Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости и устройство для его осуществления

Союз Советских

Социаз1истичесимх республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц901961 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06.80 (21) 2940403/18 — 21 (5! )М. Кл.

G 01 Я 33/16

9юударетеаяяьй кеиятет

СИР ао аелам яаебретеяяя и втхрнтаа (23) П риоритет (53) УДК621.317..44 (088.8) Опубликовано 30.0182. Бюллетень М4

Дата опубликования описания 30.01,82 с (72) Авторы изобретения

10. В. Афанасьев и Д. Д. Мишин c Ь4, 1 1, t4,1„

1," г 7)1 . (°

t. (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

И МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ с присоединением заявки М

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электропроводности и магнитной восприимчивости веществ.

Известен способ измерения магнитной восприимчивости веществ, основанный на воздейс1/ вии на вещество первичным переменным полем, создаваемым неподвижной катушкой с током заданной амплитуды и частоты, обнаружении вторичного поля той же частоты магнитометром, первичный преобразователь (датчик) которого размещен вблизи катушки.

В устройстве, реализующем известный способ, влияние первичного поля на показания устройства уравновешено электрически путем сложения выходного напряжения магнитометра с обратным по знаку напряжением, вырабатываемым генератором, питающим катушку.

Уравновешивание осуществляется при отсутствии исследуемого вещества. При внесении вещества баланс напряжений нарушается и на выходе устройства появляется разность напряжений, которая регистрируется показывающим прибором и несет информацию о значении мапппной восприимчивости вещества 11).

Недостатком известных способа и устройства является низкая точность юмерений, обусловленная нарушением баланса напряжений как самопроизвольно, так и за счет влияния внешних факторов, например температуры окружающей среды. Нарушение баланса напряжений не может быть выявлено в процессе юмерений, поскольку первичное и вторичное переменные поля имеют одну и ту же рабочую частоту.

Известен также способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости, заключающийся в том, что на образец воздействуют переменным магнитным полем и регистрируют ЭДС вторичной электромагнитной индукции, по амплитуде которой судят о параметрах образца.

Устройство для осуществления известного способа содержит непроводяшую немагнитную опору с закрепленной на ней осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, проходящей через его центр перпендикулярно направлению

901961 его магнитного момента, измерительную обмот ку, размещенную на магните и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, щетки, касающиеся колец, укрепленные на опоре, устройство для регистрации

ЭДС, подключенное к обмотке.

Магнит, закрепленный на одном конце оси, приводят в движение, Перемещаясь относительно неподвижного проводящего вещества, например металлической шины, магнит воз. буждает в ней иццукционные токи, вызывающие вторичное поле, которое возбуждает в измерительной обмотке, надетой на магнит, ЭДС вторичной электромагнитной индукции.

По амплитуде этой ЭДС определяют электропроводность исследуемого вещества (2).

Недостатками известных способа и устройства являются невысокая точность и низкая помехозащищенность измерений. Невысокая точность измерений связана с тем, что наводимая в обмотке ЭДС пропорциональна не только злектропроводности вещества, но и его магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности. Низкая иомехозащищенность обусловлена влиянием на измерительную обмотку однородных постоянных и переменных магнитных полей.

Цель изобретения — повышение точности.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе определения злектропроводности и магнитной восприимчивости, включающем воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции, выделяют иэ ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с частотой, равной удвоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его на синфазную и квадратурную составляюйне, по амплитуде которых судят об электронроводности и магнитной воспри.имчивости образца.

Кроме того, устройство для осуществления способа, содержащее непроводящую немагнитную опору с закрепленной иа ней осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, проходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, измерительную обмотку, размещенную на магните и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, а также щетки, укрепленные на опоре, с возможностью скольжения по коллекторным кольцам, снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя разрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжения по разрезным коллекториым кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфаз5 0

55 ным и квадратурным детекторами и двумя индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детекторов, сигнальные входы которых подсоединены к выходу избирательного усилителя, вход которого подключен к щеткам, при этом управляющие входы синфазного и квадратурного детекторов подсоединены к соответствующим выходам коммутатора, вход которого подключен к дополнительным щеткам.

Повышение точности достигается также тем, что измерительная обмотка выполнена в виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита симметрично относительно его оси вращения и соединенных последовательно-встречно.

Измерительная обмотка выполнена в виде трех секций, расположенных на постоянном магните симметрично относительно его оси вращения, при этом срецняя секция включена последовательно-встречно, по отношению к крайним секциям, соединенным согласно.

На фиг. 1 изображено устройство для определения электропроводности и магнитной восприимчивости, реализующее способ; на фиг. 2 — узел устройства, используемый в нвм при проведении измерений вблизи заполненных веществом полупространств или тел; на фиг. 3 — узел устройства, используемый в нем при проведении измерений в сплошных средах.

Устройство для реализации способа содержит непроводящую немагнитную опору 1, постоянный магнит 2, закрепленный в опоре

1 осью 3, проходящей через его центр перпендикулярно направлению магнитного момен. та (в данном случае — линии, соединяющей полюса магнита 2 N и $), измерительную обмотку 4 надетую на магнит, коллекторные кольца 5, установленные на оси 3, с которыми соединены концы измерительной обмотки 4, щетки 6, закрепленные на опоре 1, электродвигатель 7, ротор которого механически связан с осью 3, разрезные коллекторные кольца 8, установленные на оси 3, дополнительные щетки 9, закрепленные на опоре 1, усилительно-преобразовательный блок

10, включающий в себя избирательный усилитель ll, настроенный на удвоенную частоту

2 f вращения постоянного магнита 2, вход которого соединен с основными щетками 6, два синхронных детектора — синфазный 12 и квадратурный 13,, сигнальные входы которых соединены с выходом избирательного усилителя 11, коммутатор 14, вход которого соединен с дополнительными щетками 9, а выход — с соответствующими управляющими входами синхронных детекторов 12 и 13, 01961

10

5 9 два индикатора 15 н 16, подключенные к выходам синхронных детекторов 12 н 13.

Устройство используется для измерения параметров образца в виде тела 17 конечных размеров. Для измерения вблизи заполненного веществом полупространства 18 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную в виде двух секций 19 и 20, расположенных на концах магнита 2 симметрично относительно его .оси вращения 3 (ось вращения перпендикулярна плоскости

,чертежа) и включенных встречно (фиг. 2).

При проведении измерений в сплошной среде 21 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную .в виде трех секций

22, 23 и 24, расположенных на магните 2 симметрично относительно его оси вращения

3, при этом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23 (фиг. 3).

Способ осуществляется следующим образом.

Закрепленный в опоре 1 постоянньй магнит 2 приводится во вращательное движение с помощью электродвигателя 7. Вращающийся магнит 2 создает в окружающем пространстве первичное переменное магнитное поле частоты f, равной частоте вращения. Если в это поле помещают исследуемое вещество, например, в виде тела 17 конечных размеров, то, благодаря облучению полем, в веществе возникают индукционные токи и индуктивная (наведенная) намагниченность, которые также изменяются во времени с частотой f.

Эти токи и намагниченность создают вторичное поле, интенсивность которого зависит от электропроводности и магнитной восприимчивости вещества. Вторичное магнитное поле также изменяется с частотой f. Вторичное поле наводит ЭДС в измерительной обмотке 4, надетой на магнит 2. Поскольку измерительная обмотка не неподвижна, а вращается вместе с магнитом также с частотой Ф, наводимая в ней ЭДС имеет частоту

2 f. ЭДС частоты 2 f снимается с измерительной обмотки 4 посредством коллекторных колец 5, закрепленных на оси 3 и щеток 6, закрепленных на опоре 1. Сигнал поступает на избирательный усилитель 11, настроенный на частоту 2 f, затем на входы двух синхронных детекторов — синфазного 12 и квадратурного 13. Коммутирующие напряжения частоты 2 f для указанных синхронных детекторов вырабатываются с помощью коммутатора 14, соединенного с дополнительными щетками 9 и раэрезными коллекторными кольцами 8. Благодаря использованию синфазного 12 и квадратурного 13 синхронных детекторов удается из общего сигнала частоты 2 f выделить составляющую, которая несет информацию об злектропроводности тела, и вторую составляющую, которая несет информацию о магнитной восприимчивости того же тела. Зти два сигнала, разделенные по фазе, регистрируются независимо с помощью индикаторов 15 и 16.

В условиях сильного влияния на измерятельную обмотку 4 внешних (т.е. не связанных с наличием исследуемых веществ) однородных постоянных н переменных магнитных полей способ реализуется с помощью устройства следующим образом.

При проведении измерений вблизи заполненного веществом полупространства 18 (фиг. 2) или тела B измерительной обмотке

4, выполненной в виде двух секций 19 и 20 с одинаковым количеством витков, включенных встречно, вращающейся вместе с магнитом 2 на оси 3, возникает ЗДС, пропорциональная разности магнитных индукцнй вторичного поля. Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 19 и 20 до границы исследуемого вещества и поскольку часть полупериода вращения каждая секция 19 и 20 находится ближе к исследуемому веществу, чем другая.

В то же время суммарная ЭДС помехи, обусловленная влиянием внешних однородных постоянных и переменных магнитных полей, будет практически равна нулю.

При проведении измерений в сплошной среде 21 со сферической или цилиндрической полостью для размещения в ней чувствитель-, ной части устройства (фиг. 3) в измеритель- ной обмотке 4, выполненной в виде трех секций 22, 23 и 24 (при этом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23), вращающейся вместе с магнитом

2 на оси 3, возникает ЗДС, пропорциональная разности магнитных индукций вторичного поля. Эта ЗДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от расстояния каждой секции 22, 23 и 24 до границы исследуемого вещества и поскольку крайние секции 22 и 24, включенные согласно, всегда расположены ближе к границе исследуемого вещества, чем средняя секция 23, по отношений к которой крайние секции 22 и 24 включены встречно. В то же время суммарная

ЭДС помехи, обусловленйая влиянием внешних однородных постоянных и переменных магнитных полей, если количество витков в средней секции 23 примерно совпадает с количеством витков в двух крайних секциях

22 и 24 будет практически равна нулю.

Преимущество предлагаемого способа и реализующего его устройства заключается в том, что точность измерений повышается за

901961 счет снижения влияния внешних магнитных полей и остаточной намагниченности вещества на 1-2 порядка.

Формула изобретения

1. Способ определения электропроводности и магнитной восприимчивости, включающий воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, вьщеляют иэ ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с частотой, равной удвоенной частоте переменного магнитного поля, разделяют его иа синфаз- ную и квадратурную составляющие, по амплитуде которых судят об электропроводности и магнитной восприимчивости образца.

2, Устройство для осуществления способа по п. 1 соДержащее непроводящую немагнит. ную опору с закрепленной иа ией осью, постоянный магнит, укрепленный на оси, проходящей через его центр перпендикулярно направлению его магнитного момента, измерительную обмотку, размещенную на магните, и подключенную к коллекторным кольцам, расположенным на оси, а также щетки, укрепленные на опоре с возможностью скольжения по коллекторным кольцам, отличающееся тем,чтооно снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двумя раэрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двумя дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжения по разрезным коллекторным кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфазным и квадратурным детекторами и двумя индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детекторов, сигнальные входы которых нодсоединены к выходу избирательного усилителя, вход которого подключен к щеткам, при

>6 этом управляющие входы синфазного и квадратурного детекторов подсоединены к соответствующим выходам коммутатора, вход которого подключен к дополнительный щеткам.

1З З.Устройство поп.2, отличающ е е с я тем, что измерительная обмотка выполнена в виде двух секций, расположенных на концах постоянного магнита симмет рично относительно его оси вращения и

26 соединенных последовательно- встречно.

4. Устройство по п. 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что измерительная обмотка выполнена в виде трех секций, располоа

2$ женных на постоянном магните симметрично относительно его оси вращения, при этом средняя секция включена последовательновстречно но отношению к крайним секциям, соединенным согласно.

36 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 106425, кл. 6 01 Я 33/16, 1956.

2. Мишин Д. Д. Вторичная электромагнит35 ная индукция. Сборник "Физика магнитных материалов", Калинин. Изд-во КГУ, 1979,. с. 78 — 80.

901961

Составитель В. Новожилов

Техред СЯигунова Корректор С. Шекмар

Редактор Л. Горбунова

Заказ 12376/5б

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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