Измеритель электропроводности

19) ( СНИ РЕСПУ БЛИН а(и) С 01 72 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВ"ГОИЯОМ СТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструкторско-тех"нологическое бюро Физико-механического института АН Украинской ССРи Львовский ордена Ленина политехнический институт им.Ленинского коьсомола(56) 1. Патент США В 4095180,кл. 324/2331978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3409966/25-28,кл 6 01 0 27/90 23 0382(54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содераащий последовательносоединенные генератор образцовойчастоты, первый элемент И и первыйсчетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен с входомвихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второгоусилителей-формирователей, выходпервого из которых соединен с первыми входамн второго и третьего элементов. И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а такие второй итретий счетчик, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повы"шения точности, в него введены генератор квантукщей частоты, четыретриггера, пять элементов И, элемент ИЛИ, выход которого соединен суправляющнм входом генераторе квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого ипятого элементов И, выходы которыхсоединены соответственно с суммирую-.щим входом второго счетчика и вычитающим входом третьего счетчика,суммирующий вход которого соединенс выходом переполнения второго счетчика, при этом выход первого усилителя-формирователя соединен с вторымвходом четвертого, элемента И, первыми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя и вторым входом второго триггера,прямой выход которого соединен спервым входом шестого элемента И,выход которого соединен с первымвходом третьего триггера, выход которого соединен с первым входомседьмого элемента И,выход которогосоединен с первым выходом измерителя электропроводности и третьими входами первого и третьего элементов И,выход последнего из которых соединенс установочным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым выходом измерителя электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединен с вторым входомшестого элемента И, а инверсный выход второго триггера -первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвер"того триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, прямой выход первого триггерасоединен с вторьачи входами пятого ивосьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход кото1149157 рого соединен с установочным входомтретьего счетчика, выход переполнениякоторого соединен с вторымвходом перИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электропровод- ности неферромагнитных материалов и изделий в машиностроении и других областях техники.Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления немагнитных электропроводящих материалов, содержащее генератор образцовой частоты со схемой И на выходе, управляемый генератор периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, два усилителя-формирователя, входы которых подключены соответственно к выходам токовой и измерительной катушек преобразователя, фазовый детектор, блок задания разности фаз, усилитель рассогласования, делитель частоты и счетчик импульсов с цифровым индикатором на выходе, причем выходы формирователей соединены с входами фазового детектора, входы усилителя рассогласования соединены соответственно с выходом детектора и выходом блока задания разности фаз, а его выход - с входом генератора периодических сигналов,фвыход которого соединен с входом делителя частоты, .второй вход схемы И соединен с выходом делителя частоты, а ее выход - с входом счетчика импульсов 11 .Однако данное устройство обладает недостаточно высокими точностью измерения и быстродействием. В устройстве разность фаз, пропорциональную электропроводности контролируемого материала, с помощью фильтра низких частот преобразуют в напряжение постоянного тока, которое в дальнейшем сравнивают с напряжением, пропорциональным заданному значению разности фаз. Имеющая место погрешность указанных преобразований, а также аддитивная погрешность вследствие дрейфа паравого триггера, а вход запуска измерителя электропроводности - свторыми вхо-дами третьего и четвертого триггеров. метров активных элементов снижают точность устройства, При этом большая постоянная времени фильтра низких частот накладывает ограничение на быстродействие устройства.Наиболее близким к изобретению является измеритель электропроводности, содержащий последовательносоединенные генератор образцовой 30частоты, элемент И и счетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которыхсоединен с первыми входами второго итретьего элементов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а такжевторой и третий счетчик, схему эквивалентности, дешифратор и цифровойиндикатор, причем выход второго элемента И соединен с входом второгосчетчика, выходы первого и второгосчетчика соединены с информационнымивходами схемы эквивалентности, управляющий вход которой соединен свыходом третьего элемента И, а выходс первым входом дешифратора, втораягруппа входов которого соединена свыходами третьего счетчика,а выходыс входами цифрового индикатора,причем выход генератора образцовой 35 частоты соединен с третьим входомвторого элемента И, а выход первогоэлемента И соединен с входом третье"го счетчика 2 .Однако в известном устройстве ре эультат измерения определяется в момент совпадения измеряемой разностифаз с заданным значением. Для этогонеобходимо обеспечить выполнение условия К ( Я;, + 1, т.е. результат иэф 5 мерения Б; разности фаз на -ом периоде не должен отличаться от измеренияразности фаз на (-1)-ом периоде больше, чем на единицу, Поэтому наличиеслучайных помех снижает точность инадежность работы устройства, Крометого, устройство не может быть использовано в составе автоматизированнойинформационно-измерительной системынеразрушающего контроля материалов иизделий, а значит точность результатов измерения не может быть повышена 10путем дальнейшей их математическойобработки. Точность определения разности фаз в известном устройстве также является недостаточной. Все этоограничивает точность определения 15электропроводности материалов и изделий.Цель изобретения - повышение точности,Цель достигается тем, что в измеритель электропроводности, содержапрйпоследовательно соединенные генераторобразцовой частоты, первый элемент Ии первый счетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен 25с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входайи первого и второго усилителей-формирователей, выходпервого из которых соединен с первы- ЗОми входами второго и третьего элементов И, а выход второго - с вторымивходами первого, второго и третьегоэлементов И, а также второй и третийсчетчик введены генератор квантующей частоты, четыре триггера, пятьэлементов И, элемент ИЛИ, выход когорого соединен с управляннцим входомгенератора квантующей частоты, выходкоторого соединен с первыми входами 4 Очетвертого и пятого элементов И,выходы которых соединены соответст-.венно с суммирующим входом второгосчетчика и вычитающим входом третьегосчетчика, суммирующий вход которогосоединен с выходом переполнения второго счетчика, при этом выход первогоусилителя-формирователя соединен свторым входом четвертого элемента И,первыми входами первого и второготриггеров и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединенс выходом второго усилителя-формирователя и вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен 55с первым входом шестого элемента И,,выход которого соединен с первым входом третьего триггера,выход которого соединен с первьпвходом седьмого элемента И, выход которого соединен с первым выходом измерителя электропроводностии третьими входами первого и третьего элементов И, выход последнего изкоторых соединен с установочным входом первого счетчика, выход которогосоединен с вторым выходом измерителя электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединенс вторым входом шестого элемента И,а инверсньй выход второго триггера -с первым входом восьмого элемента И,выход которого соединен с первымвходом четвертого триггера, выходкоторого соединен с вторым входомседьмого элемента И, прямой выходпервого триггера соединен с вторымивходами пятого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход которого соединен сустановочным входом третьего счетчика,выход переполнения которогосоединен с вторым входом первоготриггера, а вход запуска измерителяэлектропроводности - с вторыми входами третьего и четвертого триггеров.На фиг.1 изображена схема измерителя электропроводности; на фиг.2 временная диаграмма его работы.Измеритель электропроводности содержит генератор 1 квантующей часто"ты, генератор 2 качающейся частоты,генератор 3 образцовой частоты, преобразователь 4 вихретоковый, усилители-формирователи 5 н 6, элемент ИЛИэлементы И 8-15, триггеры 16-19и счетчики 20-22 импульсов,Вход генератора 1 квантуницей частоты соединен с выходом элемента ИЛИ7, его выходы - с входами элементов И 8 и 9. Вход вихретокового преобразователя 4 соединен с выходом генератора 2 качанюцейся частоты, еговыходы - с входами усилителей-формирователей 5 н 6. Выход усилителя-формирователя 5 соединен с входами элементов ИЛИ 7, И 8 и 12, инверснымвходом элемента И 10 и установочными входами триггеров 16 и 17. Выходусилителя-формирователя 6 соединенс входами элементов ИЛИ 7 и И 10,инверсным входом элемента И 12 ивходом сброса триггера 17. Прямой выход триггера 16 соединен с входамиэлементов И 9 и 13 и инверсным входом элемента И 10, его инверсныйвыход - с входом элемента И 14. Прямой и инверсный выходы триггера 17 соединены соответственно с входами элементов И 14 и 13, выходы которых соединены с установочными входамитриггеров 18 и 19, Входы элемента И 15соединены с выходами триггеров 18 и 1.9, его инверсный выход - с входами элементов И 11 и 12. Суммирующий вход счетчика 20 соединен с выходом элемента И 8, суммирующий вход счетчика 21 соединен с выходом переполнения счетчика 20, его вычитающий вход с выходом элемента И 9, установочный вход - с выходом элемента И 10, 5 а выход переполнения - с входом сброса триггера 16. Суммирующий вход счетчика 22 соединен с выходом элемента И 11, а его установочный вход - с выходом элемента И 12, Выход элемента И 15, информационные выходы счетчика 22 и входы сброса триггеров 18 и 19 выведены для подсоединения к контроллеру микро-ЭВМ.На фиг,2 представлены диаграммы сигнала "Пуск" П иа входах сброса триггеров 18 и 19, сигнала П на выходе усилителя"формирователя 5, сигнала 0 на выходе усилителя-формиробвателя 6, сигнала Пб на выходе триг- ЗО гера 16, сигнала 01 на выходе триггера 17, сигнала Пщ на выходе триггера 18, сигнала П на выходе триггера 19, сигнала 0 на выходе элемента И 15, сигнала П на суммирующем 35 входе счетчика 21, сигнала О на вычитающем входе счетчика 21,. сигнала П на установочном входе счетчика 21, сигнала 01 на суммирующем входе счетчика 22, сигнала П на сбросовом вхо де счетчика 22, При этом- моментпоступления сигнала "Пуск", с 1 - момент появления на выходе усилителя- формирователя 5 логической единицы, й - момент появления на выходе уси2лителя-формирователя 6 логической единицы, й 1 - момент появления на выходе усилителя-формирователя 5 логического нуля, С 1 -момент появления на выходе усилителя-формирователя 6 0 логического нуля,- момент окончат срл ния сформированного интервала сэр Т - величина периода возбуждающего сигнал, о - временной интервал, соответствукщий измеряемому сдвигу фаэ, 55 ль ад - временной интервал, соответствующий заданному сдвигу фаз, И - результат квантования (1/2)Т импульсами частотой Г, , В - результатлквантования ц импульсами частотой Ек , И - результат квантования (1/2)Т импульсами частотой ГоУстройство работает следующим образом,В измерителе используется перемен ночастотный вихретоковый метод измерения электропроводности неферромагнитных материалов, основанный на выполнении условия намГ 2 МбР =сопвС,(1)гдец - номинальное значение об"общенного параметра(обычно,щ =2-6) фК - эквивалентный диаметрвихретокового преобразователя 4,фГ - значение частоты генератора 2;б - удельная электропроводность контролируемого материала,1 о - магнитная постоянная.Для выполнения условия (1) в измерителе, изменяя частоту Е генератора 2 качающейся частоты, обеспечивают совпадение сдвига фаз Ч между опорным сигналом на выходе усилителя"формирователя 5 и измерительным сигналом на выходе усилителя-формирователя 6 с заданным значениемЯ кцЧ ЧзоАЗаданное значение фазового сдвига в устройстве устанавливают путем изменения коэффициента делениясчетчика 20, Коэффициент и устанавливают целочисленным и равным или 3 или 4, что соответствует фазовому сдвигу в 60 О или 45Преобразователь 4 устанавливают на поверхностьконтролируемого изделия, Все элементы измерителя приводят в исходное состояние, при котором триггеры 18 и 19 находятся в единичном состоянии, а счетчик 22 - в нулевом состоянии. Генератор 2 вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого изменяется от Й, до Гюс и наоборот. Сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход преобразователя 4, опорный ОС и измеряемый ПС сигналы на соответствующих выходах которого сдвинуты один относительно другого на интер Измеритель может работать как в автономном. режиме, так и в составе автоматизированной измерительной системы на базе ЭВИ, Для запуска измерителя в автономном режиме используют кнопку "Пуск", а о величине контролируемой электропроводности судят по значению числа И, зафиксированного в счетчике 22. Новый цикл измерений осуществляется подачей сигнала 1 О "Пуск" беэ предварительной установки элементов измерителя в исходное состояние.При работе в составе АИС сигнал Пуск инициируется ЭВИ. Точное зна чение электропроводности определяют иэ соотношения. полученного из (3):2Рном тЙт - у - щсйр (7)"о эгде С = нов " оофНа практике коэффициент оя для конкретных условий измерения определяют при калибровке измерителя посредством контрольного образца с известной электропроводностью о.о тогдас О уО (8) 30 По сравнению с известным предлагаемый измеритель обладает рядом пре 15 1 Оимуществ. Определение момента сравл лнения интервалов с к, ипо перемене знака разности 6повышает надежность работы измерителя в условиях наличия случайных помех. Использование в измерителе управляемого генератора квантующей частоты позволяет увеличить точность сравнения разности фаз, так как начало квантования синхронизовано передним фронтом положительного полупериода опорного сигнала, а само квантование возможно осуществлять на наибольшей для используемой элементной базы частоте. При этом, к частоте Й не предъявляется жестких требований по стабильности во времени и генератор по своей структуре может быть простым. Синхронизация начала квантования и занесение в счетчик "единицы" позволяет обеспечить суммарную погрешность определения численного эквивалента и формирования заданного временного интервала не более + 1 ИК. Возможность использования измерителя совместно с ЭВМ позволяет увеличить точность измерения за счет применения. математических методов обработки ин" формации, определять эксплуатационные параметры изделия, связанные с электропроводностью, создавать архив данных контроля по каждому изделию.