Устройство для измерения удельной электропроводности

СОЮЗ СОВЕТСНИХсоцИАлистичеснихРЕСПУБЛИН 1(51 С 01 Я 2 ЕНИ с 1 сс тво ССС 1971ОСУДАРСТВЕННЫЙНОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) УСТРОЙОТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содер. жащее фазоиэмеритель, индикатор, генератор переменного напряжения, образцовый резистор, компенсирующий транСФорматор, первинная обмотка котооого включена последовательно с обмоткой возбуждения вихре- токового датчика, конец вторичнойобмотки подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика .к общей шине, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, онО дополнйтельно снабжено управляемым делителем, фильтром, первым и вторым усилителями, коммутатором, формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения, первым и вторым блоками вычитания, первым и вторым преобразователями, первым и вторым элементами совпадения, реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразо" вателем, при этом первичная обмотка компенсирующего.трансформатора выполнена из двух секций, соединенных последовательно и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого через последовательно включенные Фильтр и второй усилитель подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора, начало вторичной обмотки трансформатора подключено через первый усилитель к первому входу Фазоиэмернтеля, а конец вторичной обмотки трансФорматора через амплитудный селектор подключен к второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резис- ЕФ тор подключена к входу первого преобразователя, к второму входу фазоизмерителя и к концу возбуждающей обмотки викретокового датчика, вмкодпервого преобразователя подсоединей к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подклю- . чен к выходу первого источника опор- ного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемого делителя, первый вход которого подключен через Формирователь к первым входам первого и второго элементов совпадения, выход фазоизмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразова" тель подсоединен к выходу третьего источника опорного напряжения, пеР"1070464 вый и второй выходы второго блокасравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второ.го элементов совпадения, третьивходы которых подсоединены к выходуамплитудного селектора, а выходы Изобретение относятСя к электро- измерениям,. в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитными методами, и может быть использовано дляизме рения удельной электропроводности не- магнитных электропроводящих материалов.Известно устройство, содержащее генератор, вихретоковый датчик, предварительный усилитель, фазовращатель, первый и второй усилители-ограничители, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, первый, второй, третий и четвертый дифференцирующие Формирователи, первый и второй триггеры и индикатор, причем первый и второй выходы генера.тора подключены соответственно к возбуждающей обмотке вилретокового датчика и входу фаэовращателя, выход фазовращателя через первый усилитель-ограничитель подсоединен к входу первого формирователя прямоугольных импульсов, первый выход формирователя прямоугольных импульсов через первый дифференцирующий формирователь соединен с первым входом первоготриггера, второй выход первого Формирователя прямоугбль. ных импульсов через второй дифференцирующий формирователь соединен с первым входом второго триггера, выход вихретокового датчика через последовательно соединенные пред-варительный усилитель и усилитель- З 5 ограничитель подключен к входу второго Формирователя прямоугольных импульсов, первый выход которого через третий дифференцирующий Формирователь соединен с вторым вхо дом первого триггера, второй выход второго формирователя прямоугольных импульсов через четвертый дифференцирующий Формирователь соединен с вторым входом второго триг гера, а выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к первому и второму входам индикатора 111.Недостаток указанного устройст ва - малая точность измерений вследствие фаэовой погрешности, возника.элементов совпадения подключены со.ответственно к входам прямого иинверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены ксоответствующим входам цифроаналогового преобразователя. 2ющей из-за нестабильности величины тока возбуждения вихретокового датчика, а также из-за нестабильности фазовых характеристик самого вихре- токового датчика, предварительного усилителя, фазовращателя и формирователей. Эти нестабильности приводят к погрешности измерения фазы выходного сигнала вихретокового датчика, которая регистрируется индикатором как изменение электропроводности.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения электропроводности, содержащее генератор переменного напряжения, вихретоковый датчик, компенсационный трансформатор, образцовые резистор и конденсатор, переключатель, Фазоизмеритель, снабженный переменным фазовращателем и индикатор, в котором первый выход генератора переменного напряжения подсоединен к первичной обмотке компенсационного трансформатора, включенной последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, конец вторичной обмотки компенсационного трансформатора подключен через измерительную обмотку вихретокового датчика к общей шине и ее начало подсоединено к первому входу фазоизмерителя, обмотка вихре- токового датчика через последовательно соединенные резистор, кон" денсатор и переключатель подключена к первому выходу генератора переменного напряжения, второй выход которого через переменный фаэовращатель соединен с вторым входом фазоизмерителя, выход Фазоизмерителя под" ключен к входу индикатора Г 21.Недостатком известного устройства является малая точность измерений обусловленная нестабильностью величины тока в возбуждающей обмотке вихретокового датчика, что приводит к нестабильности фазы выходного напряжения вихретокового датчика, а также нестабильностью Фазовых ха" рактеристик вихретокового датчика, компенсационного трансформатора, Фазовращателя и нестабильностью коЬэффициента преобразования фазоизме. рителя. Эти нестабильности вызывают изменение выходного сигнала Фазоизмерителя при неизменной электропроводности контролируемого материала, что и приводит к погрешности 5 измерений.Цель изобретения - повышение точности устройства. 45 Указанная цель достигается тем, 10что устройство для измерения удельнойэлектропроводности, содержащее Фазоиэмеритель, индикатор, генераторпеременного напряжения, образцовыйрезистор., компенсирующий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно собмоткой возбуждения вихретоковогодатчика, конец вторичной обмоткиподключен через измерительную обмотку вихретокового датчика к общей ши 20не, дополнительно снабжено управляемым делителем, Фильтром, первыми вторым усилителями, коммутатором,формирователем, амплитудным селектором, первым, вторым и третьим источниками опорного напряжения, первым и вторым блоками сравнения,первым и вторым блоками вычитания,первым и вторым преобразователями,первым и вторым элементами совпадения, реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем,при этомпервичная обмотка компенсирующеготрансформатора выполнена из двухсекций, соединенных последовательно З 5и согласно, выход генератора переменного напряжения подключен к первому входу управляемого делителя,выход .которого через последовательно включенные фильтр и второй усилитель подключен к первому входукоммутатора, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим выводам первой секции первичной обмотки компенсирующеготрансформатора, начало вторичнойобмотки трансформатора подключеночерез первичный усилитель к первомувходу Фазоизмерителя, а конец,вторичной обмотки трансформатора через амплитудный селектор подключенк второму входу коммутатора, общая шина через образцовый резисторподключена к входу первого преобразователя, к второму входу фазоиэмерителя и к,концу возбуждающейобмотки вихретокового датчика, выход первого преобразователя подсоединен к первому входу первого блокасравнения, второй вход которого подключен к выходу первого источника бОопорного напряжения, а выход подсоединен к второму входу управляемо"го делителя, первый вход которогоподключен через Формирователь к первым входам первого и второго эле- , б 5 ментов совпадения, выход Фазоиэмерителя подсоединен к первым входам первого и второго блоков вычитания, второй вход первого блока вычитания подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а его выход подсоединен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя и к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к индикатору, а третий вход блока вычитания через второй преобразователь подсоединен к вы- ходу третьего источника опорного напряжения, первый и второй выходы второго блока сравнения подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов совпа- дения, третьи входы которых под" соединены к выходу амплитудного селектора, а выходы элементов совпадения подключены соответственно к входам прямого и инверсного счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя.На чертеже приведена блок-схема ,предлагаемого устройства.Схема содержит генератор 1 переменного напряжения, выход которого подключен через управляемый делитель 2, Фильтр 3 н второй усилитель 4 к первому входу коммутатора 5, выходы которого подсоединены к первой секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6, которая подключена согласно-последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового датчика 7, которая через образцовый резистор 8 подключена к общей шине. Вторичная обмотка трансформатрра 6 подсоединена последовательно-встречно с измерительной обмоткой датчика 7. Потенциальный вывод резистора 8 подключен к входу первого преобразователя 9, выход которого подключен к первому входу первого блока 10 сравнения, к второму входу которого подключен выход первого иаточника 11 опорного напряжения. Выход блока 10 подключен к второму входу делителя 2. Первый вход второго блока 12 сравнения подключен к выходу первого блока 13 вычитания, второй вход которого подсоединен к выходу второго источника 14 опорного напряжения, а первый вход подсоединен к выходу Фазоизмерителя 15, первый вход которого подключен к выходу трансформатора б, через первый усилитель 16, а второй вход - к резистору 8. Измерительная обмотка датчика 7 подсоединена через ам 107046410 25 ллитудный селектор 17 к второмувходу коммутатора 5.Первый вход второго блока 18 вы-.читания подключен к выходу фаэоизмерителя 15 и к первому входу блока 13. Третий вход блока 18 подсоединен к выходу третьего источника 19опорного напряжения через второйпреобразователь 20, Вторые входыэлементов 21 и 22 совпадения подсоединены к выходу селектора 17,а третьи входы - к выходам блока 12.Выходы элементов 21 и 22 подключенык входам прямого и инверсного счета 23 реверсивного счетчика, выходы которого подсоединены к входам цифроаналогового преобразовате"ля (ЦАП) 24, выход которого подключен к второму входу блока 18. Выходгенератора 1 через Формирователь 25подключен к первым входам элемен Отов 21 и 22. Выход блока 18 подсоединен к индикатору 26.Устройство работает следующимобразом.1Генератор 1 переменного напря"жения вырабатывает напряжение Фиксированной частоты, которое, поступаетна первый вход управляемого делителя 2 напряжения. Выходной сигналуправляемого делителя 2 напряженияподается на вход Фильтра 3, которыйвыделяет из него гармоническое напряжение основной частоты. Это гармоническое напряжение усиливается .усилителем 4 и поступает на входкоммутатора 5. В режиме измеренийпри установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материаламплитудный селектор 17 настраиваюттак, чтобы его выходной сигнал был40равен. нулю. Нулевой сигнал с выходаамплитудного селектора 17 переводиткоммутатор 5 в одно состояние иодновременно закрывает элементы 21и 22. Ток возбуждения с первого выхода коммутатора 5 поступает на последовательно соединенные первичную обмотку компенсирующего трансформатора б, возбуждающую обмоткувихретокового датчика 7 и образцовый 5 ррезистор 8. При этом ток возбуждения протекает.по.обеим секциям первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6, выходное напряжениекоторого компенсирует напряжение холостого хода вихретокового датчика 7 (когда вихретоковый датчик 7находится в воздухе). Напряжение,возникающее на образцовом резисто- .ре 8 и равное Овв в е , поступает на вход преобразователя 9 переменного напряжения в постоянное,который преобразует его в постоянное напряжение61 вОвв вв т (1) 65 где (в - сопротивление резистора ВуКВ - коэффициент преобразованияпреобразователя 9;3 в - ток через резистор 8.Выходное йапряжение преобразователя 9 подается на первый вход блока 10 сравнения. Блок 10 сравнения сравнивает его с выходным напряжением источника 11 опорного напряжения, которое поступает на его второй вход. Выходной сигнал блока 10 сравнейия воздействует на второй вход управляемого делителя 2 напряжения и изменяет его коэффициент преобразования (и величину тока возбуждения) таким образом, чтобы напряжения на входах блока 10 были равными, т.е.(2)О 3 ф К 8 =м где ц .=сопят - выходное напряжениеисточника 11 опорнсго напряжения.Так как коэффициент преобразования К преобразователя .9 и сопротивление 1 в образцового резистора 8 постоянны, то из (2) следует, что величина тока возбуждения 3, также будет постоянной, независимо от параметров генератора 1 переменного напряжения, управляемого делителя 2 напряжения, фильтра 3, усилителя 4, коммутатора 5, первичной обмотки компенсационного трансформатора 6 и обмотки возбуждения вихретокового датчика 7.Вносимое. напряжение, возникающее при установке вихретокового датчика 7 на контролируемый материал, усиливается первым усилителем 16 н поступает на первый вход Фаэоизмерителя 15,. которыЯ измеряет его фазу. На второй вход фазоизмернтеля 15 подается опорный сигнал с резистора 8. Так как Фаза вносимого напряжения однозначно связана с удель ной электропроводностью материала, то выходной сигнал фаэоизмерителя 15 также будет пропорционален удельной электропроводности. Напряжение с выхода фазоиэмерителя 15 поступает на первые входы блоков. 18 и вычитания.Режим коррекции погрешности измерения устройства реализуется при отводе вихретокового датчика от поверхности материала. Амплитуда напряжения на измерительной Обмотке датчика 7 изменяется и срабатываетподключенный к ней амплитудный селектор 17. Сигнал на его выходе становится равным логической,1. Он открывает по вторым входам элементов 21 и 22, а также переключает коммутатор 5 в другое состояние. В результате ток возбуждения(3) где .Олк 40 45 50 55 от второго выхода коммутатора 5 протекает только по виткам второй секции первичной обмотки компенсирующего трансформатора 6. При этом напряжение вторичной обмотки компенсационного трансформатора только частично компенсирует напряжение холостого хода вихретокового датчика 7 и на входе усилителя 16 возникает напряжение разбаланса, амплитуда и фаза которого зависят от величины .тока возбуждения, количества витков обмоток вихретокового датчика 7 и компенсирующего трансформатора 6 и электрических параметров измерительной обмотки датчика 7 и вторич" ной обмотки компенсирующего трансФорматора 6Так как количество витков обмоток неизменно, а величина тока возбуждения поддерживается постоянной, то фаза сигнала разбаланса в режиме коррекции зависит только от электрических параметров измерительной обмотки вихретокового датчика 7 и вторичной обмотки трансформатора 6. Амплитуда сигнала разбаланса при постоянной величине то-. ка возбуждения зависит от соотношения числа витков секций первичной . обмотки трансформатора 6 и от магнит.ной связи его вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки. Соотношение витков секций первичной обмотки трансформатора 6 и магнитную связь его.вторичной обмотки с каждой из секций первичной обмотки устанавливают таким, чтобы амплитуда сигнала раэбаланса,соответствовала амплитуде вносимого напряжения в диапазоне измеряемых значений удельной электропроводности.В режиме коррекции на выходе фазо:измерителя 15 имеется, некоторое постоянное напряжение Ощк, пропорциональное фазе сигнала раэбаланса.При .настройке, когда устройство работает в режиме коррекции, величину напряжения источника 14,опорного на,пряжения устаналивают равной величине напряжения Фазоиэмерителя 15 в момент настройки Оюкч Напряжение на выходе блока 13 вычитания в этом случае равно нулю. Реверсивный счетчик 23 сброшен в.нулевое состояние и выходное напряжение цифроаналогового преобразования 24 также равно нулю, Если в последующем вследствие действия дестабилизирующих факторов изменяются параметры вихретокового датчика 7, компенсирующего трансформатора 6, усилителя 16 и фазоиэмерителя 15, то при очередной коррекции выходной. сигнал Фаэоиэмерителя 15 уже не будет равен значению 0 лзкмНа выходе блока 13 вычитания появится разностный сигналОЮ -0%,-0 л д,5 выходной сигнал фазоизмерителя 15 прн очеред"ной коррекции.Это разностное напряжение в свою.очередь сравнивается блоком 12 срав нения с выходным напряжением ОЦцифроаналогового преобразователя 24.Если Ол Ою, то на первом выходеблока 12 сравнения появится сигналлогической фф 1 фф, который открываетэлемент 21 по третьему входу исчетные импульсы от Формирователя 25счетных имцульсов поступают на входпрямого счета. реверсивного счетчика 23, в котором записывается соответствующий код. Этот код преобразуется цифроаналоговым преобраэователем 24 в пропорциональное напряжение ОЬ , И как только оно станет равным напряжению ОЮ, сигнал 25на первом выходе блока 12 сравнения 2 станет равным нулю ипоступлениеимпульсов в счетчик 23 прекратится.Если же ОцОг то сигнал логической 11 ф появится на второмвыходе блока 12 сравнения и им пульсы от формирователя 25 черезэлемент 22 будут поступать на входинверсного счета реверсивного счетчика 23. Код в счетчике и соответственно напряжение цифроаналогового 35 преобразователя 24 будут уменьшаться, пока напряжения на входах блока 12 сравнения не сравняются:)2 ОлЪ " 5 К Ол 5 чм (4) т.е. выходное напряжение ЦАП.24 равно по величине и знаку сигналу ошибки, возникающей из-эа нестабильности параметров вихретокового датчика 7., компенсирующего трансформато-ра 6, предварительного усилителя 16 и фазоизмерителя 15. В ходе последующих измерений элементы 21 и 22, закрыты нулевым сигналом с выхода амплитудного селектора 17. Код в .счетчике 23 и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 24., при этом не меняются. Напряжение 01 л, поступает также на второй вход блока 18 вычитания н вычитается иэ выходного сигнала Фазоизмернтеля 15. Тем самым компенсируется погрешность от нестабильности параметров вихре- токового датчика 7, компенсирующего трансформатора 6, предварительного усилителя 16 и фазоизмерителя 15. В результате повышается точность измерений по сравнению с известным устройством в 5-10 раэ./5 илиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная,73/42 ТирВНИИПИ Государствпо делам изобр 113035, Москва, Ж-З ж 823нного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д.