CS236981B1 - Zapojení měřiče permeability - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení měřiče permeability materiálu a řeší problém měření magnetické permeability elektricky vodivého materiálu využitím skinefektu. Měřený materiál je protékán střídavým proudem. K vyhodnocování je pak využit časový průběh úbytku napětí na vodiči. Měřič permeability je použitelný pro měření permeability elektricky vodivého materiálu, zejména pro účely metalurgického výzkumu feritických ocelí.

Description

Vynález se týká zapojení měřiče permeability materiálu a řeší problém měření magnetické permeability elektricky vodivého materiálu využitím skinefektu.

Jsou známy různé metody měření permeability materiálu, jejichž společným znakem je, že měřený materiál musí být vložen do magnetického pole. Součástí každého přístroje měřicího permeabilitu je proto vždy zařízení k vytvoření vhodného magnetického pole. Tato skutečnost přináší experimentální problémy zvláště v případech, kdy se měří v obtížných podmínkách^např· při vysokých nebo nízkých teplotách.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení měřiče pprmeabilíty v

podle vynálezu, jehož podstatou je, že napěťové svorky vzorku jsou spojeny se vstupem integrátoru, jehož výstup je spojen se vstupem prvního komparátoru, jehož výstup je spojen jednak s prvním vstupem vyhodnocovací jednotky, a dále se vstupem zdroje, jehož proudový výstup je spojen s proudovými svorkami vzorku. Referenční výstup zdroje je spojen s referenčním vstupem prvního komparátoru, výstup integrátoru je spojen se vstupem druhého komparátoru, jehož referenční vstup je uzemněn, a jehož výstup je spojen s druhým vstupem vyhodnocovací jednotky. Výstup vyhodnocovací jednotky je výstupem měřiče.

Předností měřiče podle vynálezu je skutečnost, že ke své činnosti nepotřebuje žádnj zdroj magnetického pole. Tato přednost se projeví zvláště v případech, kdy takový zdroj magnetického pole nelze umístit do blízkosti vzorku např. pro nutnost ohřevu vzorku na vysokou teplotu v ochranné atmosféře nebo při ochlazování v kapalném médiu. Někdy může být výhodné i měření pouze na části vzorku, např. proto, že zbývající části vzorku nemají požadovanou teplotu.

236 981

Příklad provedení vynálezu bude vysvětlen pomocí připojených výkresů, kde obr. 1 je schéma zapojení měřiče podle vynálezu, obr. 2 ukazuje napětí u (t) na výstupu integrátoru v závislosti na čase t, obr. 3 pak závislost intenzity elektrického pole E (t) na povrchu vodiče ve směru jeho osy na čase t.

Vzorek 1 ve tvaru drátu o kruhovém průřezu je vybaven proudovými svorkami 11 a napěťovými svorkami 12. Napěťové svorky 12; jsou spojeny se vstupem 13 integrátoru 2, jehož výstup 44 je spojen se vstupem 15 prvního komparátoru 3 a vstupem 18 druhého komparátoru 4. Referenční vstup 19 druhého komparátoru 4 je uzemněn, zatím co referenční vstup 16 prvního komparátoru 3 je spojen s referenčním výstupem 24 zdroje 6, jehož vstup 23 je spojen s výstupem 17 prvního komparátoru 3, Proudový výstup 25 zdroje 6 je spojen s proudovými svorkami 11 vzorku 1. Výstup 17 prvního komparátoru 3 a výstup 20 druhého komparátoru 4 jsou spojeny s prvním vstupem 21 a druhým vstupem 22 vyhodnocovací jednotky 5, jejíž výstup 26 je výstupem celého měřiče.

V příkladném provedení protéká vzorkem 1 o průměru 6 mm proud 10 A ze zdroje 6, jehož proudový výstup má charakter zdroje kóns^tního proudu. Úbytek napětí na vzorku 1 mezi jeho napěťovými svorkami 12 je integrován integrátorem 2. Okamžik, kdy napětí na výstupu 14 integrátoru 2 projde nulovou napěťovou úrovní označenou v obr. 2 jako tj, je registrován druhým komparátorem 4 změnou napětí na jeho výstupu 20. Napětí na výstupu 14 integrátoru 2 se dále mění ve stejném smyslu až do okamžiku kdy dosáhne referenční napěťové úrovně + /nebo - U_R/, jež ď^e v příkladném provedení rovná 8 V. Tím je ukončena jedna půlperioda činnosti měřiče a současně začíná následující půlperioda, takže okamžik ^m&že být z hlediska následující půlperiody časovým okamžikem tg. V tomto okamžiku tg se mění napětí na výstupu 17 prvního komparátoru 3, což způsobí změnu polarity referenční napěťové úrovně na referenčním výstupu 24 zdroje 6 a současně na jeho proudovém výstupu 25 začne rovnoměrná komutace proudu na opáč nou ustálenou hodnotu, které se v příkladném provedení dosáhne po uplynutí doby komutace = 0,2 ms. Také změna napětí na výstupu 14 integřátoru 2 má opačné znaménko a popsaný děj se tedy

238 981 stále opakuje. Vyhodnocovací jednotka 5 převádí časové intervaly mezi jednotlivými okamžiky t^ a na napětí přírazůmerné permeabilitě materiálu. Tento převod je založen na zákonitosti, která je předmětem objevu “Závislost průběhu elektrického pole na perraeabilitě’'. Pro vysvětlení této zákonitosti pomocí obr. 3 uvazujme o dostatečně dlouhém vodiči kruhového průřezu o poloměru r, který je protékán konstantním proudem o velikosti - I. V časovém okamžiku _t = 0 počne rovnoměrná komutace proudu protékajícího vodiče rychlostí' di _{= a} i ₍ takže _p„ _{uplynutl doby komu}.

táce vodičem dále protéká konstantní proud o velikosti +

Pak mezi velikostí permeability^w materiálu vodiče a velikostí plochy Q vymezené křivkami časových závislostí skutečné intenzity elektrického pole na povrchu vodiče ve směru jeho osy - křivka a a teoretické intenzity, jaká by na povrchu vodiče byla bez přítomnosti povrchového jevu - křivka b platí vztah :

/r.s.nfí n.m¹] (1)

< -	/u . I
	4 tr
pro	teoretickou
pro	čas t =? Τ|ζ
Ej	(t) = ý .

(2) r . _r® kde je měrný elektrický odpor vodiče.

Odpovídající teoretické napětí (t) na výstupu 14 integrátoru 2 lze s ohledem na uvedený průběh komutace proudu vyjádřit :

Uj (t) = _1_ f (t) · ^L · ^dt I.L (t - T_R ) * C ° %.r² pro t^T^ _} (3) kde Τ' je časová konstanta integrátoru 2

L je vzdálenost napětovýcli svorek 12 na vzorku ^1

C je integrační konstanta.

ý využitím vztahu (1) pak pro skutečný průběh napětí u (t) na výstupu 14 integrátoru _2 lze dokázat vztah platný pro čas t, kdy už prakticky zaniklo nerovnoměrné rozdělení proddu ve vzorku 1 po komutaci : 238 881 ^u (t) =ý>. Ji χ.....L _(t._T ) + . I.L + C , pro t-*<~ (4)

Γ . r^{2 K 6} IrTrcož je rovnice asymtoty skutečného průběhu napětí na výstupu 14 integrátoru 2. Pro její směrnici k platí :

^k - . (5)

x.r². r

Bosadíme-li ve vztahu (4) t = T_R, je možnost stanovit velikost isekú A snázorněného ná obr. 2.

A = . I.L (6)

4.rr a pro směrnici k lze psát další vztah :

I.L .r-t(T) ^Ta ” ^Γι * ^Γκ

Symbolem je označena doba, která uplyne od okamžiku tg do tj _t ^a symbolem Tg je označena doba, která uplyne ad okamžiku ίχ do tg . Poměry v měřiči jsou nastaveny tak, že doba je delší než doba potřebná k zániku nerovnoměrného rozdělení proudu ve vzorku 1 vlivem povrchového jevu po komutaci. Pak z rovnosti pravých stran vztahů (5) a (7) plyne rovnice pro permeabilitu » (Tg - Τ_χ # T^) . 4 f (8)

Pro měrný elektrický odpor materiálu vzorku J. platí :

Ur .Τ»?Γ» r^ rjZ_fm₉ V, s, m, A, m, s7

I.L.T» ^{U J} (9) kde U_R je hodnota referenčního napětí na referenčním výstupu zdroje 6, což je v příkladném provedení 8 V.

Platnost vztahu(S) pro měrný odpor lze jednoduše odvodit z rovnice obecně platné přo napětí na výstupu integrátoru 2 při integraci konstantního výstupního napětí o velikosti P j l

238 981

Z uvedených rovnice je zřejmé, jaká musí být funkce vyhodnocovací jednotky 5, aby ze známých dob a Tg , které se ve vyhodnocovací jednotce 5 na základě signálů přivedených na její první vstup 21 a druhý vstup 22 snadno stanoví, poskytla informaci o permeabilite. Výpočty lze řešit jednoúčelovým analogovým, číslicovým nebo nejjednodušeji hybridním Systémem, přičemž se za dobu T^i Tg bere průměr příslušných dob z celé periody měřiče, čímž se vyloučí vliv všech stejnoměrných rušivých napětí v obvodu napěťových svorek 12 vzorku 1 a vstupu 13 integrátoru 2 včetně jeho driftů. Vyhodnocovací jednotka 5 v příkladném zapojení je řešena hybridním způsobem. Nejprve se pomocí čítače a vratného čítače s příslušnými pamětmi a ovládacími obvody získají číslicové ekvivalenty dob Tg a (Tg - + T^). Z číslicového ekvivalentu doby Tg se pomocí modifikovaného číslicově analogového převodníku, jehož analogové výstupní napětí je nepřímq|úměrné vstupní číslicové informaci, získá analogové napětí úměrné měrnému elektrickému odporu. Toto napětí se přivádí do násobícího číslicově analogového převodníku, na jehož číslicový vstup se přivádí číslicový ekvivalent doby (Tg - + T^) z vratného čítače, a na jeho výstupu, který jě výstupem 26 vyhodnocovací jednotky 5 je tedy napětí úměrné permeabilitě vzorku 1_.

Měřič permeability podle vynálezu je určen pro účely metalurgického výzkumu pro měření fyzikálních vlastností ocelí v širokém rozsahu teplot a je použitelný všude, kde je třeba měřit permeabilitu kovového válcového materiálu. V případě individuálního stanovení převodní charakteristiky je tento měřič použitelný i pro měření permeability elektricky vodivých materiálů takových tvarů, ve kterých dochází k elektrickému povrchovému jevu.

Claims (1)

1. Předmět vynálezu

   238 981

   Zapojení měřiče permeability, vyznačující se tím, že napé£ové svorky (12) vzorku (1) jsou spojeny se vstupem (13) integrátoru (2) , jehož výstup (14) je spojen se vstupem (15) prvního komparátoru (3), jehož výstup (17)je spojen jednak s prvním vstupem (21) vyhodnocovací jednotky (5), a dále se vstupem (23) zdroje (6)» jehož proudový výstup (25) je spojen s proudovými svorkami (li) vzorku (1), a referenční výstup (24) zdroje (6) je spojen s referenčním vstupem (16) prvního komparátoru (3), dále výstup (14) integrátoru (2) jě spojen se vstupem (18) druhého komparátoru (4), jehož rěferenční vstup (19) je uzemněn a jehož výstup (20) je spojen s druhým vstupem (22) vyhodnocovací jednotky (5), jejíž výstup (26) je výstupe# měřiče.