Преобразователь толщины в интервал времени

 

®Ъ.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 G 01 В 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Зри

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /М :

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ г ;, /Я/ ЛД, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОЛ1 1ИНЫ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения толщины неферромагнитных материалов и изделий электромагнитным методом. Цель изобрете1д

И (61) 1153232

{21) 4126153/25-28 (22) 29.05.86 (46) 30,04 ° 88. Бюл, М 16 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и

Львовский лесотехнический институт (72) В.Г.Брандорф, В.Л»Котляров и Е.А.Сергиенко (53) 620.179,14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1153232, кл. G Ol N 27/90, 1983, „„SU„„1392345 A 2 ния — повыяение точности преобразования. Цель достигается эа. счет того, что преобразователь толщин в интервал времени снабжен резистором 12, сопротивление которого равно входному сопротивлению блока 7 интегрирования, третьим и четвертым ключами

13, 14 к управляющим входам которых подключены дополнительные выходы схемы 9 управления. В результате этого преобразователи 3, 4 оказываются подключенными с помощью ключей 5, 6, 13, 14 к одной и той же нагрузке. Таким образом, отпадает требование высокого входного сопротивления блока 7 интегрирования, что позволяет исключить иэ его состава входной. усилитель и устранить влияние всех присущих ему нестабильностей. 1 s.n. ф лы 3 ил» С:

1392345

Изобретение относится к иэмери1гельной технике и может быть использовано для определения толщины неерромагнитиых материалов и изделий электромагнитным методом.

Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет уменьшения времени переходных процессов.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого преобразователя; на вериг. 2 — временные диаграммы и таб1пица состояния ключей, где заштрихоанные временные интервалы соответстуют замкнутому, незаштрихованные— азомкнутому. состоянию соответствую1пего ключа, i(t) — треугольный ток источника 2 магнитного поля, е,(t) е „(С) " ЭДС преобразователей 3 и

4 соответственно, v (t) â€, напряжение

1яа выходе блока 7 интегрирования, Un„„ — напряжение выходного импульса длительность которого пропорциональна преобразуемой толщине Т„, I

Бапряжение прямоугольных импульсов, частота которых равна частоте питающей сети (50 Гц); на фиг. 3 — структурная схема управления преобразователем.

Преобразователь содержит источник ,1 треугольного тока i(t), нагрузкой которого является источник 2 магнитного поля, первый индукционный преобразователь 3, обмотка которого намотана поверх обмотки источника 2 магнитного поля, т.е. жестко укреплена относительно источника 2 магнитного поля. В поле действия источника 2 магнитного поля установлен второй индукционный преобразователь 4. Преобразова40 тель также содержит два ключа 5 и 6, к входам которых подключены индукционные преобразователи 4 и 3 соот— ветственно, и соединенные последовательно блок 7 интегрирования, нульорган 8 и схему 9 управления. Выходы ключей 5 и 6 подключены к входу блока 7 интегрирования, первый выход схемы 9 управления подключен к входу управления ключа 5, второй выход— к входу управления ключа 6, третий 50 выход — к входу синхронизации источника 1 треугольного тока, четвертый выход — к выходной клемме 10, предназначенной для подключения к индикатору (»e показан). 55

На фиг. 1 показан также вход 11 синхронизации схемы 9 управления. Выходы схе.о 9 управления обозначены: а, Ь, с, Й, а ее входы: соединенный с выходом нуль-органа 8 — е, соединенный с входом ll синхронизации — f, Кроме того, преобразователь содержит резистор 12, сопротивление которого равно входному сопротивлению блока 7 интегрирования, и два дополнительных ключа 13 и 14„ включенных между незаземленными выводами соответственно первого 3 и второго 4 преобразователей и резистором 12, Схема 9 управления выполнена с двумя дополнительными выходами, подключенными к входам управления дополнительных ключей 13 и 14.

Схема 9 управления выполнена в виде пяти элементов И 15-19, инвертора

20, последовательно соединенных первого регистра 21 ввода, счетчика 22 тактов, счетный вход которого является первым входом схемы 9 управления, и подключенного к раэярдным выходам счетчика 22 тактов четырехвходового элемента И 23, выход которого подключен к первому входу первого элемента И 15, последовательно соединенных второго регистра 24 ввода и блока 25 сравнения кодов, вторые входы которого подключены к разрядным выходам счетчика 22 тактов, одновибратора 26, включенного между выходом переполнения счетчика 22 и его входом разрешения установки, первого триггера 27, вход которого подключен к выходу одновибратора 26, его прямой выход является четвертым выходом схемы 9 управления и подключен к второму входу первого элемента И 15 и первому входу второго элемента И

16, второй вход которого через инвертор 20 подключен к выходу четырехвходового элемента И 23, а инверсный выход первого триггера 27 подключен к первым входам третьего 17 и четвертого 18 элементов И и второго триггера 28, R-вход которого является вторым входом схемы 9 управления, $-вход подключен к выходу блока

25 сравнения кодов, к которому также подключен первый вход пятого элемента И 19, прямой и инверсный выходы триггера 28 подключены соответственно к второму входу третьего элемента И 17 и вторым входам четвертого 18 и пятого 19 элементов И, выход первого элемента И 15 является первым выходом схемы 9 управления, а выходы второго 16, третьего 17, четвертого 18 и пятого 19 элементов И

1392345

45 являются соответственно пятым, вторым, шестым и третьим ее выходами.

Преобразователь работает следующим образом.

Источник 2 магнитного поля помещают на одну из поверхностей контролируемого объекта (не показан). На противоположную поверхность соосно с источником 2 магнитного поля помеща10 ют индукционный преобразователь 4.

Источник 1 треугольного тока i(t) с помощью источника 2 магнитного поля создает в окружающем пространстве изменяющееся магнитное поле. Синхро15 низация работы источника 1 треугольного тока осуществляется импульсами, формируемыми четвертым выходом (С) схемы 9 управления, длительность которых ;/2 (и равная ей длительность пауз У./2 между ними) выбирается иэ двух условий: во-первых, величина л ;/2 должна быть больше величины что исключает влияние 6 на точность преобразования толщины в интервал

25 времени, во- вторых, величина-: ./2

1 должна быть кратна периоду с питающей сети, что обеспечивает высокую помехозащищенность процесса преобразования, т.е. Г;=2(m+1)3

В момент 1 (фиг. 2) ток i(t) начинает линейно возрастать от нулевого значения. В этот же момент включается ключ 13 и преобразователь 4 нагружается на сопротивление резистора 12. ЗДС е „(1) и е „(t) на концах 35 обмоток индукционных преобразователей

4 и 3 начинает изменяться от предшествующих стационарных значений +е „ и

te к последующим стационарным значениям -е„ и - е,. При этом длительности 40 переходных процессов с учетом нагрузки преобразователя 4 на эквивалент входного сопротивления интегратора— резистор 12 соответственно равны

У и . В момент 1,=ш, когда ЭДС е „(1) достигла неизменного во времени стационарного значения е „, и до момента времени t,q=t„+ß 4ø+1) < = 3;/2 ключ 13 размыкается и замыкается ключ

5 и постоянная ЭДС вЂ” е „ интегрирует- 50 ся блоком 7 интегрирования, При размыкании ключа 13 и замыкании ключа .5 ЗДС е„ не меняется и никакого переходного процесса не происходит, так .как нагрузка преобразователя 4 остается неизменной. Во время замкнутого состояния ключа 5 выходное напряжение U (1) интегратора 7 увеличивается линейно во времени до момента

Таким образом, интегрировашю

ЭДС е „, осуществляется эа время, рав- ное периоду, питающей сети.

В момент t q начинается линейный спад тока i(t) и ЭДС e„(t) и е,{t) вновь начинает изменяться от стационарных значений — е „ и е, к стационарным значениям е„ и е соответственно. Учитывая, что в момент t g схема

9 управления замыкает ключ 14, переходной процесс изменения е q и е, будет проходить с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления интегратора — резистор 12. На временном интервале t3-t,<=

=n блок 7 интегрирования отключен от источников сигналов, так как ключи 5 и 6 разомкнуты и выполняют роль элементов памяти. На этом же интерва" ле ЭДС е,(t) достигает стационарного значения е, с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления блока 7 интегрирования. В момент времени t замыкается ключ 6 и размыкается ключ 14. ЭДС е, при этом не меняется и поступает на вход блока 7 интегрирования. При этом напряжение U (t) линейно уменьшается до момента t„. Когда Бз(1)„=0 срабатывает нуль-орган 8, который устанавливает триггер .. в схеме управ ления 9 в нулевое состояние, в результате чего ключ 6 размыкается, а ключ 14 снова замыкается. ЭДС +е остается неизменной до начала следующего линейного возрастания тока

i(t), а выходное напряжение блока 7 интегрирования остается равным нулю до начала следующего такта интегрирования ЭДС вЂ” е „.

Временной интервал „=t -t „, где

t4=t з + с =(ш+и 4)i< tz является выходной информационной величиной, зависящей от толщины контролируемого изделия.

Работа схемы 9 управления заключается в выдаче управляющих воздействий на ключи 5 и 6, 13.и 14 и на вход синхронизации источника 1 тока.

Момент t начинается при переполнении счетчика 22 в результате поступления на первый вход f схемы 9 очередного импульса, При этом запускается одновибратор 26, а счетчик 22 устанавливается в число, заданное регистром 21 ввода. Триггер 27 в момент 1 устанавливается в "1" и на пятом выходе я схемы 9 появляется

"1", включающая ключ 13 (фиг. 1), триггер 28 устанавливается в "1", Катушки индукционных преобразова" телей 3 и 4 содержат большое число витков и сердечники из ферромагнитных материалов. Их постоянная време. ни имеет порядок, равный i<--(0,11,0) мс. Поэтому при малом входном сопротивлении R их непосредственное включение на вход блока 7 интегрирования приводит к заметным отклонениям закона изменения Us(t) от линей35

40 ного, изменению градуировочной характеристики блока 7 интегрирования и, как следствие, к погрешности преобразования толщины в интервал времени. Для увеличения R7, а следовательно, для уменьшения 2 на входе блока

7 интегрирования включают развязы" вающие буфферные усилители, однако это приводит к дополнительным погрешностям.

В предлагаемом преобразователе (в отличие от известных) сопротивление резистора 12 выбирается равным сопротивлению R и индукционный преобразователь 4 на всем интервале 1 41; 6 t, как и индукционный преобразователь 3 на всем интервале такой

13923

5 благодаря чему преобразователь 4 ока зывается нагруженным на резистор 12, величина которого равна входному сопротивлению интегратора. Когда счетчик 22 в результате поступления им-! пульсов на его счетный вход станет в положение 1111, срабатывает элемент

И 23, в результате чего включается ключ 5 и выключается ключ 13. В те чение этого состояния счетчика 22 ин. тегрируется сигнал преобразователя 4, причем переходного процесса в

I преобразователе в результате переклю:чения ключей 13 и 5 не происходит, ;так как нагрузка преобразователя 4

; не меняется. При подаче следующего входного импульса на счетчик 22 он переполняется, одновибратор 26 уста, навливает его снова в прежнее поло,.жение и передний фронт импульса одновибратора 26 устанавливает триггер

27 в положение "0". При этом ключ 5 ! размыкается, а ключ 14 замыкается, благодаря чему преобразователь 3 нагружается на эквивалент входного сопротивления интегратора — резистор 12. На интеграторе сохраняется выходное напряжение. В положении счетчика 22 равном числу, набранному в регистре 24 ввода срабатыва- 30 ет блок 25 сравнения кодов, при этом

45 6 же длительности, подключены с помощью ключей 5 и 6 и 13 и 14 к одной и той же нагрузке. Поэтому переходной процесс установления токов через эти индуктивности начинается задолго до моментов t, и t начала процессов интегрирования. Так как полуТ периоды - =t -1, треугольного тока равны десяткам мс, то величина 7 в десятки и сотни раз меньше значения

Т/2. Поэтому даже при очень малых значениях В =В к моментам t „ и ток через индуктивности практически достигает стационарных постоянных значений, т. е. закон изменения U s(t ) сохраняется линейным, что устраняет вышеуказанную погрешность преобразования.

Формула изобретения

1. Преобразователь толщины в интервал времени по авт. св. Р 1153232, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен резистором, сопротивление которо- го равно входному сопротивлению блока интегрирования, и двумя дополнительными ключами, включенными между выходами соответственно первого и второго преобразователей и резистором, а схема управления выполнена с двумя дополнительными выходами, подключенными к входам управления дополнительных ключей.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что схема управления выполнена в виде пяги элементов И, инвертора, последовательно соединенных первого регистра ввода, счетчика тактов, счетный вход которого является первым входом схемы управления, и подключенного к разрядным выходам счетчика тактов четырехвходового элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, последовательно соединенных второго регистра ввода и блока сравнения кодов, вторые входы которого подключены к разрядным выходам счетчика тактов, одновибратора включенного между выходом переполнения счетчика и входом разрешения установки счетчика, первого триггера, вход которого подключен к выходу одновибратора, его прямой выход является четвертым выходом схемы управления и подключен к второму входу первого

1392345 элемента И и первому входу второго элемента И, второй вход которого через инвертор подключен к выходу четырехвходового элемента И, а инверсный выход первого триггера подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, и второго триггера, R-вход которого является вторым входом схемы управления, $-вход подключен к выходу блока сравнения кодов, к которому также подключен первый вход пятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго триггера подключены соответственно к второму входу третьего элемента И и вторым входам четвертого и пятого элементов И, выход первого элемента И является первым выходом схемы управления, а выходы второго, третьего, четверто10 го и пятого элементов И являются соответственно пятым, вторым, шестым и третьим ее выходами, 392345

Фаа ю

Составитель И.Рекунова

Редактор А.Ревин Техред М.Дидык Корректор В.Бутяга

Заказ 1803/42 Тираж 680 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно--полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4