Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к неразрушающим методам определения параметров цилиндрических проводящих изделий. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет проведения измерений на одной фиксированной частоте переменного магнитного поля . На изделие последовательно воздействуют постоянным и переменным однородным осесимметричным магнитным полем, с одинаковой максимальной напряженностью . Измеряют относительный вносимый поток в постоянном магнитном поле, амплитуду и фазу относительного вносимого потока в переменном магнитном поле и определяют относительную магнитную проницаемость изделия, его удельную электропроводность и диаметр 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s 6 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4445195/21 (22) 20.06,88 (46) 15.12.92. Бюл. ¹ 46 (71) Харьковский политехнический институт им, B,È.Ëåíèíà (72) С.Б,Голоцван, В.В,Князев и В.П,Себко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1672340, кл. G 01 N 27/72, 1987, (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к неразрушающйм методам определения параметров цилиндрических проводящих

Изобретение относится к контрольно=-измерительной технике, а именно к неразрушающим методам определения параметров цилиндрических проводящих иэделий.

Целью изобретения является повышение точности измерений, На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 и 3 — графики зависимостей

Фвн —,à — -- = f { rp„) и Х =g{ p.,) при различных значениях относительной магнитной проницаемости изделия, Устройство содержит генератор-переменного тока 1, генератор постоянного тока

2, измеритель тока 3, вихретоковый преобразователь 4, компенсационную катушку 5, фазовращатель 6, четыре ключа 7-10, амплитудный детектор 11, первый 12 и второй 13 измерители магнитного потока, семь делителей 14-20, три решающих блока 21-23, фа„„59„„1781595 Al

2 изделий. Цель изобретения — повышение точности измерений — достигается зэ счет проведения измерений на одной фиксированной частоте переменного магнитного поля; На изделие последовательно воздействуют постоянным и переменным однородным осесимметричным магнитным полем, с одинаковой максимальной напряженностью. Измеряют относительный вносимый поток в постоянном магнитном поле, амплитуду и фазу относительного вносимого потока в переменном магнитном поле и определяют относительну)о магнитную проницаемость изделия, его удельную электропроводность и диаметр. 3 ил. зовый детектор 24, частотный детектор 25, первый 26 и второй 27 квадраторы, первый

28 и второй 29 задатчики, индикатор 30, Вихретоковый преобразователь 4 состоит из намэгничивающей обмотки 31 и измерительной обмотки 32, размещенных коаксиально, Контролируемое изделие 33 помещают в рабочую полость внутри измерительнои обмотки 32.

Сущность способа бесконтактного измерения парам{,тров цилиндрических проводящих изделий состоит в следующем.

В вихретоковом преобразователе во.-.буждают постоянное во времени магнитно. поле и измеряют величину постоянного s > времени магйитпного потока г1ъ,, пронизывающего измерительную обмотку вихретокового преобразователя. Контролируемое изделие помещают внутрь измерительной обмотки вихретокового преобразователя и измеряют величину вносимого потока по1781595

2 хг а 2 ъ

2 (3) стоянного во времени магнитного поля

Ф,н,б, котоРый свЯзан с потоком Фо зависимостью

Фвн.б = Фо g (Pг 1 ) (1) где иг- магнитная относительная проницаемость изделия д- коэффициент заполнения, который определяется по формуле

„,„2 С, где d — диаметр контролируемого изделия, dc — диаметр измб ительной обмотки вихретоковогОЪреобразователя.

Далее, в вихретоковом преобразователе возбуждают переменное во времени магнитное поле с максимальной напряженностью, равной напряженности постоянного магнитного поля, и измеряют амплитуду и фазу вносимого потока переменного магнитного поля (Фвн и урн }. Вносимый поток переменного магнитного поля может быть определен по формуле

Фьн= Фо д(,иг К вЂ” 1) (2) где К вЂ” функция обобщенного йараметра Х, которая может быть записана в виде х 7Г то х7Г где1, I> — модифицированные функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков,! — мнимая единица.—

Из приведенных формул следует, что отФв ношение величин является функ вн.б цией двух параметров — фазового угла вносимого потока переменного магнитного поля и относительной магниткой проницаемости. График этой функции представлен на .фиг. 2. Аналогично можно показать, что величина обобщенного параметра Х также является функцией двух вышеуказанных параметров. График ее представлен на фиг.

3.

По- измеренным значениям велиЧИН Фвн, Фвн.б И рн, ОПрЕДЕЛяЮт, ПОЛЬзуясь графиком на фиг. 2, величину относительной магнитной проницаемости изделия иr, а затем; зная величины pr и Ън, определяют, пользуясь графиком на фиг, 3, величину обобщенного параметра Х.

Зная величины ро, Ф,„.б и,и,, по формуле (1) определяют величину коэффициейта заполнения rj из которого, зная диаметр йзмерительной обмотки вихретокового преобразователя, определяют диаметр изделия d. Величину удельной электрической проводимости а определяют по формуле зная частоту воздействующего магнитного поля f.

Устройство работает следующим образом, 5 Контролируемое изделие 33 помещают в рабочую полость вихретокового преобразователя 4. Переводом ключей 8,9, и 10 в положение "а" измерительную цепь приводят в первое рабочее состояние. Ключ 7, 10 находящийся в положении "в", переводят в положение "а", При этом генератор постоянного тока 2 подключается к камагничивающей цепи устройства, состоящей из намагничивающей обмотки вихретокового

15 преобразователя 31 и первичных обмоток компенсационной катушки и фазовращателя, При коммутации ключ 7 на выходе измерителя магнитного потока 13, включенного во вторичную обмотку компенсационной ка20 тушки, вырабатывается сигнал, пропорциональный потоку постоянного магнитного поля Фо в измерительной обмотке 32 вихретокового преобразователя (так как вихретоковый преобразователь 4 и

25 компенсационная катушка 5 выполнены идентичными), а на выходе измерителя магнитного потока 12 — сигнал. пропорциональный вносимому потоку постоянного

МдГКИТНОГО ПОЛЯ Фвн.б

30 Ключ 7 переводится в положение "в", после чего переводом ключей 8,9 и 10 измерительную цепь приводят во второе рабочее состояние, Ключ 7 переводят в положение

"б". При этом генератор переменного тока, 35 возбуждающий переменное магнитное поле с максимальной напряженностью, равной напряженности постоянного магнитного поля, подключается к намагничивающей це- пи. На выходе амплитудного детектора 11

40 возникает сигнал, пропОрциональный амплитуде вносимой ЭДС Евн, Этот сигнал поступает на первый вход делителя 14, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный частоте тока f, вырабатыва45 емого генератором, с выхода частотного детектора 25, входом подключенного к генератору 1. С выхода делителя 14 сигнал, пропорциональный отношению E„lf поступает на первый вход делителя 15, на второй вход

50 которого. поступает сигнал, пропорциональный числу витков измерительной обмотки преобразователя Инвм с выхода задатчика

28. С выхода делителя 15 сигнал, пропорциональный амплитуде вносимого потока пе55 ременного магнитного поля, Фьн поступает на первый вход делителя 16, на второй вход которого поступает сигнал с выхода измерителя магнитного потока 12 и на выходе делителя 16 вырабатывается сиг1781595 делия, поскольку измерения проводятся на одной частоте переменного магнитного поля и исключается операция определения максимума действительной составляющей.

5 Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения параметров цилиндрических проводящих изделий, включающий воздействие на изделие однородным переменным осесимметрич10 . ным магнитным полем, измерение амплиту- ды и фазы вносимого магнитного потока, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на изделие воздействуют однородным постоянным

15 осесимметричным магнитным полем, напряженность которого равна максимальному значению напряженности переменного магнитного поля, измеряют постоянный магнитный поток. в отсутствие иэделия и . 20 вносимый магнитный поток и определяют относительную магнитную проницаемость, диаметр и удельную злектропроводность изделия из след ющей системы авнений: Ън гRe K " + г1гп К)

25 Же.е

r lm K

p» arctg ,иг Re K — 1 2 1 %нб вырабатывает сигнал, пропорциональный ди- 30 аметру контролируемого изделия d, который поступает на второй вход индикатора 30 и, через квадратор 27 — на вход делителя 19.

На второй вход решающего блока 22, функционирующего по зависймости, изобра- 3< женной на фиг. 3, поступает сигнал с выхода фазового детектора 24, и на выходе решающего блока 22 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине обобщенного параметра Х, который через квадратор 26, 40 поступает на вход делителя 17. С выхода делителя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода частотного детектора 25, сиг нал, пропорциональный отношению Х /f, по ступает на первый вход делителя 18. С выхода 45 делителя 18, сигнал, пропорциональный отношению Х /(f è ) поступает на первый вход делителя 19, с выхода которого сигнал, пропорциональный величине удельной электрической проводимости материала о поступает на тре- 50 тий вход индикатора 30.

Измеритель тока 3 необходим для контроля равенства амплитуд постоянного и переменного токов, вырабатываемых генераторами 1 и 2, 55

Предложенный способ позволяетс более высокой точностью измерить параметры из2 Il xVi где К = X=d нал, пропорциональный отношению Фьн

/Фен.б, поступающий на один иэ входов решающего блока 21. На второй вход решающего блока 21 поступает сигнал, пропорциональный величине фазового угла р н с выхода фазового детектора 24, подключенного опорным входом к выходуфазовращателя 6, а сигнальным — через ключ 10 к выходу вторичной обмотки компенсационной катушки

5, Решающий блок 21, по зависимости, изображенной на фиг. 2, вырабатывает сигнал, пропорциональный величине относительной магнитной проницаемости иэделия,иг, который поступает на входы решающего блока

22, решающего блока 23, индикатора 30 и делителя 18, На входы решающего блока 23 поступает также сигнал, пропорциональный относительному вносимому потоку Ф б с выхода делителя 20, подключенного входами к выходам измерителей магнитного потока 12,13 и сигнал, пропорциональный диаметру de измерительной обмотки 32 вихретокового преобразователя 4. с выхода задатчика 29.

Решающий блок 23, по зависимости

I и11 — модифицированные функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков;

Ф н, г ън — амплитуда и фаза вносимого магнитного потока в переменном магнитном поле;

Фьн.б, Фо — вносимый магнитный поток и магнитный поток без изделия в постоянном магнитном поле; ,и,— относительная магнитная проницаемость изделия;

a — удельная электропроводность изделия

cI, dc — диаметр изделия и измерительной обмотки; . f — частота переменного магнитного поля;

po — магнитная проницаемость вакуума;

i — мнимая единица;

jm — модифицированные функции Бесселя m-рода.

1781595 >о гМ

1781595

Составитель Ф.Тарнодольская

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А,Козориз

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4270 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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