Электромагнитный интегрирующий толщиномер

СОЮЗ СОВЕТОИХ СОРИА ЛИСТИЧЕСН ЯО СПУБЛИН 1 В 7/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(72) злек тоск льзо ь ис пног итью ппени и тол точнономерае орачест ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕВЬСТВ 4 163759/25-2818.12.8630.09.88. Бюл. Ф 36Львовский политехнический инстиим. Ленинского комсомола и Львов- лесотехнический институт В.Г.Брандорф и В.Л.Котляров 620.179.14 (088.8)Брандорф В,Г, Интегрирующий ромагнитный толщиномер. - Дефекпия, У 12, 1981, с.67"77.ТЕГРИРУЮЩИЙ(57) Изобретение может бвано для толщинометрии кных неферромагнитных издизобретения является повсти и упрощение настройкза счет использования в ганов настройки переменных резисторов и схемы автоматической подстройкичастоты генератора в паузы между иэ"мерениями. Автоматическая подстройкачастоты происходит по сигналу 11,1 сосхемы 10 управления. При этом замыкаются управляемые ключи 27 и 21, сфазочувствительного детектора 26 нарегулятор 28 перестраиваемого генератора 29 поступает напряжение, пропорциональное изменению частоты генера.тора 29. Происходит перестройка генератора 29, При измерении толщины иэделия по сигналам с дешифратора 19,соответствующим узлам аппроксимации,ключи 21 - 21,1 поочередно включаютв частотозадающую цепь генератора 29переменные резисторы 20 -20+1, каждый из которых настроен натребуемуючастоту аппроксимации . 3 ил .Изобретение относится к средствамизмерения толщины и может быть использовано для толщинометрии крупногабаритных неферромагнитныхизделий,например оболочек,Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение настройкитолщиномера за счет использования вкачестве органов настройки переменных 10резисторов и использования схемы автоматической подстройки частоты гене.ратора в паузы между измерениями,На фиг,1 изображена функциональнаясхема толщиномера; на Фиг.2 - временные диаграммы сигналов в его цепях;на фиг.3 - функциональная схема схемы управления.Толщиномер содержит соединенныепоследовательно источник 1 постоянного напряжения, резистор 2. обмоткч 3возбуждения и первый управляемыйключ 4, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника 1 постоянного напряжения, соединенные пос"ледовательно индукционный преобразователь 5, буферный усилитель 6, второй управляемый ключ 7, интегратор 8,компаратор 9 и схему 10 управления,первый и второй выходы которой соединены с управляюшими входами соответственно первого управляемого ключа 4и второго управляемого ключа 7, третий ключ 11, подключенный к общейточке обмотки 3 возбуждения и резистора 2 и входу интегратора 8, клемму 3512, предназначенную для подключенияпеременного напряжения, соединенныепоследовательно формирователь 13 импульсов и первый делитель 14 частоты,выходы которого соединены соответст" 40венно с вторым и третьим входамисхемы 10 .управления, соединенные последовательно генератор 15 с автоматической подстройкой частоты, схему2 И-НЕ 16, второй вход которой соединен с третьим выходом схемы 10 управления и управляющим входом третьегоуправляемого ключа 11, счетчик 17второй вход которого соединен с четвертым выходом схемы 10 управления, 50и индикаторный регистр 18, первыйвход которого соединен с пятым выходом схемы 10 управлениядешифратор19, входы которого соединены с выхо"дами счетчика 17, (и+1) переменныхрезисторов 20,-20 +0 , (и+1) управляемых ключей 21, - 21+,1 , каждый изкоторых соединен последовательно ссоответствующим переменным резистором 20, -201образуя (п+1) цепочек, соединенных между собой параллельно соединенные последовательно первый инвертор 22, вход которого соединен с шестым выходом схемы 10 управления и управляющим входом управляемого ключа 21, из первой цепочки, и схему 2 И 23, второй вход которой соединен с первым входом дешифратора 19, а выход - с управляющим входом управляемого ключа 21ф из второй цепочки.Генератор 15 с автоматической подстройкой частоты выполнен в виде соединенных последовательно кварцевого генератора 24, второго делителя 25 частоты, фазочувствительного детектора 26, управляемого ключа 27, управляющий вход которого является входом генератора 15 с автоматической подстройкой частоты и соединен с шестым выходом схемы 10 управления, регулятора 28 и перестраиваемого генератора 29. В частотозадающую цепь перестраиваемого генератора 29 включены цепочки из переменных резисторов 20, -2011+1 и управляемых ключей 21-2111 . Выходы дешифратора 19 с второг; по п-й соединены соответственно с управляющими входами ключей 21 -21 1+1 Схема 10 управления выполнена в виде соединенных последовательно К-Я- триггера 30, К-вход которого является первым входом схемы 1 О управления, схемы И 31, выход которой является третьим выходом схемы 10 управления, и второго инвертора 32, выход которого является шестым выходом схемы 10 управления, третьего инвертора 33, вход которого является вторым входом схемы 10 управления, а выход соединен с вторым входом схемы И 31, соединенных последовательно четвертого инвертора 34, вход которого является третьим входом и первым вь 1 ходом схемы 10 управления и соединен с Б-входом триггера 30 и третьим входом схемы И 31, а выход является вторым выходом схемы 10 управления, и первой дифференцирующей цепи 35, выход которой является пятым выходом схемы 10 управления, второй дифференцирующей цепи 36, вход которой соединен с входом третьего инвертора 34, а выход является четвертым выходом схемы 10 управления.Толщиномер работает следующим образом.Обмотку 3 возбуждения и индукционный преобразователь 5 поля накладывают соосно на разные стороны объекта контроля (не показан). На клемму 12 подается напряжение Б (например, от вторичной обмотки силового трансФорматора блока питания толщиномера) и на выходе Формирователя 13 импульсов возникает прямоугольное напряжение Н (С =20 мс), поступающее на вход делителя 14 частоты. Количество разрядов этого делителя выбирается из следующего условия: полупериод прямоугольных импульсов его последнего разряда должен быть, больше длительности переходных процессов . в контуре тока 1(1) источника 1 пос/тоянного напряжения и в контуре вих. ревых токов в неферромагнитном объек,те контроля.Сигнал Бформируется иэ сетевого напряжения У путем деления частоты Б на два, Этот сигнал формируется в качестве промежуточного, иэ . которого путем последующего деления частоты на два формируется сигнал 04 и 0 . Эти два сигнала поступаютссна выходы делителя 14 частоты, откуда они поступают на второй и третий входы схемы 10 управления.Схема 10 управления включает и 1выключает ключ 4 сигналом 08-, . В мо" мент совпадения сигнала Уз-, и сигнала 04. , поступающего на второй вход"ссхемы И 31 через инвертор 33 с второго входа схемы 10 управления, на выходе схемы И и третьем выходе схемы 10 управления появляется "1" и начинается интервал ь. Включается управляемый ключ 11. Когда триггер 30 сигналом компаратора 9 переключит" ся в 0", интервалзакончится и управляемый ключ 11 разомкнется, При включенном управляемом ключе 11 включены ключи 21, 27 и наоборот. При включенном управляемом ключе 4 включен управляемый ключ 7 и наоборот. Дифференцированием переднего и заднего фронтов сигнала Уа, с помощью дифференцирующих цепей 35 и 36 получают короткие импульсы У и Б на четвертом и пятом выходах схемы 10 управления.На фиг.2 показан случай, когда количество разрядов первого делителя 14 частоты равно трем и напряжения Б и Цс выходов его предпослед снего и последнего разрядов с периода"ми следования 80 и 160 мс подаютсяна второй и третий входы схемы 10управления. При укаэанных значенияхпериодов полупериод тока х равен80 мс, и при толщине электропроводящих включений Т й 50 мм, которые мо 10 гут располагаться в стенке контроли"руемого иэделия, показания толщиноме"ра не зависят от их наличия. ЕслиТ 50 мм, то количество разрядовпервого делителя 14 частоты должно15 быть увеличено для сохранения укаэанного выше условия.На временных интервалах переходатока 1(С) от одного стационарногозначения к другому в обмотке индукционного преобразователя наводятсяимпульсы ЭДС е(с,Тх),(Т - значениеизмеряемой толщины), которые поступают на вход буферного усилителя 6,служащего для обеспечения режима хо 25 лостого хода этой обмотки и получе"ния низкого выходного сопротивления.Непосредственно перед моментомвыходное напряжение интегратора 8Б (С)=0. В момент с размыкается уп".равляемый ключ 4 и замыкается управляемый ключ 7, Отрицательный импульсе(,Т) интегрируется интегратором 8.В момент г.= + с переходные процессызавершаются и Бб(с) становится неиз,менным: У(С).=Бе(Тх )35В момент с размыкается управляемый ключ 7 и замыкается управляемыйключ 4, вновь возникает ток (С).Так как вход интегратора 8 отключен,то его выходное напряжение не изменяется. К моменту й замыкания управляемого ключа 11 ток (С) становитсяпостоянным и в этот момент интегратор8 начинает интегрировать положитель 45 ное постоянное напряжение, снимаемоес резистора 2, Напряжение Б (С) уменьшается по линейному закону до момен"та й, когда Б (С)=0, что вызываетсрабатывание компаратора 9, воздействующего на первый вход схемы 10 управления так, что управляемый ключ11 размыкается. Это состояние рассмотренной части схемы остается неизменным до моментаначала следующего аналогичного цикла работы.Интервал времени"х х(Тх) хИю ( 1)где Ы(Т) - коэффициент вэаимоиндукции между обмотками 3 И 5;5 14271К - величина сопротивлениярезистора 2 (выходная величина преобразователятолщины Т в интервалвремени ь )Ьлагодаря тому; что время интегрирования е (Г,Тк) кратно периоду С обеспечивается высокая помехозащита преобразования Т - ф10.Преобразование Т - "ь, как следует из (1), является нелинейным и дпя линеаризации сквозной градуировочной характеристики служит остальнаячасть схемы. Линеаризация осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации. Для конкретного преобразователя толщины в интервал времени в заданном диапазоне измеряемых толщин Т, сТ 6 Т экспериментально полу 20 чают градуировочную харакч еристику ь(Т). Затем из условия Р й Е(8 8) реализуемая и заданная погрешность от нелинейности, соответственно раз. бивают диапазон 1 Т , Т 1 на примыкаемые интервалы.На, временных интервалах ь дч между соседними импульсами С ключи 21 и 27 замкнуты и совокупность функциональных узлов 20, 21 24-29 и связей между ними образуют стандартную схему АПЧ. При этом замкнуто кольцо обратной связи с выхода перестраивае" мого генератора 29 на второй вход фазочувствительного детектора 26. Работа АПЧ заключается в подаче на З 5 вход перестраиваемого генератора 29 такого напряжения, чтобы частота этого генератора была равна частоте на выходе второго делителя 25. При этом в частотозадающей цепи генератора 29 40включен резистор 20.Управление перестраиваемым генератором 29 при размыкании управляемых ключей 21, и 27 происходит только путем изменения величины резисторов 45 20 - 20,1 в его частотозадающей цепи, так как при этом напряжение на его входе оказывается неизменным, обеспечивающим устранение влияния изменения его параметров. Таким обра" 50 эом, с помощью контура АПЧ происходит периодическая автоматическая калибровка перестраиваемого генератора 29, что позволяет повысить стабильность этого генератора как устройства, за дающего частоты, необходимые для работы толщиномера.В момент с, импульс Б с четвертого выхода схемы 10 управления уста 6 г 6навливает счетчик 17 в состояние, соответствующее показанию Т, и на первом выходе дешифратора 19 возникает сигнал " 1" (1), В момент С, перехода 0,1 от уровня "1" к уровню "0" на выходе инвертора 22 устанавливается уровень "1", что вызывает появление единицы на выходе схемы 2 И 23, Таким образом, в этот момент ключи 21 и 27 размыкаются, ключ 21 замыкается, цепь АПЧ размыкается, на выходе регулятора 28 сохраняется напряжение управления генератором 29. Вместо резистора 20 в частотозадающий контур этого генератора включается резистор 20. Таким образом, вмомент 1 выходная частота генератора 29 становится равной 2, . Через схемы 2 И-НЕ 16 на счетный вход счетчика 17 поступает последовательностьимпульсов с частотой следованияПутем изменения величины резистора20 при настройке толщиномера часто"ту 11 выбирают такой, что при изменении толщины на величину АТ=Т,-Т,"Т.,) - нижняя граница последнегоинтервала, равную значению последнего,интервала аппроксимации, состояниесчетчи:.а будет соответствовать значению ТВ моментсостояние счетчикабудет соответствовать значению ТЭто состояние дешифрируется, управляемый ключ 21 размыкается, управляемый ключ 21 замыкается. Взамен резистора 20 в частотозадающий контургенератора 29 вводится резистор 20.На вход счетчика 17 поступает последовательность импульсов с частотойЙ , настраиваемой аналогично с помощью резистора 20. Таким образом,осуществляется настройка всех резис"торов 20-20+,1 , В процессе измерений смена частот завершается в момент окончания импульса 0.В момент з импульс Не поступаетс выхода е системы 10 управления навход Запись индикаторного регистра18 и значение измеренной толщины Тиндуцируется его индикатором,Последовательность импульсов Бпоступивших на вход счетчика 17, йокаэана на фиг,2 (Я,Б, Б - коГличества импульсов соответствующихчастот).формула изобретенияЭлектромагнитный интегрирующийтолщиномер, содержащий соединенныепоследовательно источник постоянногонапряжения, резистор, обмотку возбуждения и первый управляемый ключ, второй вывод которого соединен с вторымвыводом источника постоянного напря"жения, соединенные последовательноиндукционный преобразователь, буферный усилитель, второй управляемыйключ, интегратор, компаратор и схемууправления, первый и второй выходыкоторой соединены с управляющими входами соотйетственно первого и второго ключей, третий управляемый ключ,включенный между общей точкой обмотки 1 бвозбуждения и резистора и входом интегратора, соединенные последовательно формирователь импульсов, предназначенный для подключения к источникупеременного напряжения, и первый делитель частоты, выходы которого соединены соответственно с вторым итретьим входами схемы управления, со"единенные последовательно генераторс автоматической подстройкой частоты, 25схему 2 И-НЕ, второй вход которойсоединен с третьим выходом схемы управления и управляющим входом третьего ключа, счетчик, второй вход которого соединен с четвертым выходомсхемы управления, и индикаторный регистр, первый вход которого соединенс пятым выходом схемы управления, идешифратор, входы которого соединеныс .выходами счетчика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощениянастройки, он снабжен п+1) переменными резисторами, (и+1) управляемымиключами, каждый из которых соединенпоследовательно с соответствующимпеременным резистором, образуя п+1)соединенных между собой параллельноцепочек, соединенными последовательно инвертором, вход которого соединенс шестым выходом схемы управления иуправляющим входом ключа первой цепочки, и схемой 2 И, второй вход которой соединен с первым выходом цешифратора, а выход - с управляющим входом ключа второй цепочки, генераторс автоматической подстройкой частотывыполнен в виде соединенных последовательно кварцевого генератора, второго делителя частоты, фазочувствительного детектора, ключа, управляющий вход которого является входомгенератора с автоматической подстройкой частоты и соединен с шестым выходом схемы управления, регулятора иперестраиваемого генератора, выходкоторого соединен с вторым входомфазочувствительного детектора и является выхоДом генератора с автоматической подстройкой частоты, а в частотозадающую цепь перестраиваемогогенератора включены цепочки из переменных резисторов и ключей, второй -и-й выходы дешифратора соединены соответственно с управляющими входамиключей третьей - (и+1)-й цепочек.Составитель И,Иванюшенкоактор М.Петрова Техред М.Ходанич рректор Л.Пилипе аз 4841/ 80 одпис но ВНИИ Р рственного комитета ССобретений и открытийЖ, Раушская наб., д/5 30 Производственно-полиграфическое предп ТиражИ Госу делам Москва е, г, Ужгород, ул. Проек