Способ измерения удельного сопротивления и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 8 с 1 С 01 К 31 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИдвтоескомм свидетельству Н ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Львовский ордена. Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола и Специальное конструктор ско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г.В, Карпенко(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ ЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов . Может быть использовано для измерения электропроводности не- ферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии. Способ заключается в квантовании периода возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты Г, формировании временного интервала (ВИ) сф, соответствующего заданному значению фазы. ВИсравнивают с ВИмежду сигна1260877 ЗО лами на выходах токовоц ц измерительной катушек преобразователя. Когда ь = (ь прекращают изменение частоф уты, Считают число И, импульсов образцовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты. Устанавливают преобразователь на поверхность другого участка и повторяют процесс автоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с заданным значением и в момент их сравнения считают число импульсов М образцовой частоты и число периодов возбуждающей частоты. Сравнивают величины Б, и Иг и после их сравнения по величине заИзобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредственно на изделии.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.По предлагаемому способу, установив вихретоковый преобразователь на поверхность первого участка, его токовую катушку возбуждают синусои,дальным напряжением частотой Г. Квантуют период возбуждающего сигнала частотой 1 и формируют временной интервал о соответствующий заданному значению фазы. Сформированный нременной интервал , сравнивают с временным интервалом , между сигналами на выходах токовой и измерительной катушек преобразователя и в зависимости от результата сравнения, увеличивают или уменьшают частоту Е возбуждения преобразователя. Описанный процесс продолжают до тех пор, покагне выполнится условие ,р,=В момент выполнения указанного условия прекращают изменение частоты и с началом очередного периода начинают одновременно считать число периодов возбуждающей частоты Г и число импульсов образцовой частоты Й . В мо -о мент сравнения подсчитываемого числа периодов озбуждающей частоты с заданным значением в,прекращают счификсированного цело. о числа периодоввозбуждающей частоты определяют конечный результат измерения. Устройстводля реализации способа содержит .генератор 1 управляемого синусоидапьногонапряжения, генерагор 2 образцовойчастоты, вцхретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4-5,элементы И 12, 13, 6, 7, 1 О, счетчики импульсов 24-26 реверсивные, делитель частоты 23, триггер 17, для достижения цели дополнительно введены триггеры 18 - 22, элементыИ 8, 9, 11, 14, 15, 16. 2 с. и.ф - лы 2 ил. 2тать и фиксируют .подсчитанное числоН импульсов образцовой частоты. УсГанавливают преобразователь на поверхность другого участка и повторя,от процесс автоподстройки частоты Евозбуждающего сигнала, квантованияего периода, и формирования 7,Р . Присравнении формируемого временного интервала , с с прекращают автопод стройку частоты и с началом очередного периода зафиксированной частотыЕг управляемого генератора начинаютсчитать число пг ее периодов и числоН г импульсов образцовой частоты, В 1 З момент сравнения подсчитываемого числа Яг импульсов образцовой частоты сзафиксированным числом Н, при контроле первого участка прекращают считать числа обеих частот и фиксируют 20 подсчитанное число Ьг периодоввозбуждающей частоты 1 , По эагфиксированному числу определяют конечный результат измерения,2 Числа И и Иг определяются соотношениями1 1(2) где , - удельное электрическое сопротивление первого участкаизделия;р - удельное электрическое со-Р 11противление второго участка изделия.йЕсли и, выбрать кратным 10, то относительное электрическое сопротивление О,ц будет равно2 отн0п, (3)На фиг. 1 изображена блок-схемаОпредлагаемого устройства; на фиг. 2 -временные диаграммы, поясняющие егоработу,Устройство для Измерения удельного сопротивления содержит генератор 1управляемого синусоидального напряжения, генератор 2 образцовой частоты, вихретоконый преобразователь 3,усилители-формирователи 4 и 5, элементы И 6-16, триггеры 7-22, делитель 23 частоты, счетчики 24-26 импульсов.Выход генератора 2 образцовойчастоты соединен с первыми входамиэлементов И 6, 7, 12 и 13. Выходыэлементов И 6 и 7 соединены соответственно с входом делителя 23 частотыи вычитающим входом счетчика 24 импульсов, а суммирующий вход последнего соединен с выходом делителя частоты. Выход генератора 1 соединен свходом преобразователя 3, выходы которого соединены соответственно свходами. усилителей-формирователей 4и 5. Выход усилителя-формирователя 4соединен с входами элементов И 6, 351 О и 11, первыми входами триггеров 1и 18 и синхронизирующим входом триггера 20. Выход усилителя-формирователя 5 соединен с вторым входом триг.гера 18, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 9,а инверсный - с вторым входом элемента И 8. Второй вход триггера 17соединен с выходом переполнения счетчика 24, его прямой выход - с вторым 45входом элемента И 7 и первым входомэлемента И 8, инверсный - с вторым,нходом элемента И 9. Прямой выходтриггера 19 соединен с первыми входами триггера 20 и элемента И 14, ин версный - с вторым входом триггера 20, выход которого соединен с входами элементов И 10, 11, 12, 13 и14, Выходы элементов И 8 и 9 соединены соответственно с первым и вторым входами генератора 1 и первымивходами триггеров 21 и 22. Выходыпоследних соединены с входами элеФ мента И 15, выход которого соединенс первым входом триггера 19. Второйвход триггера 19 соединен с выходомэлемента И 1 б, входы которого соединены с выходами переполнения счетчиков 25 и 2 Ь. Выходы элементов И 12и 3 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входамисчет-чика 26. Выходы элементов И 10 и.соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика 25, выход элемента И 14 - с управляющими нходамисчетчиков 25 и 2 Ь. Вторые входы триггерон 21 и 22 соединены с клеммой"Пуск", третьи входы элементов И 1 Ои 13 " с клеммой "Режим 2", третьивходы элементов И 1, 12 и 14 - склеммой "Режим 1",На фиг. 2 представлены следующиевременные диаграммы, объясняющие работы устройства в режиме "1" приП,а) Б - на входе "Пуск";б) 11 - на выходе усилителя-формирователя 4;в) Б - на выходе усилителя-фор-.мирователя 5;г) 7 я - на выходе триггера 17;д) 018 - на выходе триггера 18;е) 17 - на выходе триггера 21;ж) 17 - на выходе триггера 22;з) 11, - на выходе триггера 19и) Ю - на выходе триггера 20;к) П - на вычитающем входе счетчика 25;л) 044. - на выходе элемента И 14;м) П, - на суммирующем входе счетчика 26.На временных диаграммах приняты следующие обозначения:Т - период возбуждающего сигнала вихретокового преобразователя;7 в . временной интервал между сигналами на токовой и измерительной катушках преобразователя;- сформированный временной инфтернал соответствующий заданной разности фаз;йл - момент времени прихода сигнала "Пуск";- момент прихода переднего фронта сигнала токовой катушки;й - момент прихода переднего фронта сйгнала измерительной катушки;С- момент прихода заднего фронта сигнала токовой катушки;4 - момент прихода заднего фронта сигнала измерительной катушки, 1;.60(8/7Устройство для измерения удельного с(1 противления работает следующим образом.Перед началом измерения все элементы устройства устанавливают в ис - ходное состояние. При этом триггеры 21 и 22 находятся н единичном, а триггеры 19 и 20 и счетчики 24-26 в нулевом состоянии, На входную клемму "Режим 1" поступает единичный по О тенциал. В делителе 23 частоты устанавливают коэффициент деления К(аДние разности фаэ между измерительным 15 сигналом датчика и возбуждающим его сигналом. Обычно коэффициент К выбирают целочисленным. Вихретоковыи преобразователь 320 устанавливают на поверхность первого участка, изделия, по отношению к которому измеряют относительные значения удельных электрических сопротин 25 лений других участков.На вход устройства в момент времени (фиг, 2) подают сигнал иПуск, устанавливающий в нулевое состояние триггеры 21 и 22. На вход преобразователя 3 с выхода управляемого генератора 1 поступает синусоидальное напряжение частотой На выходе усилителя-формирователя 5, подключенного к выходу измерительной катушки преобразователя, появляются сигналы прямоугольной формы, сдвину- З 5 тые относительно сигналов на выходе усилителя-формирователя 4, подключенного к токовой катушке преобразователя 3, на время с (фиг, 2). Ве -/ф личина временного интервала ( одно О значно определяет фазу измерительного сигнала, зависящую от электропроводности 6 участка и частоты й возбуждающего сигнала, Передний фронт положительного полупериода с выхода 45 усилителя-формирователя 4 открывает элемент И 6 и счетчик 24 начинает считать импульсы генератора 2 образцовой частоты Е , делимой делителем 23 в К раз. Задний фронт положи О тельного полупериода с выхода усилителя-ограничителя 4 закрывает элемент И 6 и устанавливает в единичное состояние триггеры 17 и 18. На выходах триггеров 17 и 18 начинают форинроваться временные интервалы с, исоответственно, В счетчике 24 окажет- ся зафиксирОвдиным числО К = -(1 т =- Г,. (4)1 1к о 2 КГлЕдиничный сигнал с выхода триггера 17 Открывает элемент И 7 и счетчик 24 начинает вычитать из числа И число Н импульсов частотой Г . Передний фронт нулевого сигнала, появившегося на выходе счетчика 24 при(сравнении чисел Б и М (обнулении счетчика), устанавливает в единичное состояние триггер 17, Триггер 18 устанавливается н единичное состояние задним фронтом сигнала с выхода усилителя-Ограничителя 5. В зависимости от соотношения временных интервалови (. на выходе соответствующего элемента И 8 или И 9 появляется едил г ничный сигнал длительностью Ь(. Пусть в начальный момент времени окажется меньшим ь . Тогда единичл ный сигнал длительйостью Ь(. появляется на выходе элемента И 8, устанав(ливает в единичное состояние триггер 21 и поступает на вычитающий вход управляемого генератора 1. Последний увеличивает частоту генерируемых сигналов. Описанный процесс автоподстройки частоты повторяется до тех пор, пока разностный интервал 6(. не поменяет свой знак, Тогда в единичное состояние устанавливается триггер 22 и на выходе элемента И 15 появляется единичный сигнал. Частота генератора 1 н дальнейшем автоматически подцерживается равной Г(, при которой выполняется условие Передний фронт единичного сигнала с выхода элемента И 15 устанавливает в единичноесостояние триггер 9,сигнал с выхода которого поступает на 1-вход триггера 20 и вход элемента И 14. Единичный сигнал с выхода элемента И 14 устанавливает в нулевое состояние счетчик 26 и записывает н счетчик 25 число п, . Задний фронт сигнала, поступившего с выхода усилителя-формирователя 4 на синхронизирующий вход триггера 20, устанавливает последний в единичное состояние. Единичный потенциал с вьосода триггера 20 поступает на входы элементов И 10-14, Счетчик 25 начинает вычитать из числя л ( число периодов возбуждающей частоты Г а счетчик 26 - считать число импульсов образцовой частоты 1 . В момент обнуления счетчика 25 передний фронт нуле 1260877вс 1( о сигнала (. его выхода поступает на вход элемента И 16, вследствие чего единичный сигнал с его инверсного выхода своим передним фронтом устанавливает в нулевое состояние триг гер 19. Единичный .сигнал с инверсного выхода последнего поступает на К-вход триггера 20 и задний фронт очередного сицхронизирующего сигнала устанавливает его в нулевое состоя ние. В счетчике 26 окажется зафиксированным число импульсов образцовой частоты, равноеИ = и Е1о(Вихретоковый преобразователь 3 устанавливают на другой участок, относительное значение электрического сопротивления которого будут измерять. Снимают единичный потенциал с 20 клеммы "Режим 1" и подают единичный потенциал на клемму "Режим 2". Сигнал "Пуск", поступающий на вход устройства устанавливает в нулевое состояние триггеры 21 и 22. Процесс ав топодстройки частоты осуществляется аналогично вышеописанному.В момент сравнения временных интервалов (и с на выходе генератора 2 установ тся частота Уг возбуж дающего сигнала, а передний фронтединичного сигнала с выхода элемечта И 15 устанавливает в единичное состояние триггер 19, Задний фронт сиг нала с выхода усилителя-формировате ля 4 устанавливает в единичное состояние триггер 20, разрешающий сигнал с выхода которого открывает элемен- ты И Ои 13. Счетчик 25 начинает под-, считывать число периодов возбуждающей 40 частоты й, а счетчик 26 - вычитать из ранее зафиксированного числа Б( число Н 2 импульсов образцовой частоты. В момент сравнения чисел Б( и 11 г нулевой сигнал с выхода счетчика 26 ф 5 поступает на вход элемента И 16 и передний фронт единичного сигнала с его инверсного выхода устанавливают в нулевое состояние триггер 19. Задний фронт очередного сигнала с выхода 50 усилителя-формирователя 4 устанавливают в нулевое состояние триггер 20. Таким образом, в счетчике 25 окажется зафиксированным число п , про порциональное относительному значению электрического сопротивления2 отн второго участка. Если перед кот 1 эс 1 ле очередно( о. участка обеспечить васгтацовлегц(г всчетчике 26 числа И(, дант ней(яше из -мерения относительных значений удельных электриче(.кнх сопротнвлеш(й можно будет проводить беэ повторногоконтроля исходного участка,Предлагаемое устройство позволяетпроизводить также измерение относительного значения электропроводности. Для этого контроль участка (изделия), относительное значение уэлектропроводности которого необходимо измерить, производят вРежиме 1",а контроль исходного участка (иэделия) - в "Режиме 2".Тогда6 = =10 и (6)Если в качестве исходного применяют образец с известным электрическимсопротивлением, то сопротивление контролируемого изделия определяют изсоотношения. Для определения электропроводности изделия его контроль проводят в"Режиме 1", а контроль образцовогоматериала- в "Режиме 2",Тогдаб= 10 д,л,Предлагаемое устройство позволяетв "Режиме 1" измерять абсолютное значение электропроводности без применения образцового материала.Тогда= С 1 О"Ргде С=г"К,Г,К - эквивалентный радиус вихреэтокового преобразователя;- магнитная проницаемость;- обобщенный параметр вихретокового преобразователя.Формула изобретения1, Способ измерения удельного сопротивления, основанный на изменении частоты возбуждения вихретокового преобразователя, по которому возбуждающий сигнал квантуют импульсами образцовой частоты и формируют временной интервал, соответствующий заданной разности фаз, сравнивают его с интервалом между опорным и измерительным сигналами преобразователя и в момент их сравнения прекращают изменение частоты сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных нозможнос - тей, считают число импульсов образцовой частоты в течение целого числа периодов возбуждающей частоты, устанавливают преобразователь на очередной участок контролируемого изделия и повторяют процесс антоподстройки частоты и сравнения сдвига фаз с заданным значением и в момент их сран - нения начинают одновременно считать число импульсов образцовой частоты и число периодов возбуждающей частоты, сравнивают подсчитываемое число импульсов образцовой частоты с зафиксированным числом на первом участке и после их сравнения по величине зафиксированного целого числа периодов возбуждающей частоты определяют ко-нечный результат измерения.2. Устройство для измерения удельного сопротивления, содержащее последовательно соединенные управляемый генератор синусоидального напряжения и вихретоконый преобразователь с двумя усилителями-формирователями на выходах, генератор образцовой частоты с элементами И на выходе, вьгходы первого и второго которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого счетчика импульсов, третий и четвертый элементы И, выходы которых соединены соответственно с вычитающим входом второго счетчика импульсов и входом делителя частоты, а выход последнего соединен с суммирующим входом второго счетчика, третий счетчик импульсон с пятым элементом И на установочном входе и триггер, выход первого усилителя-формирователя соединен с установочным входом первого триггера иервым входом пятого элемента И, вто- рые входы первого, йторого и пятого элементов И соедийены соответственно между собой, о т л и ч а ю щ е е с я , тем, что, с целью расширения функционапьньгх возможностей, оно дополнительно содержит пять триггеров и Ф 10шесть элементов И, причем выход второго усилителя-формирователя соединен с сбросоным входом нторого триггера., а выход первого усилителя-формирователя соединен с входами четвертого и шестого элементов И, сбросоным входом второго и синхронизирующим входом шестого триггеров, выход переполнения второго счетчика импульсов соединен с сбросоным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с входами третьего и восьмого элементов И, а инверсный - с входом девятого элемента И, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом девятого, а иннерсный - с вторым входом восьмого элементов И, ньгкоды восьмого и девятого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого генератора синусоидального напряжения,соединенным с установочными входамитретьего и четвертого триггеров, выходы которых соединены с входами десятого элемента И, выход которого соединен с установочным входом пятоготриггера, прямой выход пятого триггера соединен с установочным входомшестого триггера и входом седьмогоэлемента И, а инверсный выход - с сбросовым входом шестого триггера,прямой выход шестого триггера соединен с вторыми входами первого второго, пятого, шестого и седьмого элементов И, выход шестого элемента И соединен с вычитающим входом третьего счетчика, выход седьмого элемента И соединен с управляющими входами первого и третьего счетчиков импульсов, выходы переполнения которых соединены с входами одиннадцатогоэлемента И, а выход последнего соединен с сбросоным входом пятого триггера, сбросовые входы третьего и четвертого триггеров соединены с клеммойПуск", третьи входы второго ипятого элементов И соединены с клеммой "Режим 2", третьи входы первого,шестого и седьмого элементов И соединены с клеммой "Режим 1".и 9 Тирам 728 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 035, Москва 3-35Р