SU1758586A1 - Способ определени удельного электросопротивлени твердых материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерений электрофизических параметров электропроводных твердых материалов. Цель изобретени  - повышение точности измерений путем снижени  систематической погрешности. Способ определени  удельного электросопротивлени  твердых материалов основан на четырехзондовом методе, причем при расчете удельного очек- тросопротивлени  образца по двум образцам с известными удельными электросопротивлени ми и геометрией вычисл ют масштабный коэффициент, причем геометрию второго образца выбирают соответствующей геометрии исследуемых образцов и определе ют их искомые характеристики с учетом масштабного коэффициента . Устройство содержит датчик 1 тока , исследуемый образец 2, измерительный зонд 3, интегратор 4, усилитель 5, компаратор 6, информационный вход 7 ОЗУ, ОЗУ 8, вход 9 управлени  ОЗУ, генератор 10 управл емой частоты, микропроцессор 11, мультиплексор 12, ПЗУ-13. выход 14 ПЗУ. выход 15 ОЗУ, выход 16 мультиплексора, блок 17 индикации, аналого-цифровой преобразователь 18. 2-с.п.ф-лы, 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и технической физике, в частности к измерени м электрофизических характеристик электропроводных твердых материалов.

Известен способ определени  электросопротивлений твердых материалов, заклю- чающийс  в приведении в контакт с поверхностью исследуемого образца четырех зондов, расположенных вдоль линии, параллельной длине исследуемого образца на фиксированном рассто нии друг от друга , в плоскости, перпендикул рной поверхности образца, пропускании тока через образе у между внешними зондами, измерении падени  напр жени  между внутренними зондами, рассто ни  между зондами и определении искомых характеристик исследуемого материала.

Недостатком способа  вл етс  низка  точность и узкий диапазон определени  удельного электросопротивлени , ограничиваемые геометрией исследуемых образцов , так как расчетна  формула выведена дл  полубесконечного образца и не учитывает масштабные деформации электрического пол  в образце, определ емые его геометрией. Данный способ предполагает непосредственные измерени  разнородных физических величин: электрический (ток,

сл

00

сл

00

о

пр жение) и геометрических (рассто ний, коэффициента), что вносит в конечный результат как систематическую погрешность, так и случайную.

Известно устройство дл  разбраковки электрических изделий по активному сопротивлению , содержащее две мостовые измерительные схемы нижнего и верхнего пределов с общей диагональю, к выходам которых подключены входы усилителей формирователем, генератор стробирующих импульсов, дпе схемы И, инвертор, триггер, треть  схема И, причем выход первого усилител  формировател  соединен с входом первой схемы И, выход которого усилител  формиро зтел  подключен которым оходам перрой и торой схем И, выход генератора стробпрующих импульсов соединен с третьими входоми первой и второй схем И, через первый и второй триггеры подключены к входам третьей схемы И, причем триггер с первой схемой И на входе соединен пр мым входом, а второй триггер-инверсным выходом .

Однако данное устройство имеет низкие функциональные возможности, обусловленные отсутствием количественных показателей проведени  процессов разбраковки , что естественно ухудшает качество проведени , имеет узкий диапазон разбраковки изделий, обусловленный жесткими структурными св з ми устройства.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение диапазона измерений в зависимости от геометрии исследуемых образцов, расширение функциональных возможностей и диапазона измерений .

Цель достигаетс  тем, что в способе определени  удельного сопротивлени  твердых материалов, включающем осуществление контакта с поверхностью образца четырех зондов, расположенных вдоль линии, параллельной длине образца на фиксированном рассто нии друг от друга , в плоскости, перпендикул рной поверхности образца, пропускание тока через образец между двум  внешними зондами, измерение падени  напр жени  на образце между двум  внутренними зондами, в расчете удельного электросопротивлени  образца, в отличие от известных решений вычисление осуществл ют по двум образцам с известными значени ми удельных электросопротивлений и геометрией масштабного коэффициента, причем геометрию второго образца выбирают соответствующей геометрии исследуемых образцов и определ ют их удельные электросопротивлени  с учетом масштабного коэффициента .

Кроме того, в устройство дл  определени  удельного электросопротивлени 

твердых материалов, содержащее датчик тока, выполненный в виде резистора, соединенного выводом с клеммой токового зонда, в отличие от прототипа введены микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь , генератор управл емой частоты , компаратор, усилитель, мультиплексор, оперативное запоминающее устройство, посто нное запоминающее устройство, причем вывод датчика

тока соединен с входом интегратора и входом аналого-цифрового преобразовател , второй выход соединен с вторым и третьим входами интегратора, входом генератора управл емой частоты и с выходом аналогоцифрового преобразовател , второй выход аналого-цифрового преобразовател  соединен с входом микропроцессора, его второй вход соединен с выходом генератора управл емой частоты, а третий его вход

соединен с выходом мультиплексора, выход микропроцессора соединен с входом блока индикатора, вход мультиплексора соединен с выходом посто нного запоминающего устройства, его второй вход соединен

с выходом оперативного запоминающего устройства, его вход соединен с выходом генератора управл емой частоты, второй вход соединен с выходом компаратора, вторым выходом датчика тока, вход компаратора соединен с выходом интегратора, второй вход соединен с выходом усилител , первый и второй входы которого соединены с клеммами потенциальных зондов, причем втора  клемма второго токового зонда

соединены с общей шиной.

Сущность способа определени  удельного электросопротивлени  твердых материалов заключаетс  в следующем.

В контакт с поверхностью первого эталонного образца с известными удельным электросопротивлением р$ и геометрией (длина 31, ширина bi) привод т четыре зонда , расположенных вдоль пр мой линии параллельно длине ai образца на

0 фиксированном рассто нии s друг от друга, в плоскости, перпендикул рной поверхности образца. Пропускают ток через образец между внешними зондами, измер ют падение напр жени  Uj на образце посред5 ством двух внутренних зондов, Затем определ ют удельное сопротивление второго (1+1) эталонного образца с геометрией а2/Ь2, равной отношению длины ан-1 и ширины Ьц-1, т.е. a2/b2 cai/bi, таким образом

((+1) Ui + 1 Ui

По определению из (1) значению /Ээ2(н-1) и известному рэ2 вычисл ют масштабный коэффициент Кн-1, учитывающий изменение геометрии от первого ко второму эталону (деформацию, коэффициент преобразовани  координат), однозначно св занное через измер емые величины. Принима  дл  удобства , получаем расчетную формулу дл  определени  удельного электросопротивлени  исследуемого образца с геометрией, равной второму эталону и отличной от геометрии первого эталона:

fl-()

2 Uj-1

РЛ

Uj.

На практике удельное электросопротивление удобно рассчитывать по формуле/с Kj-iUj, а масштабный коэффициент рассчитывают по двум эталонам перед измерени ми на исследуемых образцах по вышеприведенной схеме.

Выражение (1) с применением одного эталона  вл етс  частным случаем из более общего выражени  (2) дл  двух эталонов при условии, что /сы рэ2 и равной геометрии эталонов, дл  различных геометрий формула (2) преобразуетс  как:

/Оэ1

Ui +1 Ui+2 U

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Устройство дл  определени  удельного электросопротивлени  твердых материалов содержит датчик 1 тока, выполненный в виде резистора, исследуемый образец изделий 2, измерительный зонд 3, интегратор 4, усилитель 5, компаратор 6, св занный с информационным входом 7 оперативного запоминающего устройства 8, управл ющий вход 9 которого соединен с генератором управл емой частоты 10. микропроцессор 11, мультиплексор 12, посто нное запоминающее устройство 13. Выходы 14 и 15 запоминающих устройств через мультиплексор 12 соединены с первыми входами 16 микропроцессора 11, св занного с блоком индикации 17, причем вторые входы микропроцессора 11 соединены с аналого-цифровым преобразователем 18.

Устройство работает циклически следующим образом.

Питание измерительного зонда осуществл етс  выходным сигналом компараго- ра. Сигналы с измерительного зонда 3 датчика 1 тока и потенциальных выходов

5 зонда поступают дл  сравнени  на входы компаратора б (фиг. 2а). На первый пход компаратора 6 подаетс  сигнал с интегра гора 4, а на второй вход - с усилител  5. В момент равенства проинтегрированного ча10 пр жени  с датчика 1 и усиленного напр жени  с потенциальных выходов измерительного зонда 3 на выходе компаратора 6 фиксируютс  импульсы длительностью Г| (фиг. 26) пропорциональный

15 напр жению.

Выходной сигнал компаратора 6 поступает на информационный вход 7 оперативного запоминающего устройства 8. заполненный с помощью управл ющего

20 входа 9 фиксированной частотой Г0(фн(. 2в), вырабатываемой генератором 10 управл емой частоты.

На выходе оперативного запоминающего устройства 8 формируетс  код (фиг. 2г)

25 пр мо пропорциональный измер емому напр жению .

В момент равенства сигналов на входах компаратора 6 последний переключаетс  (фиг. 26), т.е. формируетс  спад импульса

30 длительностью г,. Спадом этого импульса отключаетс  датчик 1 тока, обнул етс  интегратор 4, с помощью микропроцессора 11 из аналого-цифрового преобразовател  18 вводитс  коррекци  по току датчика в блок

35 8 посредством генератора 10.

Полученный код NI переписываетс  (фиг. 2д) из оперативного запоминающего устройства 8 через мультиплексор 12 в микропроцессор 11, где производитс  расчет по

40 математическим модел м, хран щимс  в блоке 13, активного удельного сопротивлени  образца издели  2 и разбраковки образцов в заданных пределах измерени  удельного активного сопротивлени  (фиг.

45 2е).

Разбраковка образцов пор производитс  с помощью логической математической модели вида

50

г Ј р ,р J - сигнал годен t I ф р,р - сигнал брак

где р N ,/э N , N , N - диапа- зон разбраковки по сопротивлению образцов , выраженный в коде.

Сигнал годен соответствует по влению единицы на табло блока 17, а сигнал

брэк - по влению набора нулей на табло блока 17.

При обнулении индикатора 4 заканчиваетс  i-й цикл измерени  и разбраковки, а компаратор 6 устанавливаетс  в исходное состо ние. Это соответствует формированию (i+ 1) цикла измерени  и разбраковки, который происходит аналогично i-му циклу.

Проверка способа осуществл лась с применением измерительно-вычислительной системы (ИВС) дл  определени  электрофизических характеристик (ЭФХ) неразрушающим контролем (НК), созданной в 1983 году в ТИХМе: ИВС-ЭФХ-НК-83, на предпри тии по изготовлению электроугольных изделий.

Сопоставл   способ определени  удельного электросопротивлени  твердых материалов и способ ампервольтметра, используемый на производстве, очевидно,что точность измерени  предлагаемого способа , 5i ± 1 % в 5 раз выше точности известного способа, 3з ± 5%.

Определение удельного электросопротивлени  твердых материалов с учетом масштабного коэффициента, рассчитанного по измерени м удельного электрического сопротивлени  на двух эталонных образцах, позвол ет значительно снизить погрешность измерений и расширить диапазон контролируемых материалов от мини - до микроизделий с точностью, заданной эталонами . Измерени  с помощью второго эталона , учитывающего геометрию исследуемого твердого материала, позвол ют проводить неразрушающий контроль удельного электросопротивлени  последних и значительно повысить эффективность способа.

По сравнению с прототипом, устройство позвол ет количественно и качественно определить характеристики изделий, т.е. с наперед заданной точностью определ ть параметры и производить разбраковку изделий по заданным диапазонам разбраковки .

Claims (2)

1. Способ определени  удельного электросопротивлени  твердых материалов, заключающийс  в том, что осуществл ют контакт с поверхностью образца с помощью четырех зондов, расположенных вдоль линии , параллельной длине образца на фиксированном рассто нии друг от друга в плоскости, перпендикул рной поверхности

образца, пропускают ток через образец между двум  внешними зондами, измер ют падение напр жени  на образце между двум  внутренними зондами и рассчитывают удельное электросопротивление образца , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  диапазона измерений в зависимости от геометрии исследуемых образцов, по двум

образцам с известными значени ми удельных электросопротивлений и геометрией вычисл ют масштабный коэффициент, причем геометрию второго образца выбирают соответствующей геометрии исследуемых

образцов и определ ют их удельные электросопротивлени  с учетом масштабного коэффициента .

2. Устройство дл  определени  удельного электросопротивлени  твердых материэлов , содержащее датчик тока, выполненный в виде резистора, соединенного выводом с клеммой токового зонда, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и диапазона измерений, в него введены микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь , генератор управл емой частоты , компаратор, усилитель, мультиплексор, оперативное запоминающее устройство,

посто нное запоминающее устройство, причем вывод датчика тока соединен с входом интегратора и входом аналого-цифро-- вого преобразовател , второй выход соединен с вторым и третьим входами интегратора , входом генератора управл емой частоты и с выходом аналого-цифрового преобразовател , второй выход аналого- цифрового преобразовател  соединен с входом микропроцессора, его второй вход

Соединен с выходом генератора управл емой частоты, а третий его вход соединен с выходом мультиплексора, выход микропроцессора соединён с входом блока, индикатора , вход мультиплексора соединен с

5 выходом посто нного запоминающего устройства , его второй вход соединен с выходом оперативного запоминающего устройства, его вход соединен с выходом генератора управл емой частоты, второй

0 вход соединен с выходом компаратора, вторым выводом датчика тока, вход компаратора соединен с выходом интегратора, второй вход соединен с выходом усилител , первый и второй входы второго соединены с клем5 мами потенциальных зондов, причем втора  клемма второго токового зонда соединена с общей шиной.