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

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Соцналнстнчесннв РеспублнкК АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ с присоединением заявки йо 2312105/18-28 6 01 В 7/06 .6 01 М 27/90 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий.14(088.8) Дата опубликования описания 090481(72) Авторы изобретения О. Н. Лазуткин и А. С. Попов 71) Заявител 4) ВИХРЕТОКОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2той же частоты, вычитают из него напряжение с преобразователя, получаютрезультирующее напряжение и по величине амплитуды результирующего напряжения судят об измеряемом параметре 2 Я,Известно устройство, реализующееизвестный способ, содержащее генера.тор переменного тока, питающий вихре0 токовый преобразователь, усилитель.выходного напряжения преобразователя, компенсатор, вход которого соединен с выходом генератора, блок вычитания, входы которого соединены с вы ходами усилителя и компенсатора, идетектор, подключенный к выходу.блока вычитания 21.Последние способ и устройство вихретокового. контроля по технической 20 сущности являются наиболее близкимик изобретению. Они отличаются простотой реализации, однако, имеют низкуюточность измерений, так как при не"изменной величине компенсирующего 25 напряжения перпендикулярность векторарезультирующего напряжения векторуего приращения от изменения мешающего параметра имеет место лишь в достаточно малом диапазоне изменений 30 контролируемогр и мешающего параметИзобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к вихретоковому измерению площади поперечного 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 оконтролируемом параметре 11.Известный способ, имеет низкую точность из-за большой погрешности, вносимой блоками нелинейных функций.Известен также вихретоковый способ измерения физико-механических параметров протяженных электропроводных изделий, заключающийся в том, что изделие помещают в электромагнитное поле вихретокового преобразователя, выбирают режим измерения из условия изменения годографа вносимого напряжения пресбразователя по дуге окружности при вариации мешающего параметра, формируют компенсирующее напряжение20 пенсируюшего и результирующего напряжений и поддерживают его равным амплитуде 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- З 5 теля за счет изменения коэффициента усиления вносимого напряжения, измеряют амплитуду второго реэультирующего напряжения и по ее величине судят об удельном электрическом сопро тивленииУстройство, реализующее предлагара. Кроме того, они не позволяют одновременно измерять площадь поперечного сечения и электррцроводность протяженных и электропроводных изделий.Цель изобретения - повышение точ 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 вспомогательное - в виде суммы амплитуд комемый способ, отличается от известноготем, что оно снабжено блоком формирования вспомогательногонапряжения,выполненным в виде двух амплитудныхдетекторов, выходы которых соединеныпоследовательно, а входы подключенысоответственно к выходам блока вычитания и компенсатора, источником эталонного напряжения и блоком сравне"ния, входы которого подключены к выходам блока формирования вспомогательного напряжения и источника эталонного напряжения, а выход - к управляющему входу компенсатора, и измерителем амплитуды результирующего иа", пряжения, подключенным к выходу де" тектора.Кроме того, устройство для реализации предлагаемого способа снабженодополнительным усилителем, подключенным 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 напряжеий, один вход которого соединен пааллельно с вторым выходом дополни" тельного 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 тре" тий соединен последовательно с .вторым входом индикатора квадратуры, выходом второго управляемого усилителя и вторым выходом дополнительного уси.лителя.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 управляка 1 ему входу ком пенсатора 4.Для иэверения 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 которогосоединен последовательно с первым выходом дополнительного усилителя 13 и выходом усилителя 3, индикатором 15квадратуры 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 1 б амплитуды, включенным параллельно второму входу. индикатора 15 квадратуры. Компенсатор 4 выполнен с тремя изолированными выходами, пер вый иэ которых соединен последовательно с выходом усилителя 3 выходного напряжения преобразователя и вХодом . детектора 9, второй подключен параллельно входу детектора 10, третий со 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-З 5 го выхода компенсатора.4 на входе детектора б формируется первое результирующее напряжение, а соответствующим включением третьего выхода компенсатора 4, выхода усилителя 14 и вто О рого выхода усилителя 13 на входе индикатора 15 квадратуры Формируется второе результирующее напряжение. Так как выходы детекторов 9 и 10 включены последовательно, то выходное на пряжение блока Формирования (вспомогательное напряжение) равно сумме амплитуд первого результирующего и компенсирующего напряжений, которое по-. ступает на один иэ входов блока 12сравнения, 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 кения отличается от величины напряжения холостого хода преобразователя, то на выходе блока 12 сравнения появляется напряжение разбаланса, которое, поступая на управляющий вход компен- що сатора 4, изменяет величину его выходного напряжения так, чтобы величина вспомогательного напряжения иэмери" теля была равна амплитуде первого результирующего напряжения, а следо 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(2 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 пропорциойаяьны величине удельного сопро- тивлениВ материала изделия. Фбраула изобретения 1. Вихрегоковый способ измерения физико-механических параметров электропроводных изделий, заключающийся в том, что иэделие помещают в электромагнитноеполе 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 пь величине амплитуды результирующего напряжения судят об измеряемом параметре, о т л и ч а ющ и й с я 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 ющ и й с я тем, что, с целью измерения также.и геометрических параметров, например площади поперечного се" чения однородных электропроводных иЪделий, 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 преобраэователя за счет изменения амплитуды компенсирующего напряженияЗ.Способ по пп. 1 и 2,о т л и ч а-, ю щ и й с я тем, что, с целью измерения также и удельного электрического сопротивления материала изделия выделяют и усиливают вносимое напряще" ние преобразователя, Формируют второе результирующее напряжение, равное векторной сумме усиленного вносимого напряжения, напряжения холостого ходаи компенсирующего напряжения и поддерживают его в квадратуре с напряжением холостого хода преобразователя за счет изменения коэффициента усиления вносимого напряжения, измеряют амплитуду второго результирующего на 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 токовый преобразователь 2, усилитель 3 выходного напряжения преобразователя, компенсатор 4 вход которого соединен с выходом генератора, блок вычитания, входы которого соеди-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 видевух амплитудных детекторов, выходыоторых соединены последовательно, а входы подключены соответственно к выводам 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 ход - к управляющему входу компенсатора, и измерителем амплитуды результирующего напряжения, подключенным квыходу 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 имеющимдва гальванически не связанных междусобой выхода, вторым управляемым усилителем, вход которого соединен последовательно с первым выходом дополнительного усилителя и выходомусилителя выходного .напряжения вихретокового. преобразователя, индикатором квадратуры двух синусоидальныхнапряжений, один вход которого соединен параллельно с вторым выходомдополнительного усилителя и входомисточника эталонного напряжения, выполненного в виде амплитудного детектора, выход - с управляющим входом второго управляемого усилителя,измерителем амплитуды, включенным параллельно второму входу индикатораквадратуры, а компенсатор выполненв виде усилителя компенсирующего напряжения с тремя изолированными выходами, первый из которых соединенпоследовательно с выходом усилителявыходного напряжения преобразователяи входом первого детектора блокаформирования, второй подключен параллельно входу второго де гектора блокаФормирования, а третий соединен последовательно с вторым входом индикатора квадратуры, выходом второгоуправляемого усилителя и вторым выходом дополнительного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 363046, кл. 6 01 Р 27/00, 1970.2. Неразрушающие испытания, кн.П,Справочник под ред. Р.Мак-Мастера,Поомитета СССРоткрытийМ ая иаб. . 4 5ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,6 Тираж б 42 Государственного к елам изобретений и осква ЖРа к дпнсное Составите фЯ." 4 феееоаРе акто Л. Утехина Тех д И.Кои а . Ко С, м