Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости и устройство для его осуществления

(5 )М. Кл. 6 01 й ЗЗ/16 с присоединением заявки М Ваударетюей кеиятет СИР ао делам ямбретеяяя и етхрнтяй(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИИ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости веществ. Известен способ измерения магнитной вос- ф приимчивости веществ, основанный на воздействии на вещество первичным переменным полем, создаваемым неподвижной катушкой с током заданной амплитуды и частоты, обнаружении вторичного поля той же частоты магнитометром, первичный преобразователь (датчик) которого размещен вблизи катушки.В устройстве, реализующем известный способ, влияние первичного поля на показания устройства уравновешено электрически путем сложе ф ния выходного напряжения магнитометра с обратным по знаку напряжением, вырабатываемым генератором, питающим катушку.Уравновешивание осуществляется при отсутствии исследуемого вещества. При внесении вещества баланс напряжений нарушается и на выходе устройства появляется разность напряжений, которая регистрируется показывающим прибором и несет информацию о значевщмапппной восприимчивости вещества 111.Недостатком известных способа и устройст.ва является низкая точность юмерений, обусловленная нарушением баланса напряженийкак. самопроизвольно, так и за счет влияниявнешних факторов, например температурыокружающей среды, Нарушение баланса напряжений не может быть выявлено в процессеюмерений, поскольку первичное и вторичноепеременные поля имеют одну и ту же рабочую частоту.Известен также способ определения элйстро.проводности и магнитной восприимчивости,заключающийся в том, что на образец воздействуют переменным магнитным полем и регистрируют ЭДС вторичной электромагнитнойиндукции, по амплитуде которой судят опараметрах образца,Устройство для осуществления известногоспособа содержит непроводяшую немагнитнуюопору с закрепленной на ней осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, проходящейчерез его центр перпендикулярно направлениюего магнитного момента, измерительную обмот ку, размещенную на магните и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, щетки, касающиеся колец, укрепленные на опоре, устройство для регистрации ЭДС, подключенное к обмотке.Магнит, закрепленный на одном конце оси, приводят в движение, Перемещаясь относи. тельно неподвижного проводящего вещества, например металлической шины, магнит воз. буждает в ней иццукционные токи, вызывающие вторичное поле, которое возбуждает в измерительной обмотке, надетой на магнит, ЭДС вторичной электромагнитной индукции, По амплитуде этой ЭДС определяют электропроводность исследуемого вещества 2),Недостатками известных способа и устрой- ства являются невысокая точность и низкая помехозащищенность измерений. Невысокая точность измерений связана с тем, что наво. димая в обмотке ЭДС пропорциональна не только злектропроводности вещества, но и его магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности. Низкая иомехозащищенность обусловлена влиянием на измерительную обмотку однородных постоянных и переменных магнитных полей.Цель изобретения - повышение точности.Укаэанная цель достигается тем, что в способе определения электропроводности и магнитной восприимчивости, включающем воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичнойэлектромагнитной индукции, выделяют иэ ЭДС вторичной электромагнитной индук ции сигнал с частотой, равной удвоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его на синфазную и квадратурную составляюшие, по амплитуде которых судят об электронроводности и магнитной воспри,имчивости образца.Кроме того, устройство для осуществления способа, содержащее непроводящую немагнитную опору с закрепленной иа ней осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, проходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, измерительную обмотку, размещенную на магните и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, а также щетки, укрепленные на опоре, с возможностью скольжения по коллекторным кольцам, снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя разрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжения по разрезным коллекториым кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфаз 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ным и квадратурным детекторами и двумяиндикаторами, входы которых подключенык выходам соответствующих детекторов, сиг.нальные входы которых подсоединены квыходу избирательного усилителя, входкоторого подключен к щеткам, при этом управ.ляющие входы синфазного и квадратурногодетекторов подсоединены к соответствующимвыходам коммутатора, вход которого под.ключен к дополнительным щеткам.Повышение точности достигается такжетем, что измерительная обмотка выполненав виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита симметрично отно.сительно его оси вращения и соединенныхпоследовательно-встречно,Измерительная обмотка выполнена в виде трех секций, расположенных на постоянном магните симметрично относительно егооси вращения, при этом срецняя секциявключена последовательно-встречно, по отношению к крайним секциям, соединеннымсогласно.На фиг, 1 изображено устройство дляопределения электропроводности и магнитнойвосприимчивости, реализующее способ; нафиг, 2 - узел устройства, используемый внем при проведении измерений вблизи заполненных веществом полупространств или тел;на фиг, 3 - узел устройства, используемыйв нем при проведении измерений в сплошных средах.Устройство для реализации способа содержит непроводящую немагнитную опору 1,постоянный магнит 2, закрепленный в опоре1 осью 3, проходящей через его центр перпендикулярно направлению магнитного момента (в данном случае - линии, соединяющейполюса магнита 2 М и 8), измерительнуюобмотку 4 надетую на магнит, коллекторныекольца 5, установленные на оси 3, с которыми соединены концы измерительной обмотки 4, щетки 6, закрепленные на опоре 1,электродвигатель 7, ротор которого механически связан с осью 3, разрезные коллекторные кольца 8, установленные на оси 3, дополнительные щетки 9, закрепленные на опоре 1, усилительно преобразовательный блок10, включающий в себя избирательный усилитель 11, настроенный на удвоенную частоту2 1 вращения постоянного магнита 2, входкоторого соединен с основными щетками 6,два синхронных детектора - синфазный 12и квадратурный 13 сигнальные входы которых соединены с выходом избирательногоусилителя 11, коммутатор 14, вход которогосоединен с дополнительными щетками 9, авыход - с соответствующими управляющимивходами синхронных детекторов 12 и 13,01961 4 5 5 9 два индикатора 15 н 16, подключенные к выходам синхронных детекторов 12 и 13, Устройство используется для измерения параметров образца в виде тела 17 конечных размеров. Для измерения вблизи заполненного веществом полупространства 18 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную в виде двух секций 19 и 20, расположенных на концах мапвта 2 симметрично относительно его .оси вращения 3 (ось вращения перпендикулярна плоскости ,чертежа) и включенных встречно (фиг. 2),При проведении измерений в сплошной среде 21 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную .в виде трех секций 22, 23 и 24, расположенных на магните 2 симметрично относительно его оси вращения 3, при этом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23 (фиг, 3).Способ осуществляется следующим образом, Закрепленный в опоре 1 постоянньй манит 2 приводится во вращательное движение с помощью электродвигателя 7. Вращающийся магнит 2 создает в окружающем пространстве первичное переменное магнитное поле частоты 1, равной частоте вращения. Если в это поле помещают исследуемое вещество, например; в виде тела 17 конечных размеров, то, благодаря облучению полем, в веществе возникают индукционные токи и индуктивная (наведенная) намагниченность, которые также изменяются во времени с частотой 1. Эти токи и намагниченность создают вторичное поле, интенсивность которого зависит от электропроводности и магнитной восприимчивости вещества. Вторичное магнитное поле также изменяется с частотой 1. Вторичное поле наводит ЭДС в измерительной обмотке 4, надетой на магнит 2. Поскольку измерительная обмотка не неподвижна, а вращается вместе с магнитом также с частотой т, наводимая в ней ЭДС имеет частоту 2 1. ЭДС частоты 2 1 снимается с измерительной обмотки 4 посредством коллекторных колец 5, закрепленных на оси 3 и щеток 6, закрепленных на опоре 1. Сигнал поступает на избирательный усилитель 11, настроенный на частоту 2 , затем на входы двух синхронных детекторов - синфазного 12 и квадратурного 13. Коммутирующие напряжения частоты 2 1 для указанных синхронных детекторов вырабатываются с помощью коммутатора 14, соединенного с дополнительны. ми щетками 9 и раэрезными коллекторными кольцами 8. Благодаря использованию синфазного 12 и квадратурного 13 синхронных детекторов удается из общего сигнала частоты 2 Ф выделить составляющую, которая несет информацию об электропроводности тела, и вторую составляющую, которая несет информацию о магнитной восприимчивости того же тела. Эти два сигнала, разделенные по фазе, регистрируются независимо с помощью индикаторов 15 и 16,В условиях сильного влияния на измеря. тельную обмотку 4 внешних (т.е, не связанных с наличием исследуемых веществ) однородных постоянных и переменных магнитных полей способ реализуется с помощью устройства следующим образом.При проведении измерений вблизи заполненного веществом полупространства 18 (фиг. 2) или тела в измерительной обмотке 4, выполненной в виде двух секций 19 и 20 с одинаковым количеством витков, включен. ных встречно, вращающейся вместе с магии. том 2 на оси 3, возникает ЗДС, пропорциональная разности магнитных индукций вторичного поля. Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 19 и 20 до границы исследуемого вещества и поскольку часть полупериода вращения каждая секция 19 и 20 находится ближе к исследуемому веществу, чем другая, В то же время суммарная ЭДС помехи, обусловленная влиянием внешних однородных постоянных и переменных магнитных полей,будет практически равна нулю.При проведении измерений в сплошной среде 21 со сферической или цилиндрической полостью для размещения в ней чувствитель-, ной части устройства (фиг. 3) в измеритель- ной обмотке 4, выполненной в виде трех секций 22, 23 и 24 (при этом крайние сек. ции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23), вращающейся вместе с магнитом 2 на оси 3, возникает ЗДС, пропорциональная разности магнитных индукций вторичного поля. Эта ЗДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 22, 23 и 24 до границы исследуемого вещества и поскольку крайние секции 22 и 24, включенные согласно, всегда расположены ближе к границе исследуемого вещества, чем средняя секция 23, по отношений к которой крайние секции 22 и 24 включены встречно. В то же время суммарная ЭДС помехи, обусловленйая влиянием внеш. иих однородных постоянных и переменных магнитных полей, если количество витков в средней секции 23 примерно совпадает с количеством витков в двух крайних секциях 22 и 24 будет практически равна нулю.Преимущество предлагаемого способа и реализующего его устройства заключается в том, что точность измерений повышается засчет снижения влияния внешних магнитныхполей и остаточной намагниченности веществана 1-2 порядка.Формула изобретения1. Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости, включающий воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше. ния точности, вьщеляют иэ ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с часто. той, равной удвоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его иа синфаз- ную и квадратурную составляющие, по амплитуде которых судят об электропроводности и магнитной восприимчивости образца.2, Устройство для осуществления способа по п, 1 содержащее непроводящую немагнит ную опору с закрепленной иа ией осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, про. ходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, изме. рительную обмотку, размещенную на магии. те, и подключенную к коллекторным коль. цам, расположенным на оси, а также щет. ки, укрепленные на опоре с возможностью скольжения по коллекторным кольцам, отличающееся тем,чтооно снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя раэрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольженияпо разрезным коллекторным кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфазным и квадратурным детекторами иэ двумя индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детек.торов, сигнальные входы которых нодсоединены к выходу избирательного усилителя,вход которого подключен к щеткам, при1 О этом управляющие входы синфазного иквадратурного детекторов подсоединенык соответствующим выходам коммутатора,вход которого подключен к дополнительныйщеткам,133, Устройство по п. 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что измерительная обмоткавыполнена в виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита симметрично относительно его оси вращения и26 соединенных последовательно. встречно. 4. Устройство по п, 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что измерительная обмот.ка выполнена в виде трех секций, располоа23 женных на постоянном магните симметричноотносительно его оси вращения, при этомсредняя секция включена последовательновстречно но отношению к крайним секциям,соединенным согласно,36 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Нф 106425,кл, 6 01 й 33/16, 1956.2. Мишин Д. Д. Вторичная электромагнит 3ная индукция, Сборник "Физика магнитныхматериалов", Калинин, Изд-во КГУ, 1979,.с. 78 - 80,901961 ель В. НовожиловС,МигуноваКорректор С. шекмар тор Л. Горбунова ех Тираж 718 ВНИИПИ Государственного комите по делам юобретений и откр 13035, Москва, Ж - 35, Раушская на