Устройство для определения измерений электропроводности — SU 752177 (original) (raw)
Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 300780,Бюллетень М 28Дата опубликования описания 30.07.80 С 01 й 17/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения О. Е. Вилитис, А. К. Гайлис и У, В, Янсбн Физико-энергетический институт Академии НаукЛатвийской ССР и Латвийский государственныйуниверситет им. П. Ст чки(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках для бесконтактного определения измерений электропроводности, например, при регистрации фазовых переходов в твердых телах и в исследованиях сверхпроводимости, в том числе высокотемпературной, при неразрушающем контроле и испытании деталей и материалов, а также в области дефектоскопии и в геолого-поисковых работах.Для измерения составляющих.комплексных сопротивлений используются мостовые устройства переменного тока. Достоинствами таких измерительных устройств являются высокая чувствительность и точность измерений,Наиболее близким к предлагаемому 20 является устройство, которое содержит мост переменного тока, источник питания моста, модулятор, избирательный усилитель,образуемый усилителем высокой частоты и избирательной 25 линейной цепью, а также детектор, усилитель низкой частоты, два реверсивных двигателя и фазовращатель.Выход моста подключен к входу избирательного усилителя, состоящего из 30 усилителя высокой частоты и линейной избирательной цепи, выход которого соединен с входом детектора, Выход детектора через усилитель низкой частоты подключен к обмоткам управления реверсивных двигателей. Переменное напряжение модуляции подключено к входу питания одного из реверсивных двигателей, к входу модулятора и к входу фаэовращателя, выход которого подключен к питающему входу второго реверсивного двигателя 11 .Однако это устройство имеет ряд серьезных недостатков, Так, при определении изменений электропроводности в измерительном плече моста, малейшие изменения .температуры или геометрии измерительной индуктивности и кабеля ее подсоединения к мосту вызывают появление некоторого параэитного сигнала. Этот сигнал может быть сравним с полезным сигналом, возникающим благодаря вносимому исследуемым объектом изменению сопротивления измерительной индуктивности. Этот недостаток значительно снижает стабильность работы и разрешающую способность устройства. Так, например, при определении небольших изменений электропроводностипри температуре жидкого азота и ниже, влияние изменений реактивныхсоставляющих элементов плечей моста,обусловленных паразитными изменениями импедансов датчиков и исследуемого объекта в зависимости от температуры и геометрии может полностьюзамаскировать измеряемые измененияэлектропроводности исследуемогообъекта,Кроме того, использование в качестве индикатора амплитуды и фазыреверсивных двигателей значительноснижает быстродействие устройства,так как электромеханические системыиндикации являются относительно медленно действующими.Цель изобретения - повышение стабильности, разрешающей способностии быстродействия устройства,Поставленная цель Достигаетсятем, что в устройство для определения изменений электропроводности,содержащее мост переменного тока,плечи которого выполнены в виде комплексных сопротивлений, включенных 25симметрично относительно источникапитания моста, детектор, подключенный через избирательный усилитель квыходу моста, модулятор, подсоединенный к одному из плеч моста, а ЗОтакже индикатор амплитуды и фазы,введеНы элемент выборки-хранения,определитель минимумов огибающейпеременного напряжения и компараторуровня нуля, причем выход детектораподключен к аналоговому входу элемента выборки-хранения и к входуопределителя минимумов, выход последнего соединен с управляющим входом элемента выборки- хранения, и содним из входов упомянутого индйка Отора, к двум другим входам которогоподключены, соответственно, выходэлемента выборки-хранения и выходкомпаратора, соединенного своимвходом с модулятором. 45На чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройстваК выходу моста 1 через избирательный усилитель 2 подключен детектор 3,выход которого подключен к аналого Овому входу элемента 4 выборки- хранения и к входу определителя 5 минимумов огибающей переменного напряжения.Выход последнего соединен с управляющим входом элемента 4 выборки-хранения, и с одним из входов индикатора б амплитуды и фазы, к двум другим входам которого подключены соответственно, выход элемента 4 выборкихранения и выход компаратора 7, соединенного своим входом с модулятором 08. При этом, последний подключен такжек одному из плечей моста, Плечи мостапеременного тока этого устройства выполнены в виде комплексных сопротивлений 9,10,11,12, попарно образующих 65 два последовательных резонансных контура, включенных симметрично относительно подсоединенного источника питания моста 1. Индуктивность сногоиз этих контуров является измерительной,Устройство работает следующимобразом,Переменное напряжение Ч синусоидальной формы с частотой Г, поступающее на мост от источника питания,вызывает на комплексных сопротивлениях 9 и 12 моста соответствующиенапряжения Ч 1 и Ч 4. Комплексные сопротивления 9 (2), 10 (2), 11 (2 э)12 (24,), образуюцие два контура резонанса тока, предварительно настраиваются так, что их резонансные частоты равны или близки к частоте Гнапряжения Ч, причем соотношениясоставляющих комплексных сопротивлений симметрично расположенных плечей моста практически идентичны.Если один из реактивных параметровплеча, например, плеча 11 образованного комплексным сопротивлением,моста, модулируется модулятором 8с частотой ГмГ, то на выходемоста появляется переменное напряжение, модулированное по амплитуде.В моментах времени , когда в процессе модуляции 3,2 = 3, 2(со),выполняются условия равновесия моста. В этих моментах времени огибающая переменного напряжения на выходе моста принимает свое минимальное значение. Переменное модулированное напряжение с выхода моста через избирательный усилитель 2подается на амплитудный детектор3. Продетектированное напряжениевместе с его постоянно составляющейпоступает на вход определителя 5минимумов огибающей переменного напряжения и на вход элемента 4, Вмоменты фиксации минимального значения продетектированного переменного напряжения на управляющийвход элемента 4 поступает сигналуправления с выхода определителя 5,Минимальные значения продетектированного напряжения с выхода элемента выборки-хранения подаются наиндикатор б, где происходит ихизмерение. Индикатор б представляетсобой малоинерционный, напримерэлектронный, измеритель напряженияи фазы.Определение изменения электропроводности исследуемого объектапроисходит следующим образом.Измерительный объект помещается вблизи выносной измерительной катушки индуктивности, представляющей собой измерительное плечо моста.тЭта измерительная катушка включается в мост через кабель подсоединения. Изменение электропроводности исследуемого объекта вызывает измене 752177ние активной составляющей комплексного сопротивления измерительного .плеча моста. Возникающий при этом разбаланс моста увеличивает минимальное значение продетектированного переменного напряжения, которое измеряется индикатором б. Таким образом, индикатором б оценивается измерение электропроводности исследуемого объекта.В практических условиях в большинстве случаев при определении изменения электропроводности измеряемого объекта одновременно с этим изменением происходит изменение реактивной составляющей плеч моста, что обуславливается рядом причин. Так, кроме вносимой исследуемым объектом активной составляющей комплексного сопротивления в цепи катушки измерительного плеча, в эту цепь может вноситься также .реактивная составляющая, Вследствие температурных и механических воздействий могут изменяться также емкость кабеля подключения измерительной катушки к мосту и другие реактивные параметры включенных в плечи моста элементов.Предлагаемое устройство исключает влияние этих паразитных изменений параметров моста на его стабильность и разрешающую способность. Это осуществляется благодаря тому, что при модуляции в определенных пределах одного из реактивных параметров моста в некоторых моментах выполняется условие3 2+3 2 -3 7. 11 3 ХГлубина модуляции реактивного параметра одного из плеч моста выбирается в зависимости от пределов паразитных изменений реактивных параметров моста, В зависимости от величины паразитного изменения реактивных составляющих отдельных плеч моста, фаза момента времени с, при котором выполняется уравнение, изменяется по отношению к фазе модуляции, Следовательно, относительно модуляционного сигнала изменяется также фаза минимума продетектированного напряжения, получаемого с выхода амплитудного детектора 3. Эта фаза определяется индикатором б, на входы которого поступает сигнал с выхода определителя 5 и через компаратор 7 нулевого уровня - сигнал с модулятора 8, Измерение этой фазы предусмотрено для удобной предварительной балансировки моста, а также для контроля характера и степени изменения реактивных параметров плеч моста в ходе определения изменения электропроводности исследуемого объекта.В предлагаемом устройстве отсутствуют инерционные индикаторы амплитуды и фазы электромеханического типа, фазовращатель и др., что кроме упрощения устройства, повышает его быстродействие и надежность работы.Формула изобретенияУстройство для определения иэме 20 нений электропроводности, содержащеемост переменного тока, плечи котороговыполнены в виде комплексных сопротивлений, включенных симметричноотносительно источника питания моста,25 детектор, подключенный через избирательный усилитель к выходу моста,модулятор, подсоединенный к одномуиз плеч моста, а также индикаторамплитуды и фазы, о т л и ч а ю 30 щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности, разрешающей способности и быстродействия, в него введены элемент выборки-хранения, определитель минимумов огибающей переменногонапряжения и компаратор уРовня нуля,причем выход детектора подключен каналоговому входу элемента выборкихранения и к входу определителя минимумов, выход последнего соединен с40 управляющим входом элемента выборкихранения и с одним из входов упомянутого индикатора, к двум другим входам которого подключены, соответственно, выход элемента выборки-хра 4 нения и выход компаратора, соединенного своим входом с модулятором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Гриневич Ф.Б. О построении модуляционных автоматических мостовпеременного тока с амплитудно-фазовым детектированием. - "Измерительная техника", 1962, фс. 41-44.