Устройство для измерения удельного сопротивления парамагнитных и диамагнитных материалов

О П И С А Н И Е (ti) 436300

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик . (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 11.04.72 (21) 1771551/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.07.74. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 13.12.74 (51) М. Кл. G OIr 31/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изаоретениа н открытий (53) УДК 621.317.331/333. .621.317.343 (088.8) г : -> ф A. Журавель и В. С. Соболев i,,::."ç. è, ., ILi tM

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПАРАМАГНИТНЫХ

И ДИАМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Известно устройство для бесконтактного контроля изделий из немагнитных материалов, содержащее генератор, датчик и огра ничители.

Такое устройство имеет сравнительно низ кую точность из-за наличия в цепи обратной связи усилителя постоянного тока, дифференцирующего усилителя в измерительной цепи, а также из-за того, что измеряемым параметром является амплитуда сигнала разбаланса.

Для повышения точности измерения в описываемом усгройстве измерительный и опорный,выходы датчика соединены с синхронным ключом, .выход которого через последователь но соединенные ограничитель и триггер подключен к первому входу нуль-органа, второй вход которого соединен через триггер и второй ограничитель с опорным выходом датчика, выход второго ограничителя соеди нен с управляющим входом синхронного ключа и входом синхронизации нуль-органа, выход которого соединен с управляющим входом генератора через цифровой интегратор.

Каждый выход синхронизатора нуль-органа может быть соединен с соответствующим входом упра вления каждого разрядного ключа, ключа сравнения и каждого входного ключа, через которые первый и второй входы нуль-органа соединены с зарядными ключами, подключенными к цепочкам RC, которые соединены через ключи сравнения с трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с цифровым интегратором.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — графики напряжений.

Устройство включает в себя генератор 1 синусоидальных колебаний, к которому подключены индикаторное устройство 2 и датчик

10 3, измерительный и опорный выходы которого подключены к синхронному ключу 4. Выход последнего через усилитель-ограничитель 5 и триггер-формирователь 6 подключены к первому входу нуль-органа 7. Опорный

15 выход датчика подключен также к входу второго усилителя-ограничителя 8, имеющего два выхода, первый выход его подсоединен через второй триггер-формирователь 9 ко второму входу нуль-органа.

20 Нуль-орган включает в себя блок синхронизации 10, вход которого является третьим входом нуль-органа, а выходы подключены соответственно к разрядным ключам 11, 12, ключу сравнения 13 и входным ключам 14

25 и 15, Через входные ключи первый и второй входы нуль-органа присоединены к зарядным ключам 16 и 17, включенным в заряд|ные цепи R

65 ная обмотка которого подключена к цифровому интегратору 19, выход которого подсоединен .к генератору 1.

Устройство работает следующим образом.

Перестраиваемый генератор 1 питает токовихревой дагчик 3. Напряжение с опорного выхода датчика 3 поступает на вход усилителя-ограничителя 8, имеющего два выхода, напряжение на которых сдвинуто на 180 .

С первого выхода напряжение поступает на триггер-формирователь 9, который формирует импульсы длительностью, равной длительности периода напряжения генератора 1. Со второго выхода усилителя-ограничителя 8 напряжвние поступает на синхронный ключ 4, управляя работой последнего. Ключ 4 поочеред но подключает измерительный и опорный выходы датчика 3 так, что на его выходе имеем последователвность отрезков синусоид двух напряжений с длительностью, равной периоду. Далее это напряжение поступает на усилитель-опраничитель 5 и триггер-формирователь 6, на выходе которого получаем импульсы длительностью, равной периоду частоты плюс (или минус, в зависимости от фазировки опорного выхода датчика) фаза вносимого напряжения, выраженной в долях периода частоты тока, питающего датчик.

На фиг. 2 даны эпюры, иллюстрирующие работу этой части устройства.

Здесь изображены следующие напряжения: а и б — на опорном и измерительном выходах датчика 3, в — на выходе синхронного ключа

4, г —:на выходе усилителя-ограничителя 5, д — на выходе триггера-формирователя 6, е — на,выходе усилителя-ограничителя 8, и — на .выходе триггера-формирователя 9. (Напряжения г и е показаны после дифференцирования).

Коммутация cMHxpoHHoro ключа 4 производится в моменты, соответствующие переходам синусоиды из минуса в плюс, а триггеры опрокидываются импульсами, соответствующими переходу синусоиды из плюса в минус.

Если вы полнить условие

t — = — const, /д где t — длина импульса с трипгера-формирователя 6; t2 — длина импульса с триггераформирователя 9, что соответствует определенному фазовому углу вносимого сигнала, то, очевидно, таким образом можно фиксировать одно и то же значение фазы на любой частоте. Меняя величину отношения t<(4 можно выбирать произвольную начальную фазу вносимого напряжения, что необходимо для выбора оптимальной области измерений из условия максимальной чувствительности фазы к изменению удельного сопротивления измеряемого материала.

Постоянство отношения длили импульсов после триггеров-формирователей 6 и 9 устанавливается при помощи нуль-органа 7 отношений, работа которого описана ниже. При отклонении величины отношения длин импульсов от заданной на,выходе нуль-органа

7:появляется сигнал разбаланса в виде затухающей синусоиды, начальная фаза которой зависит от на правления разбаланса.

Сигнал разбаланса поступает на цифровой интегратор 19. Здесь сигнал разбаланса усиливается, ограничивается и преобразуется в пачку импульсов, которая поступает на реверсив ный счетчик, выполняющий роль HIHтегрирующего звена. На правление счета задается начальной фазой сигнала разбаланса. Двоичный код счетчика поступает затем на генератор 1, .причем генератор построен та к, что код интегратора задает требуемую частоту генератора. Минимальное значение величины дискретности перестройки выбирают, исходя из заданной точности измерений.

Нуль-орган действует следующим образом.

Работа происходит в три такта, задаваемые блоком синхронизации 10. Блок синхронизации 10 преобразует опорное напряжение с усилителя-ограничителя 8 в последовательность импульсов, поочередно поступающих .на три его выхода, которые и управляют работой ключей.

На первом такте включаются входные ключи 14 и 15, через которые импульсы, сформированные трипгерами-формирователями 6 и 9, поступают на зарядные ключи 16 и 17, причем за время длительности им пульсов, управляющих ключами 14 и 15, проходит целое число зарядных импульсов с триггеровформирователей 6 и 9. Зарядные импульсы коммутируют ключи 16 и 17. При этом происходит заряд емкостей С и С2 через резисторы R< и R2. Если выбрать:постоянные времени заряда RC-цепочек такими, чтобы

"1 1 — 7 а а где т и т2 — постоянные времени зарядных цепочек R C< и R Cz соответственно, то напряжения на емкостях Ci и С будут равны по величине. Таким образом, меняя постоянную времени од ной из зарядных RC-цепочек, можно тем самым менять постоянную отношения длительностей, что, в свою очередь, эквивалентно изменению исходной фазы вносимого на пряжения.

На втором такте открывается .ключ сравнения 13, остальные закрываются, При этом происходит замыкание емкостей через трансформатор друг,на друга. Если напряжение на емкостях С и С2 равны, то на вторичной обмотке трансформатора сигнал отсутствует, в противном случае произойдет разряд емкости с большим потенциалом на емкость с меньшим потенциалом и на выходе трансформатора:появится сигнал в виде затухающей сину саиды.

На третьем такте включаются разрядные ключи 11 и 12, а остальные находятся в закрытом состоянии. Через разрядные ключи

436300. f

P — Po —

fo юг 1 емкости разряжаются до нулевого потенциала, после чего цикл работы нуль-органа,повторяется.

Точность поддерхкания постоянства фазы вносимого напряжения повышают путем применения пстли обратной связи с дискретным уравновешиванием. Величина дискретной перестройки генератора, питающего датчик, всегда может быть сделана достаточно малой, обеспечи ва ощей заданную точность уравновешивания. Применение подобной системы позволяет исключить усилитель постоянного тока из .петли обратной связи. Извесвно, что при поддержании посгоянства фазы вносимого сигнала, имеет место следующая зависимость где Ро и р — удельные сопротивления соответственно образцового и измеряемото объектов;

f — частота тока, .питающего датчик, при котором фазовый угол вносимого сигнала равен углу для образцового объекта на частоте fo. Так как ро и fo могут быть известны с высокой точностью, то измеряя частоту лепко получить величину измеряемого удельного сопротивления. Поскольку измерение частоты в настоящее время осуществляется с очень высокой точностью, то предлагаемое устройство позволяет измерить удельное со противление тоже с,высокой точностью, так ка к точность поддержания постоянства фазы вносимого сигнала вы полняется с высокой точностью. Использование в качестве информативного параметра частоты снижает такж. требования к постоянству амплитуды тока питающего датчик.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения удельного сопротивления парамагнитных и диамагнитных

10 материалов, содержащее генератор, датчик, частотомер и ограничители, о т л и ч а ю щ е еся тем, что,,с целью повышения точности измерений, измерительный и опорный выходы датчика соединены с синхронным ключом, 15 выход которого через последовательно соединен ные огра ничитель и триггер подключен к первому входу нуль-органа,.второй вход которого соеди|нен через триггер и второй огра ничитель с опорным выходом датчика, выход

2о второго ограничителя соединен с управляющим входом синхронного ключа и входом синхронизации нуль-органа, выход которого соединен с управляющим входом генератора через цифровой интепратор.

2. Устройство по п. 1, отл и ч а ющееся тем, что каждый выход синхронизатора нуль-органа,соединен с соотвегствующим входом управления каждого разрядного ключа, ключа сравнения и каждого входного ключа, через которые первый и второй входы нульоргана соединены с зарядными ключами, подключенными к цепочкам RC, которые соединены через ключи сравнения с трансформатором, вторичная обмогка которого соеди35 иена с цифровым интегратором.

436300 лгт е 4 г 7 "т Г,г,дяде

Фиг 2

Составитель Т. Дозоров

Техред Г. Васильева

Корректор О. Тюрина

Редактор И. Шубина

Заказ 3319/6 Изд. № 1835 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2