэффициента анизотропии электропровод- ности немагнитных материалов заключаетсяв следующем.С помощью цилиндрической возбуждающей индукционной катушки возбуждают в материале анизотропной по1 электропроводности немагнитной плас(тины вихревые токи. При этом продольная ось катушки перпендикулярна поверхности пластины, Собственное (первичное) электромагнитное поле цилиццрической катушки является асесимметричным, Осесимметрична также и вторичное поле вихревых токов, ес-, ли материал пластины изотропный, Наличие анизотропии электропровоцности приводит к нарушению осесимметричности вторичного поля. Составляющие вторичного поля вихревых токов при этом зависят от угловой координаты.5888 3 131Измеряют значения фазы радиальной составляющей Н вектора напряженнос.ти магнитного поля вихревых токов и точках, находящихся на одинаковом расстоянии от возбуждающей катушки и разнесенных по угловой координате на угол 7/2 относительно друг друга, Определяют разность фаз составляющей Н в первой и второй из указанных точек йМ, = ч, - М,где. уг, и- значения фазы радиальной составфляющей Й соответственно в первой и)второй точках, разнесенных относительно друг друга по угловой коордиТнате на уголРегулируют частоту возбуждающего электромагнитного поля таким образом, чтобы значение фазы составляю-., щей Н в первой из указанных точекизмерения все время было постоянным, т.е. в процессе измерений непрерывно выполняется условие= сопзЬ,Так как до проведения измеренийнаправления главных осей анизотропииэлектропроводности обычно неизвестны,то определить сразу положения точекизмерения, соответствующие значениямугловой координаты равным 0 и)не представляется возможным.2Поэтому, синхронно перемещая обеточки измерения по направлению угловой координаты, определяют такие ихположения 1 при которых измеряемаяразность фаз радиальной составляющейН принимает максимальное положительное значение,Устройство, реализующее способ,работает следующим образом.Генератор 1 гармонического напряжения генерирует напряжение, частота которого определяется управляющим сигналом, поступающим на входгенератора от блока 22 управлениячастотой. Генератор 1 выполнен потипу преобразователя постоянного напряжения в частоту гармоническогонапряжения, Его выходное напряжениеусиливается усилителем 2 мощности,выход которого соединен с началомобмотки 4 возбуждения.Ток возбуждения от усилителя 2мощности протекает по последовательно соединенным обмотке 4 возбужденияи печигтору 15 обратной связи. Прм 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 этом напряжение, снимаемое с резистора 15 обратной связи, поступает на второй управляющий вход усилителя 2 мощности и регулирует его коэффициент . передачи таким образом, чтобы само. это напряжение все время было по .стоянным, В результате усилитель 2 мощности оказывается охваченным отрицательной обратной связью по току возбуждения. Это позволяет стабилизировать ток возбуждения вихретокового преобразователя 3 независимо от изменений параметров усилителя 2 мощности, обмотки 4 возбуждения, а также изменений амплитуды напряжения генератора 1 при изменении его частоты.Так как измерительные и компенсационные катушки 5-12 вихретокового преобразователя 3 идентичны и их обмотки включены встречно, а конструкция вихретокового преобразователя 3 симметрична, то при его нахождении в воздухе напряжения на входах усилителей 16 и 17 отсутствуют, При установке вихретокового преобразователя З.на поверхность материала (не показан) в измерительных катушках 5- 8 появляется ЭДС, наведенная составляющей Н вектора напряженности магнитного поля вихревых токов, Соответственно на входах усилителей 16 и 17 напряжения появляются вносите напряжения. Усиленные усилителями 16 и 17 эти напряжения поступают на первые входы соответственно фазоизмерителей 19 и 20. На вторые входы Фазоизмерителей поступает опорное напряжение с выхода усилителя 18. Опорное напряжение формируется с помощью вспомогательных катушек 13 и 14 и усилителя. 8, образующих канал опорного напряжения.Выходные сигналы фазоизмерителей 19 и 20 пропорциональны фазам выходных напряжений усилителей 16 и 17 соответственно. Поскольку фазы последних однозначно определяются значениями фазы составляющей Нг в точках расположения измерительных катушек, то сигналы на выходах фазоизмерителей пропорциональны значениям фазы указанной составляющей вектора напряженности магнитного поля вихо ревых токов.Далее выходные сигналы фазоизмерителей 19 и 20 поступают на входы блока 21 вычитания, выходной сигнал которого пропорционален Разности фазсоставляющей в точках расположенияпервой (второй) и третьей (четвертой) измерительных катушек преобразователя и поступает на индикатор 23.Одновременно сигнап с выхода фазоизмерителя 19 поступает на вход блока 22 управления частотой. Блок 22управления частотой, выход которогосоединен с входом генератора 1 гармонического напряжения, регулируетчастоту последнего таким образом,чтобы выходной сигнал фазоизмерителя 19 в процессе измерений был постоянным. Формула изобретения 1. Способ измерения коэффициента анизотропии электропроводности не- магнитных материалов, заключающийся в том, что возбуждают в материале вихревые токи и измеряют напряженность их магнитного поля, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерений, возбуждение вихревых токов осуществляют электромагнитным полем цилиндрической индукционной катушки возбуждения, одновременно измеряют значения фазы радиальной составляющей Н вектора напряженности магнитного поля вихревых токов в двух точках вблизи поверхности материала, находящихся на одинаковом расстоянии от катушкиТи разнесенных на угол -- по угловой2 координате относительно друг друга,определяют разность фаз радиальнойсоставляющей Н в этих точках, регулируют частоту возбуждающего электромагнитного поля таким образом,чтобы значение фазы составляющей Нгв первой точке измерения в процессеизмерений было постоянным, синхронно перемещая обе точки измерения понаправлению угловой координаты, определяют такие их положения, при которых разность фаз радиальной состав"ляющей Н поля вихревых токов пригыюмает максимальное положительноезначение, по которому и определяюткоэффициент анизотропии,электропроводности,2Устройство для измерения коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов, содержащее генератор гармонического напряжения, накладной вихретоковый 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 преобразователь с обмоткой возбуждения, резистор обратной связи, подключенный к обмотке возбуждения и общему проводу, н индикатор, о т л и - . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности измерений, оно снабжено усидигелем мощности, вкпюченным между выходом генератора гармонического напряжения и обмоткой возбуждения, второй вход которого подключен к резистору обратной связи, тремя усилителями, двумя фазоизмерителями, первые входы которых подключены соответственно к первому и второму усилителям, а вторые входы объединены и соединены с выходом третьего усилителя, блоком вычитания сигналов, включенным между выходами фазоизмерителей и входом индикатора, и блоком управления частотой, включенным между выходом первого фазоизмерителя и входом управления генератора гармо" нического напряжения, вихретоковый преобразователь состоит из двух вспомогательных .катушек, включенных последовательно и соединенных с входами третьего усилителя, и четырех измерительных н четырех компенсационных катушек, идентичных между собой, включенных последовательно попарно согласно, а каждая пара измерительных катушек - встречно с парой компенсационных катушек, и соединенных с входами соответственно первого и второго усилителей, измерительные и компенсационные катушки расположены наВодинаковом расстоянии от обмотки возбуждения, соответственно у ее нижнего и верхнего торцов так, что их продольные оси перпендикулярны продольной оси обмотки возбуждения, направления продольных осей первой и второй измерительной катушек совпадают и перпендикулярны продольным осям третьей и четвертой измерительных катушек, направления которых также совпадают, компенсационные катушки ориентированы между собой аналогично измерительным катушкам, а вспомогательные катушки расположены на одинаковом расстоянии от обмотки возбуждения в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси и находящейся между плоскостями измерительных и возбуждающих катушек, так, что их продольные оси совпадают между собой и перпендикулярны продольной оси обмотки возбуждения.1315888 оставитель Ю.Глазкоехред М.ХоданичРедактор П.Гереш Корректор В.Бутяга Заказ 2354/46 4 5 13035 ая на роизводственно-.полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 776НИИПИ Государственного по делам изобретений Москва, Б, Рауш Подписное омитета ССС открытий