SU901961A1

SU901961A1 - Method and device for determination of electrical conductivity and magnetic susceptibility

Info

Publication number: SU901961A1
Application number: SU802940403A
Authority: SU
Inventors: Юрий Васильевич Афанасьев; Дмитрий Дмитриевич Мишин
Original assignee: Предприятие П/Я А-1742
Priority date: 1980-06-18
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1982-01-30

Description

3 его магнитного момента, измерительную обм ку, размещенную на мапште и подключенну к коллекторным кольцам, расположенным на оси, щетки, касающиес колец, укрепленные на опоре, устройство дл регистрации ЭДС, подключенное к обмотке. Магнит, закрепленный на одном конце ос привод т в движение. Перемеща сь относительно неподвижного провод щего вещества, например металлической шины, магнит воз . буждает в ней индукционные токи, вызываю щие вторичное поле, которое возбуждает в измерительной обмотке, надетой на магнит, ЭДС вторичной электромагнитной индукции. По амплитуде этой ЭДС определ ют электро проводность исследуемого вещества 2. Недостатками известных способа и устрой ства вл ютс невысока точность и низка помехозащищенность измерений. Невысока точность измерений св зана с тем, что наводима в обмотке ЭДС пропорциональна не только электропроводности вещества, но и его магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности. Низка помехозащищенност обусловлена вли нием на измерительную обмотку однородных посто нных и переменных магнитных полей. Цель изобретени - повышение точности. Указанна цель достигаетс тем, что в способе определени электропроводности и магнитной восприимщ|вости, включающем воздействие переменным магнитным полем на образец и регистрацию ЭДС вторичной электромагнитной индукции выдел ют из ЭДС вторичной электромагнитной индукции сигнал с частотой, равной удаоенной частоте переменного магнитного пол , раздел ют его на синфазную и квадратурную составл юйцие , по амплитуде которых суд т об электропроводности и магнитной воспри-имчивости образца. Кроме того, устройство дл осуществлени способа, содержащее непровод щую немагнит ную опору с закрепленной на ней осью, посто нный магнит, укрепленный m оси, про ход щей через его центр перпендикул рно направлению его магнитного момента, измери тельную обмотку, размещеикую на мапште и подключенную к коллекторным кольцам, расположенньп иа оси, а также щетки, укрепленные на опоре, с возможностью скольж ни по коллекторным кольцам, снабжено электродвигателем, ротор которого соединен с осью, двум разрезными коллекторными кольцами, расположенными на оси, двум дополнительными щетками, укрепленными на опоре с возможностью скольжени по разрезным коллекторным кольцам, избирательным усилителем, коммутатором, синфазным и квадратурным детекторами и двум индикаторами, входы которых подключены к выходам соответствующих детекторов, сигнальные входы которых подсоединены к выходу избирательного усилител , вход которого подключен к щеткам, при этом управл ющие входы синфазного и квадратурного детекторов подсоединены к соответствующим выходам коммутатора, вход которого подключен к дополнительным щеткам. Повышение точности достигаетс также тем, что измерительна обмотка вьщолнена в виде двух секций, расположенных на концах посто нного магнита симметрично относительно его оси вращени и соединенных последовательно-встречно. Измерительна обмотка выполнена в виде трех секций, расположенных на посто нном магните симметрично относительно его оси вращени , при этом средн секци включена последовательно-встречно, по отноцюнию к крайним секци м, соединенным согласно. На фиг. 1 изображено устройство дл определе1га электропроводности и магнитной восприимчивости, реализующее способ; на фиг. 2 - узел устройства, используемый в нем при проведении измерений вблизи заполненных веществом полупространств или тел; на фиг. 3 - узел устройства, используемый в нем при проведении измерений в сплошных средах. .Устройство дл реализации способа содержит непровод щую немагнитную опору 1, посто нный магнит 2, закрепленный в опоре 1осью 3, проход щей через его центр перпендикул рно направлению магнитного момента (в данном случае - линии, соедин ющей полюса магнита 2 N и S), измерительную обмотку 4 надетую на магннт, коллекторные кольца .5, установленные на оси 3, с которыми соединены концы измерительной обмотки 4, щетки 6, закрепленные на опоре 1, электродвигатель 7, 1ютор которого механически св зан с осью 3, разрезные коллекторные кольца 8, установленные на оси 3, дополнительные щетки 9, закрепленные на опоре 1, усилительно-преобразовательный блок 10, включающий в себ избирательный усилитель 11, настроенный на удвоенную частоту 2f вращени посто нного магнита 2, вход которого соединен с основными щетками 6, два синхронных детектора - синфазный 12 и квадратурный 13, сигнальные входы которых соединены с выходом избирательного усилител 11, коммутатор 14, вход которого соединен с дополнительными щетками 9, а выход - с соответствующими управл ющими входами синхронных детекторов 12 и 13,3 of its magnetic moment, measuring tube, placed on the map and connected to the collector rings, located on the axis, brushes, touching the rings, fixed on the support, device for recording the EMF, connected to the winding. A magnet attached to one end of the wasp is set in motion. Moving relative to a fixed conductive substance, such as a metal tire, a magnet. induction currents in it induce a secondary field, which excites the EMF of a secondary electromagnetic induction in the measuring winding, attached to the magnet. The amplitude of this EMF determines the electrical conductivity of the test substance 2. The disadvantages of the known method and device are the low accuracy and low noise immunity of the measurements. The low accuracy of measurements is due to the fact that the induced EMF in the winding is proportional not only to the electrical conductivity of the substance, but also to its magnetic susceptibility and residual magnetization. Low noise immunity is due to the effect on the measuring winding of uniform constant and alternating magnetic fields. The purpose of the invention is to improve accuracy. This goal is achieved by the fact that in the method of determining electrical conductivity and magnetic susceptibility, including the effect of alternating magnetic field on the sample and recording the EMF of the secondary electromagnetic induction, the signal with a frequency equal to the frequency of the alternating magnetic field is separated from the EMF of the secondary electromagnetic induction on the in-phase and quadrature components, the amplitude of which determines the electrical conductivity and magnetic susceptibility of the sample. In addition, a device for carrying out the method, comprising a non-conductive non-magnetic support with an axis fixed on it, a permanent magnet, reinforced by an m axis passing through its center perpendicular to the direction of its magnetic moment, a measuring winding placed on the tag and connected to the collector rings, located axis, as well as brushes, mounted on a support, with the possibility of sliding on the collector rings, equipped with an electric motor, the rotor of which is connected to the axis, two split collector rings, located on an axis, two additional brushes mounted on a support slidable over split collector rings, a selective amplifier, a switch, in-phase and quadrature detectors and two indicators, whose inputs are connected to the outputs of the respective detectors, whose signal inputs are connected to the output of the selective amplifier, the input connected to the brushes, while the control inputs of the in-phase and quadrature detectors are connected to the corresponding outputs of the switch, whose input is under Included with optional brushes. The increase in accuracy is also achieved by the fact that the measuring winding is implemented in the form of two sections located at the ends of the permanent magnet symmetrically with respect to its axis of rotation and connected in series-counter. The measuring winding is made in the form of three sections, arranged on a permanent magnet symmetrically with respect to its axis of rotation, while the middle section is connected in series to each other, with respect to the extreme sections, connected according to. FIG. 1 shows a device for determining electrical conductivity and magnetic susceptibility, which implements the method; in fig. 2 - the device unit used in it when conducting measurements near half-spaces or bodies filled with a substance; in fig. 3 - device unit used in it when conducting measurements in continuous media. A device for implementing the method comprises a non-conductive non-magnetic support 1, a permanent magnet 2 fixed in support 1 by axis 3, passing through its center perpendicular to the direction of the magnetic moment (in this case, the line connecting the poles of the magnet 2 N and S), measuring winding 4 mounted on a magnet, collector rings .5 mounted on axis 3, to which the ends of measuring winding 4 are connected, brushes 6 mounted on support 1, electric motor 7, 1 of which is mechanically connected to axis 3, split collector rings 8, established on axis 3, additional brushes 9 mounted on support 1, amplifier-converter unit 10, which includes a selective amplifier 11, tuned to twice the frequency 2f of rotation of a permanent magnet 2, the input of which is connected to the main brushes 6, two synchronous detectors - in-phase 12 and quadrature 13, the signal inputs of which are connected to the output of the selective amplifier 11, a switch 14 whose input is connected to additional brushes 9 and the output to the corresponding control inputs of the synchronous detectors 12 and 13,

два индикатора 15 и 16, подключенные к выходам синхронных детекторов 12 н 13. Устройство используетс дл измерени параметров образца в виде тела 17 конечных размеров. Дл измерени вблизи заполненного веществом полупространства 18 устройство содержит измерительную обмотку 4, выполненную в виде двух секций 19 и 20, расположенных на концах мапшта 2 симметрично относительно его оси вращени 3 (ось вращени перпендикул рна плоскости чертежа) и включенных встречно (фиг. 2).two indicators 15 and 16 connected to the outputs of synchronous detectors 12 n 13. The device is used to measure the parameters of the sample in the form of a body 17 of finite size. For measurement near a half-space filled with substance 18, the device contains a measuring winding 4, made in the form of two sections 19 and 20, located at the ends of the map 2 symmetrically with respect to its axis of rotation 3 (the axis of rotation is perpendicular to the plane of the drawing) and turned on (Figure 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 шмметрично относительно его оси вращени 3, при зтом крайние секции 22 и 24 включены согласно между собой и встречно по отношению к средней секции 23 (фиг. 3).When measuring in a continuous medium 21, the device contains a measuring winding 4, made in the form of three sections 22, 23 and 24, located on the magnet 2 shmmetrically relative to its axis of rotation 3, while the extreme sections 22 and 24 are connected according to each other and oppositely with respect to the middle section 23 (Fig. 3).

Способ осуществл етс следующим образомThe method is carried out as follows.

Закрепленный в опоре 1 посто нный магнит 2 приводитс во вращательное движение с помощью электродвигател 7. Вращающийс магнит 2 создает в окружающем пространстве первичное переменное магнитное поле частоты f, равной частоте вращени . Бели в это поле помещают исследуемое вещество, например; в виде тела 17 конечных размеров то, благодар облучению полем, в веществе возникают индукционные токи и индуктивна (наведенна ) намагниченность, которые также измен ютс 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 измен етс с частотой f. Вторичное поле наводит ЭДС в измерительной обмотке 4, надетой на магнит 2. Поскольку измерительна обмотка не неподвижна, а вращаетс вместе с магнитом также с частот (ж it наводима в ней ЭДС имеет частоту 2 f. ЭДС частоты 2 f снимаетс с измерительной обмотки 4 посредством коллекторных колец 5, закрепленных на осн 3 и щеток 6, закрепленных на опоре 1. Сигнал поступает на избира1ельный усилитель 11, настроенный на частоту 2 f, затем на входьг двух синхронных детекторов - синфазного 12 и квадратурного 13. Коммутирующие напр жени частоты 2 f дл указанных синхронных детекторов вырабатываютс с помощью коммутатора 14, соединенного с дополнительными щетками 9 и разрезными коллекторными кольцами 8. Благодар использованию синфазного 12 и квадратурного 13 синхронных детекторов удаетс из общего сигнала частоты 2 f выделить составл ющую, котора A permanent magnet 2 fixed in support 1 is driven into rotation by an electric motor 7. A rotating magnet 2 creates in the surrounding space a primary alternating magnetic field of frequency f equal to the frequency of rotation. Beli in this field is placed the test substance, for example; in the form of a body 17 of finite size, due to irradiation by a field, induction currents and inductive (induced) magnetization occur in the substance, which also vary in time with frequency f. These currents and magnetization create a secondary field, the intensity of which depends on the electrical conductivity and magnetic susceptibility of the substance. The secondary magnetic field also varies with frequency f. The secondary field induces an emf in the measuring winding 4 worn on the magnet 2. Because the measuring winding is not stationary, but rotates with the magnet also from frequencies (and it induced in it has a frequency of 2 f. The emf of frequency 2 f is removed from the measuring winding 4 by collector rings 5 fixed on the base 3 and brushes 6 fixed on support 1. The signal goes to the selective amplifier 11 tuned to frequency 2 f, then to the input of two synchronous detectors - in-phase 12 and quadrature 13. Switching voltage of frequency 2 f dl specified synchronous detectors are produced by a switch 14 connected to additional brushes 9 and split collector rings 8. Through the use of in-phase 12 and quadrature 13 synchronous detectors, it is possible to separate the component 2

несет информацию об электропроводности тела , и вторую составл ющую, котора несет информацию о магнитной восприимчивости того же тела. Эти два сигнала, разделенные по фазе, регистрируютс независимо с помощью индикаторов 15 и 16.carries information about the electrical conductivity of the body, and the second component, which carries information about the magnetic susceptibility of the same body. These two signals, separated in phase, are independently registered using indicators 15 and 16.

В услови х сильного вли ни на измерительную обмотку 4 внешних (т.е. не св занных с наличием исследуемых веществ) однородных посто нных и переменных магнитных полей способ реализуетс с помощью устройства следующим образом.Under the conditions of strong influence on the measuring winding of 4 external (i.e., not related to the presence of the substances under study) homogeneous constant and alternating magnetic fields, the method is implemented using the device as follows.

При проведении измерений вблизи заполненного веществом полупространства 18 (фиг. 2) или тела в измерительной обмотке 4, вьшолненной в виде даух секций 19 и 20 с одинаковым количе.ством витков, включенных встречно, вращающейс вместе с мапш том 2 на оси 3, возникает ЭДС, прснюрциональна разности магнитных индукций втс тчного пол . Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от рассто ни каждой секции 19 и 20 до границы исслед м6го вещества и поскольку часть полупернода вращени кажда секци 19 и 20 находитс ближе к исследуемому веществу, чем друга . В то же врем суммарна ЭДС помехи, обусловленна вли нием внешних однородных посто нных и переменных магнитных полей, будет практически равна нулю.When measurements are taken near a half-space filled with substance 18 (Fig. 2) or a body in the measuring winding 4, performed in the form of douh sections 19 and 20 with the same number of turns included oppositely, rotating together with the chip 2 on the axis 3, EMF occurs , is differentiated by the difference of magnetic inductions in the field of special field. This EMF is not zero, since its value depends on the distance of each section 19 and 20 to the boundary of the substance under investigation and since part of the half-rotation of rotation each section 19 and 20 is closer to the substance under study than the other. At the same time, the total emf interference, due to the influence of external uniform constant and variable magnetic fields, will be almost zero.

При проведении измере1а1й в сплоцшой среде 21 со сферической или цилиндрической полостью дл размещени в ней чувствительной части устройства (фиг. 3) в измерительной обмотке 4, вьшолнениой 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), вращающейс вместе с магнитом 2 на осн 3, возникает ЭДС, пропорциональна разности магнитных индукций вторичного пол . Эта ЭДС не равна нулю, поскольку ее значение зависит от рассто ни 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 средн секци 23, по отношений к которой крайние секции 22 и 24 включены встречно. В то же врем суммарна ЭДС помехи, обусловленна вли нием внещиих однородных посто нных и переменных магнитных полей, если количество витков в средней секции 23 примерно совпадает с . количеством витков в двух крайних секци х 22 и 24 будет практически равна нулю.When measuring is carried out in a split medium 21 with a spherical or cylindrical cavity, the sensitive part of the device (Fig. 3) is placed in it in the measuring winding 4, performed in three sections 22, 23 and 24 (the outer sections 22 and 24 are included according to By itself and opposite to the middle section 23), rotating together with the magnet 2 on the base 3, EMF occurs, proportional to the difference of the magnetic inductions of the secondary field. This EMF is not equal to zero, since its value depends on the distance of each section 22, 23 and 24 to the boundary of the test substance, and since the end sections 22 and 24, included according to, are always located closer to the border of the test substance than the average section 23, in relation to to which the extreme sections 22 and 24 are included counter. At the same time, the total emf of the interference caused by the influence of external homogeneous constant and variable magnetic fields, if the number of turns in the middle section 23 approximately coincides with. the number of turns in the two extreme sections 22 and 24 will be almost zero.

Преимущество предлагаемого способа и реализующего его устройства заключаетс в том, что точность измерений повышаетс заThe advantage of the proposed method and the device implementing it is that the measurement accuracy is improved

счет снижени вли ни внешних магнитных полей и остаточной намагниченности вещества на 1-2 пор дка.by reducing the influence of external magnetic fields and the residual magnetization of the substance by 1-2 times.

Claims

1. A method for determining the electrical conductivity and magnetic susceptibility, including the effect of an alternating magnetic field on the sample and recording the EMF of a secondary electromagnetic induction, so that, in order to improve the accuracy, the EMF of the secondary electromagnetic induction A signal with a frequency equal to twice the frequency of an alternating magnetic field is divided into in-phase and quadrature components, the amplitude of which determines the conductivity and magnetic susceptibility of the sample.

2. A device for carrying out the method according to claim 1. comprising a non-conductive non-magnetic support with an axis fixed on it. permanent magnet fixed on the axis, pro 2

walking through its center is perpendicular to the direction of its magnetic moment, measuring the winding placed on the magnet and connected to the collector rings located on the axis, as well as brushes fixed on the support with the possibility of sliding along the collector rings, which is different equipped with an electric motor, the rotor of which is connected to the axis, two split collector rings located on the axis, two additional brushes fixed on the support with the possibility of sliding along the split collector rings, selective amplifier, switch, syn. phase and quadrature detectors and two indicators, the inputs of which are connected to the outputs of the respective detectors, the signal inputs of which are connected to the output of the selective amplifier, the input of which is connected to the brushes, with

In this case, the control inputs of the in-phase and quadrature detectors are connected to the corresponding outputs of the switch, the input of which is connected to additional flowers.

3. The device according to claim 2, characterized in that the measuring winding is executed in the form of two sections located at the ends of the permanent magnet symmetrically with respect to its axis of rotation

connected in series-counter.

4. A device according to claim 2, characterized in that the measuring winding is executed in the form of three sections, along its axis of rotation, wherein the middle section is connected in series with the extreme sections connected in accordance with. Information sources,

taken into account in the examination

1. Authors certificate of the USSR N 106425, cl. G 01 R 33/16, 1956.

2. Mishin D.D. Secondary electromagnetic induction. The collection Physics of magnetic materials. Kalinin. Publishing house KSU, 1979. with. P-IN. permanent magnet symmetrically

ig.1

(Rig, 3