SU1149157A1 - Измеритель электропроводности - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ , содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый элемент И и первьй счетчик, генератор качающейс  частоты , выход которого соединен с входом вихретокового преобразовател , выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены генератор квантуюцей частоты, четыре триггера, п ть элементов И, элемент ШШ, выход которого соединен с управл ющим входом генератсфа квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и п того элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим входом второго счетчика и вычитакщим входом третьего счетчика, сум1 шрующий вход которого соединен с выходом переполнени  второго счетчика , при этом выход первого усилител -формировател  соединен с вторым входом четвертого, элемента И, первы ми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ШШ, второй вход которого соединен с выходом второго усилител -формировател  и вторьм входом второго триггера, пр мой выход которогЬ соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И,выход которого соединен с первым выходом измерител  электропроводности и третьими входами первого и третьего, элементов И, выход последнего из которых соединен 4 с установочным входом первого счетчика , выход которого соединен с вторым выходом измерител  электропроводности , причем инверсный выход перво:л го триггера соединен с вторым входом -ч шестого элемента И, а инверсный выход второго триггера - и первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, пр мой выход первого триггера соединен с вторьфш входами п того и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход кото

Description

рого соединен с установочным входом третьего счетчика, выход переполнени  которого соединено вторым входом первого триггера, а вход запуска измерител  электропроводности- с вторыми вхо- дами третьего и четвертого триггеров.

I

Изобретение относитс  к измери- , тельной технике и может быть использовано дл  измерени  электропроводности неферромагнитных материалов и изделий в машиностроении и других област х техники.

Известно устройство дл  измерени  удельного электрического сопротивлени  немагнитных электропровод щих материалов , содержащее генератор образцовой частоты со схемой И на выходе, управл емый генератор периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихретокового преобразовател , два усилител -формировател , входы которых подключены соответственно к выходам токовой и измерительной катушек преобразовател , фазовый детектор , блок задани  разности фаз, усилитель рассогласовани , делитель частоты и счетчик импульсов с цифровым индикатором на выходе, причем выходы формирователей соединены с входами фазового детектора, входы усилител  рассогласовани  соединены соответственно с выходом детектора и выходом блока задани  разности фаз, а его выход - с входом генератора периодических сигналов,«выход которого соединен с входом делител  частоты, второй вход схемы И соединен с выходом делител  частоты, а ее выход - с входом счетчика импульсов lj .

Однако данное устройство обладает недостаточно высокими точностью измерени  и быстродействием. В устройстве разность фаз, пропорциональную электропроводности контролируемого материала , с помощью фильтра низких частот преобразуют в напр жение посто нного тока, которое в дальнейшем сравнивают с напр жением, пропорциональным заданному значению разности фаз. Имеюща  место.погрешность указанных преобразований, а также аддитивна  погрешность вследствие дрейфа параметров активных элементов снижают точность устройства. При этом больша  посто нна  времени фильтра низких частот накладывает ограничение на быстродействие устройства.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  измеритель электропровод .ности, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, элемент И и счетчик, генератор качающейс  частоты, выход которого соединен с входом вихретокового преобразовател , выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей , выход первого из которы соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, схему эквивалентности , дешифратор и цифровой индикатор, причем выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, выходы первого и второго счетчика соединены с информационными входами схемы эквивалентности, управл ющий вход которой соединен с выходом третьего элемента И, а выходс первым входом дешифратора, втора  группа входов которого соединена с выходами третьего счетчика,а выходыс входами цифрового индикатора, причем выход генератора образцовой частоты соединен с третьим входом второго элемента И, а выход первого элемента И соединен с входом третьего счетчика 2 ,

Однако в известном устройстве результат измерени  определ етс  в момент совпадени  измер емой разности фаз с заданным значением. Дл  этого необходимо обеспечить выполнение услови  ,.,+ 1, т.е. результат измерени  N, разности фаз на i-ом пери I оде не должен отличатьс  от измерени 3 разности фаз на (1-1)-ом периоде бол ше, чем на единицу. Поэтому наличие случайных помех снижает точность и надежность работы устройства. Кроме того,устройство не может быть исполь зовано в составе автоматизированной информагщонно-измерительной системы неразрушашщего контрол  материалов и изделий а значит точность результатов измерени  не может быть повышена путем дальнейшей их математической обработки. Точность определени  разности фаз в известном устройстве так же  вл етс  недостаточной. Все зто ограничивает точность определени  электропроводности материалов и изделий . Цель изобретени  - повышение точности . Цель достигаетс  тем, что в измеритель электропроводности, содержалщ последовательно соединенные генерато образцовой частоты, первый элемент И и первый счетчик, генератор качак дей с  частоты, выход которого соединен с входом вихретокрвого преобразовател , выходы которого соединены соот ветственно с входами первого и второ го усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входаг второго и третьего элемен тов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, введены генератор квантующей частоты, четыре триггера, п ть элементов И, элемент ИЛИ, выход кото рого соединен с управл ющим входом генератора квантующей частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и п того элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммиругощим входом второго счетчика и вычитающим входом третьег счетчика, суммирукнций вход которого соединен с выходом переполнени  второго счетчика, при этом вь1ход первог усилител -формировател  соединен с вторым входом четвертого элемента И, первыми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соедине с выходом второго усилител -формировател  и вторым входом второго триггера , пр мой выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего триггера.

дом элемента И 10, его инверсный 57 которого соединен с пepвы f выход входом седьмого элемента И, вы- . ход которого соединен с первым выходом измерител  электропроводности и третьими входами первого и третьего элементов И, выход последнего из которых соединен с установочным входом первого счетчика, выход которого соединен с. вторым выходом измерител  электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом шестого элемента И, а инверсный выход второго триггера с первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, пр мой выход первого триггера соединен с вторыми входами питого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с установочным входом третьего счетчика , выход переполнени  которого соединен с вторым входом первого триггера, а вход запуска измерител  электропроводности - с вторыми входами третьего и четвертого триггеров. На фиг.1 изображена схема измерител  электропроводности; на фиг.2 временна  диаграмма его работы. Измеритель электропроводности содержит генератор 1 квантующей частоты , генератор 2 качающейс  частоты, генератор 3 образцовой частоты, преобразователь 4 вихретоковый, усшштели-формирователн 5 и 6, элемент ИЛИ 7, элементы И 8-15, триггеры 16-19 и счетчики 20-22 импульсов. Вход генератора 1 квантующей частоты соединен с выходом элемента ИЛИ 7, его выходы - с входами элементов И 8 и 9. Вход вихретокового преобразовател  4 соединен с выходом генератора 2 качающейс  частоты, его выходы - с входами усилителей-формирователей 5 и 6. Выход усилител -формировател  5 соединен с входами элементов ИЛИ 7, И 8 и 12, инверсным входом элемента И 10 и установочными входами триггеров 16 и 17. Выход усилител -формировател  6 соединен с входами элементов ИЛИ 7 и И 10, инверсным входом элемента И 12 и входом сброса триггера 17. Пр мой выход триггера 16 соединен с входами элементов И 9 и 13 и инверсным вхоВЫХОД - с входом элемента И 14. Пр мой и инверсный выходы триггера 17 соединены соответственно с входами элементов И 14 и 13, выходы которых соединены с установочными входами триггеров 18 и 19. Входы элемента И1 соединены с выходами триггеров 18 и 19, его инверсный выход - с входами элементов И 11 и 12. Суммирующий вход счетчика 20 соединен с выходом элемента И 8, суммирующий вход счетчика 21 соединен с выходом переполнени  счетчика 20, его вычитающий вход с выходом элемента И 9, установочный вход - с выходом элемента И 10 а выход переполнени  - с входом сбро са триггера 16. Суммирующий вход счетчика 22 соединен с выходом элемента И 11, а его установочный вход с выходом элемента И 12. Выход элемента И 15, информационные выходы счетчика 22 и входы сброса триггеров 18 и 19 выведены дл  подсоединени  к контроллеру микро-ЭВМ. На фиг.2 представлены диаграммы сигнала Пуск Uj, на входах сброса триггеров 18 и 19, сигнала U на выходе усилител -формировател  5, сигнала и на выходе усилител -формировател  6, сигнала Uj, на выходе триггера 16, сигнала Uj на выходе тригге ра 17, сигнала Ujg на выходе триггера 18, сигнала U|oHa выходе триггера 19, сигнала Ui. на выходе элемента И 15, сигнала U на суммирующем входе счетчика 21, сигнала U(j на вычитанщем входе счетчика 21, сигнала и,,, на установочном входе счетчика 21 сигнала J на суммирующем входе счет чика 22, сигнала Ujg на сбросовом вхо де счетчика 22. При этом tf, - момент поступлени  сигнала Пуск, t - момент по влени  на выходе усилител формировател  5 логической единицы, to момент по влени  на выходе усилител  форю1ровател  6 логической единицы, t- - момент по влени  на выходе усилител -формировател  5 логического нул , Ц -момент по влени  на выходе усилител -формировател  6 логического нул , t - момент оконча ни  сформированного интервала ад Т - величина периода возбуждающего сигнал, S - временной интервал, соот ветствукщий измер емому сдвигу фаз, временной интервал, соответствук ций заданному сдвигу фаз, N( результат квантовани  (1/2)Т импульсами частотой f , Ng - результат квантовани  импульсами частотой f ; N - результат квантовани  (1/2)Т импульсами частотой f... Устройство работает следующим образом . В измерителе используетс  переменночастотньй вихретоковьй метод измерени  электропроводности неферромаг ,нитных материалов, основанный на выполнении услови  R, -|2 lfd|Uo const,(l) где Л дд, - номинальное значение обобщенного параметра (обычно/ н,„ 2-6); R:) - эквивалентный диаметр вихретокового преобразовател  4J f - значение частоты генератора 2, fi - удельна  электропроводность контролируемого материала , /Чо - магнитна  посто нна . Дл  выполнени  услови  (1) в измерителе , измен   частоту f генератора 2 качающейс  частоты, обеспечивают совпадение сдвига фаз (f между опорным сигналом на выходе усилител -формировател  5 и измерительным сигналом на выходе усилител -формировател  6 с заданным значением , Q ад . Заданное значение фазового сдвига в устройстве устанавливают путем изменени  коэффициента делени  ц счетчика 20. Козффициент п устанавливают целочисленным и равным или 3 или 4, что соответствует фазовому сдвигу в 60 или 45°. Преобразователь 4 устанавливают на поверхность контролируемого издели . Все элементы измерител  привод т в исходное состо ние, при котором триггеры 18 и 19 наход тс  в единичном состо нии, а счетчик 22 в нулевом состо нии. Генератор 2 вырабатывает синусоидальное напр жение , частота которого измен етс  от mif, Д° rocijf и наоборот. Сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход преобразовател  4, опорный UC и измер емый UCg сигналы на соответствующих выходах которого сдвинуты один относительно другого на интервал f (фиг.2д), величина которого зависит от электропроводности d материала контролируемого издели  и частоты возбуждени  преобразовател . Усилители-формирователи 5 и 6 преобразуют положительные полупериоды указанных сигналов в логические единицы , а отрицательные - в логические нули (фиг.2 б,в). В измерителе процесс измерени  и сравнени  фазовых сдвигов осуществл  етс  -непрерьшно и в нем условно мож но вьщелить два такта. Первый такт начинаетс  с приходом в момент Ц переднего фронта сигнала с выхода усилител -формировател  5, который синхронизирует с помощью элемента ИЛИ 7генератор 1 и открьюает элемент И 8. Счетчик 21 начинает подсчитывать число N импульсов частотой fj, которую счетчик 20 делит в п раз. Тригге ры 16 и 17 при этом наход тс  в нуле вом состо нии. В момент tg на выходе усилител -формировател  6 по вл етс  единичный уровень измер емого сигнала. 8момент t окончани  сигнала на вы ходе усилител -формировател  5 в счетчике 21 будет зафиксировано число (фиг.2и) ( 1 :/ dt гп . N, j 5 i| В момент t завершаетс  первый такт и начинаетс  второй такт. Задний фронт опорного сигнала с выхода усилител -формировател  5 устанавливает в единичное состо ние триггеры 16 и 17, на выходах которых начинают формироватьс  соответственно времен (фиг.2г,д) ные интервалы и , .. fA-JL. (3) 2ft 2n C t.-tij ( 4) Единичный сигнал с выхода триггера 16 открьшает элемент И 9 и счетчик 21 начинает вычитать из зафиксированного числа NI число N импульсов частоты fv (фиг.2к). При равенст ве чисел N. и N передний фронт сигнала переполнени  нулевого уровн  с выхода счетчика 21 устанавливает в исходное состо ние триггер 16. Триггер 17 в исходное состо ние устанавливаетс  задним фронтом сигнала с вы хода усилител -формировател  6. Длительности интервалов ад и сравниваютс  элементами И 13 и 14, В зависимости от знака разностного интервала tit на выходе элементов И 13 и 14 по вл етс  импульс, длительность которого определ етс  соотношением А ± ( ), (5) Единичный сигнал синхронизации на выходе элемента ИЛИ 7 обеспечивает работу генератора 1 на прот жении времени (). При отсутствии на входах элемента И 10 единичных сигналов сигнал с его выхода записьшает в счетчик 21 единицу (фиг.2л). Сигнал Пуск, который поступил на вход измерител  в момент t,, установил в нулевое состо ние триггеры 18 и 19 (фиг.2е, ж) вследствие чего с выхода элемента И 15 на входы элементов И 11 и 12 поступает разрешающий потенциал (фиг.2з). Счетчик 22 периодически подсчитыва,ет число N выходных импульсов генератора 3 образцовой частоты f, поступающих на его вход с выхода элемента И 11, при поступлении на вход последнего единичного сигнала с выхода усилител -формировател  6 (фиг.2н,м). При этом при поступлении на входы элемента И 12 единичного сигнала с выхода усилител -формировател  5 и нулевого сигнала с выхода усилител -формировател  6, единичный сигнал с его выхода устанавливает в нулевое состо ние счетчик 22. Положим, что в начальный момент после поступлени  сигнала Пуск выполн лось условие . Тогда по вившийс  на выходе элемента И 13 сигнал длительностью л«. установит в единичное состо ние триггер 18 (фиг.2ж). После того как в процессе зменени  частоты генератора 2 разостный интервал изменит свой знак. диничньй сигнал с выхода элемента И 14 установит в единичное состо -, ние триггер 19, Единичные сигналы с выходов триггеров 18 и 19 устанавливают на выходе элемента И 15 нулев° сигнал Готовность, который за-прещает изменение кода в счетнике 22 и сигнализирует об окончании процесса измерени .

измеритель может работать как в автономном режиме, так и в составе автоматизированной измерительиой системы на базе ЭВМ. Дл  запуска измерител  в автономном режиме используют кнопку Пуск, а о величине контролируемой электропроводности суд т по значению числа N, за жсксированного в счетчике 22, Новый цикл измерений осуществл етс  подачей сигнала Пуск без предварительной установки элементов измерител  в исходное состо ние .

При работе в составе АИС сигнал Пуск иницикруетс  ЭВМ. Точное значение электропроводности определ ют из соотношени , полученного из (Oi

Т

Р ном

6v

(7)

, Xl fUoRl

(«Д,{„. .

На практике коэффициент дл  конкретных условий измерени  определ ют при калибровке измерител  посредством контрольного образца с известной электропроводностью d , тогда

О ° .

(8)

По сравнению с известным предлагаемый измеритель обладает р дом преимуществ . Определение момента сравнени  интервалов 1эдд и по перемене знака разности А t повышает надежность работы измерител  в услови х

наличи  случайных помех. Использование в измерителе управл емого генератора квантующей частоты позвол ет увеличить точность сравнени  разности фаз, так как начало квантовани 

синхронизовано передним фронтом положительного полупериода опорного сигнала, а само квантование возможно осуществл ть на наибольшей дл  используемой элементной базы частоте.

При этом, к частоте f не предъ вл етс  жестких требований по стабильности во времени и генератор по своей структуре может быть простым. Синхронизаци  начала квантовани  и

занесение в счетчик единицы позвол ет обеспечить суммарную погрешность определени  численного эквивалента и формировани  заданного временного интервала не более t1/fц. Возможность использовани  измерител  совместно с ЭВМ позвол ет увеличить точность измерени  за счет применени  математических методов обработки информации , определ ть эксплуатационные

параметры издели , св занные с электропроводностью , создавать архив данных контрол  по каждому изделию.

rbmoSHOcffit

ti ц 4i

5. : :$ ; 1 :| : :|

ч -4 t

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый элемент И и первый счетчик, генератор качающейся частоты, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, выход первого из которых соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, а выход второго - с вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а также второй и третий счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор квантующей частоты, четыре триггера, пять элементов И, элемент ИЖ, выход которого соединен с управляющим входом генератора квантующей частоты, выход которого сое- динен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммируют щим входом второго счетчика и вычитающим входом третьего счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, при этом выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым входом четвертого, элемента И, первыми входами первого и второго триггеров и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя и вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И,выход которого соединен с первым выходом измерителя электропроводности и третьими входами первого и третьего, элементов И, выход последнего из которых соединен с установочным входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым выходом измерителя электропроводности, причем инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом шестого элемента И, а инверсный выход второго триггера - с первым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторьми входами пятого и восьмого элементов И и третьим входом второго элемента И, выход кото1149157 рого соединен с установочным входом третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с вторым входом пер вого триггера, а вход запуска измерителя электропроводности - с вторыми входами третьего и четвертого триггеров.