УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ
DEVICE TO MEASURE ELECTRICAL CONDUCTIVITY

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в авиационной, машиностроительной, металлургической промышленности для контроля качества электропроводящих изделий по величине удельной электрической проводимости их материалов.
Известен целый ряд вихретоковых устройств для измерения удельной электрической проводимости (см. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1976, кн.2, с.326). Все они отличаются друг от друга конструктивным исполнением, а с метрологической точки зрения - диапазоном измерений и степенью подавления мешающего влияния изменений зазора между контролируемой поверхностью и накладным вихретоковым преобразователем.
Одним из основных недостатков подавляющей массы измерителей удельной электрической проводимости является сравнительно небольшой диапазон подавления мешающего влияния изменений зазора, что приводит к ограничению точности измерений.
Наиболее близким устройством к изобретению по совокупности признаков и принятым за прототип является устройство для измерения удельной электрической проводимости (см. Патент РФ №2194976, G01N 28/90, G01R 27/90, БИ №35, 20.12.2002), содержащее последовательно соединенные автогенератор, вихретоковый преобразователь и сумматор, компенсатор, вход которого соединен с выходом автогенератора и выход - со вторым входом сумматора, а также последовательно соединенные блок обработки сигнала и индикатор.
Однако ему, хоть и в меньшей степени, также присущ недостаток, связанный с ограничением диапазона допустимых изменений зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемой поверхностью.
Целью данного изобретения является повышение надежности и точности измерений удельной электрической проводимости за счет значительного расширения диапазона допустимых изменений зазора между вихретоковым преобразователем и изделием.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство для измерения удельной электрической проводимости, содержащее последовательно соединенные автогенератор, вихретоковый преобразователь и сумматор, компенсатор, вход которого соединен с выходом автогенератора и выход - со вторым входом сумматора, а также последовательно соединенные блок обработки сигнала и индикатор, дополнительно содержит последовательно соединенные амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом сумматора, и детектор минимума, выход которого подключен к входу блока обработки сигнала, а также контроллер процесса измерений, вход которого соединен с вихретоковым преобразователем, а выход с входом управления работой детектора минимума.
При этом детектор минимума может состоять из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и арифметико-логического устройства, сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом амплитудного детектора, а вход управления - с выходом контроллера процесса измерений, выход арифметико-логического устройства подключен к входу блока обработки сигнала.
Контроллер процесса измерений может содержать последовательно соединенные амплитудный или фазовый дискриминатор, одновибратор и схему «логическое И», а также генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу схемы «логическое И», вход амплитудного дискриминатора соединен с вихретоковым преобразователем, и выход схемы «логическое И» подключен к входу управления работой детектора минимума.
Отличительные признаки позволяют, учитывая особенности контроля свойств материалов по удельной электрической проводимости, реально повысить надежность и точность контроля за счет существенного расширения диапазона допустимых изменений зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства. На фиг.2 показана структурная схема детектора минимума, на фиг.3 - структурная схема контроллера процесса измерений. На фиг.4 изображены годографы вносимого напряжения вихретокового преобразователя в зависимости от изменений удельной электрической проводимости и зазора, поясняющие принцип действия устройства.
Устройство на фиг.1 включает в себя последовательно соединенные автогенератор 1, накладной вихретоковый преобразователь 2, сумматор 3, амплитудный детектор 4, детектор 5 минимума, блок 6 обработки сигнала и индикатор 7, а также компенсатор 8, вход которого соединен с выходом автогенератора 1, а выход - со вторым входом сумматора, и контроллер 9 процесса измерений, вход которого подключен к вихретоковому преобразователю 2, а выход - к входу управления работой детектора 5 минимума.
При этом детектор минимума может состоять, как это показано на фиг.2, из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 5.1, блока 5.2 памяти и арифметико-логического устройства 5.3, сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 5.1 соединен с выходом амплитудного детектора 4 (см. фиг.1), а вход управления - с выходом контроллера 9 процесса измерений, выход арифметико-логического устройства 5.3 подключен к входу блока 6 обработки сигнала.
Контроллер процесса измерений может содержать, как показано на фиг.3, последовательно соединенные амплитудный или фазовый дискриминатор 9.1, одновибратор 9.2 и схему 9.3 «логическое И», а также генератор 9.4 тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу схемы 9.3 «логическое И», вход дискриминатора 9.1 соединен с вихретоковым преобразователем, и выход схемы 9.3 «логическое И» подключен к входу управления работой детектора минимума.
1
1
1
На годографах фиг.4 показано как изменяется вносимое напряжение накладного вихретокового преобразователя при изменении удельной электрической проводимости σ материала и зазора Н между преобразователем и контролируемой поверхностью. Нетрудно видеть, что, если начальное напряжение вихретокового преобразователя сместить в точку О, то при его установке на контролируемую поверхность амплитуда выходного напряжения будет изменяться, проходя через некоторый минимум А. Для различных значений удельной электрической проводимости эти минимумы будут различными, и, следовательно по его величине можно однозначно определять величину удельной электрической проводимости. Положение точки O определяется величиной зазора, от влияния изменений которого надо отстроиться. Чем ближе положение точки O к точке 0, тем шире диапазон допустимых изменений зазора. Этот принцип измерения удельной электрической проводимости положен в основу работы предлагаемого устройства.
Устройство для измерения удельной электрической проводимости на фиг.1 работает следующим образом.
1
Автогенератор 1 питает синусоидальным током накладной вихретоковый преобразователь 2 и компенсатор 8, на выходе которого вырабатывается напряжение, с вектором, соответствующим отрезку 0-O на фиг.4. Это напряжение суммируется на сумматоре 3 с выходным (вносимым) напряжением вихретокового преобразователя 2. Сумматор 3 также усиливает результирующее напряжение (векторы А на фиг.4) и передает его на вход амплитудного детектора 4, который преобразует переменное синусоидальное напряжение в постоянное и передает его на вход детектора 5 минимума. В процессе поднесения вихретокового преобразователя 2 к контролируемому изделию на его выходе появляется напряжение с изменяющимися амплитудой и фазой. Любой из этих параметров может быть использован для срабатывания контроллера 9 процесса измерений, который запускает детектор 5 минимума. После этого детектор 5 минимума считывает в течение определенного времени, достаточного для полного прижатия вихретокового преобразователя 2 к поверхности контролируемого изделия, напряжение с выхода амплитудного детектора 4 и из всех его значений выбирает минимальное. Это значение передается в блок 6 обработки сигнала, где происходит его преобразование в значение удельной электрической проводимости, передаваемое затем на индикатор 7.
Детектор 5 минимума, представленный на фиг.2, работает следующим образом. Сигнал с выхода амплитудного детектора 4 (см. фиг.1) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5.1, который в момент измерений периодически запускается по команде от контроллера 9 процесса измерений. Полученные числовые значения с аналого-цифрового преобразователя 5.1 запоминаются в виде массива данных в блоке 5.2 памяти. Арифметико-логическое устройство 5.3 проводит фильтрацию накопленного в блоке 5.2 памяти массива для устранения влияния шумов электронной схемы и выбирает из обработанного массива минимальное значение, которое передает в блок 6 обработки сигнала.
Контроллер 9 процесса измерений на фиг.3 работает следующим образом. Сигнал с выхода вихретокового преобразователя 2 (см. фиг.1) поступает на вход амплитудного или фазового дискриминатора 9.1. Из годографов на фиг.4 видно, что при приближении вихретокового преобразователя к поверхности контролируемого изделия происходит изменение амплитуды и фазы его выходного (вносимого) напряжения. Когда эти изменения достигают определенного уровня (заведомо до прохождения через минимум выходного напряжения сумматора 3), происходит срабатывание дискриминатора 9.1. сигнал с выхода дискриминатора 9.1 запускает одновибратор 9.2, который вырабатывает импульс длительностью, достаточной для полной установки вихретокового преобразователя на контролируемую поверхность. Этот импульс поступает на один из входов схемы 9.3 «логическое И». На второй вход этой схемы подаются импульсы от тактового генератора 9.4, частота следования которых выбирается так, чтобы получить за время измерения массив данных размером, достаточным для обработки детектором минимума. В результате на выходе схемы 9.3 «логическое И» во время каждого измерения появляется пачка тактовых импульсов, осуществляющая запуски аналого-цифрового преобразователя 5.1 (см. фиг.2) детектора минимума.
Устройство при его осуществлении предназначено для использования в различных отраслях промышленности, конкретно там, где проводят контроль качества или сортировку изделий путем измерения кудельной электрической проводимости их материала. Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано и изложено в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления. В настоящее время изобретение испытано при модернизации вихретокового структуроскопа ВЭ-26НП, измеряющего удельную электрическую проводимость цветных металлов и сплавов в диапазоне от 5 до 62 МСм/м с подавлением мешающего влияния изменений зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого материала до 0,5 мм.
Преимущество изобретения состоит в том, что возможность реализации измерения удельной электрической проводимости независимо от зазора значительно повышает надежность контроля качества и сортировки материалов.