Файл: Дорофеев, А. Л. Индукционная структуроскопия.pdf

Материала. Этому требованию в разной степени отзечаіот резонансные, амплитудно-фазовые и фазовые способы

ной емкостью t(piic. 3-1). В этом случае в качестве датчи­ ка используется однообмоточная катушка. Такие схемы отличаются достаточной стабильностью и позволяют уменьшить влияние изменения зазора до 200—300 мкм. При резонансном способе уменьшения влияния измене­ ний зазора используются свойства колебательных кон­ туров.

ложение рабочей точки на ре­ зонансной кривой обеспечивается подбором питающей частоты, емкости и индуктивности. Изменением этих эле­ ментов в резонансном контуре можно добиться такого режима, при котором годографы составляющих вносимо­ го сигнала датчика, вызванные влиянием зазора и элек­ трической проводимости, будут взаимно перпендикуляр­ ны. Влияние активного и реактивного вносимых сопро­ тивлений взаимно уравновесится и небольшие изменения

38

заздра (до 200—300' мкм) прибор практически чувство­

вать не будет.

Схемы с параллельным резонансным контуром в измерительной цепи используются для измерений элек­ трической проводимости жаропрочных немагнитных ме­ таллов, графитов, углей и других материалов со сравни­ тельно малой электрической проводимостью.

Пцзи измерениях электрической проводимости хорошо проводящих материалов используется включение кату­ шек в схему последовательного контура. Амплитудно-фа­ зовые и фазовые схемы со­ держат компенсационный и рабочий, или, как его иногда называют, измерительный, датчики трансформаторного типа. Их вторичные обмотки включены встречно. По сво­ им функциональным схемам такие измерители электриче­ ской проводимости не отли­ чаются от толщиномеров, описанных в [Л. 24]. Их схе­ мы более сложны, более трудны в настройке, но они позволяют уменьшить влия­ ние зазора между датчиком и контролируемым объектом при изменении зазора от нуля до 2—3 мм.

При амплитудно-фазо­ вом способе с помощью фазо-

чувствительного устройства измеряется как амплитуда, так и фаза сигнала рассогласования. И если электриче­ ская проводимость одновременно влияет на амплитуду и фазу, то изменение зазора при хорошо настроенной си­ стеме влияет только на амплитуду этого сигнала. По­ стоянная составляющая напряжения на выходе фазочув- ствителы-юго выпрямителя определяется следующим образом:

где k — коэффициент пропорциональности; U — ампли­ туда измеряемого напряжения; — угол фазового сдвига Между опорным и измеряемым напряжениями.

39

При фазовом способе структуроскоп реагирует лишь па изменение сдвига фаз измеряемого и опорного напря­ жения, вызванное изменением электрической проводимо­ сти материала. Чем ближе к 90° угол между направле­ ниями изменений сигнала, вызванных изменением элек­ трической проводимости контролируемого материала и изменением расстояния между поверхностью материала и датчиком, тем легче исключить влияние изменения это­ го расстояния па показания прибора.

Схемы с фазовой отстройкой используются в прибо­ рах ФИЭ-1 и П И Э - 5 М Р а з р а б о т а н ы опытные образцы приборов для измерения электрической проводимости с помощью амплитудно-частотного способа, при котором фаза сигнала разбаланса остается неизменной, но изме-. ияется частота тока 'питания датчика. Этот способ был реализован Б. В. Гончаровым для контроля электриче­ ской проводимости немагнитных прутков [Л. 17]. В отли­ чие от резонансного и амплитудно-фазового способов при амплитудно-частотном способе эталонные образцы с изве­ стной электрической проводимостью не требуются. В дальнейшем, однако, пас будет интересовать в основ­ ном лишь наиболее широко распространенный резонанс­ ный способ измерений с использованием эталонных образцов.

3-2. РАБОЧАЯ ЧАСТОТА И ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Выбор рабочей частоты при резонансном методе за­ висит от ряда факторов: чувствительности схемы к изме­ нению электрической проводимости, приемов по ослабле­ нию влияния помех, в том числе и изменений зазора во всем диапазоне изменений электрической проводимости и расстояния до края контролируемых деталей. Зависи­ мость сигнала датчика от изменения электрической про­ водимости носит явно выраженный нелинейный характер. Максимальная чувствительность соответствует максиму­ му активных потерь (см. рис. 1-5). Однако в этой области отстройка от зазора дает возможность проводить измере­

1 Прибор ФИЭ-1 разработан Б. Д. Поповичем и А. Л. Рубиным для контроля листов; прибор ПИЭ-5М разработан А. С. Горевскцх. для контроля деталей из конструкционного графита.

40

сводится к следующему: наименьшее значение электрй- •ческоіі проводимости в выбранном диапазоне должно соответствовать нижней части кривых вносимого сопро­ тивления (вблизи максимума активных потерь), так как иначе резко уменьшается чувствительность к электриче­ ской проводимости. Отсутствие отстройки о г зазора при­ водит к значительным погрешностям 'измерении. Расчет,

ными коэффициентами, что и у кон­ тролируемого материала. Необходимая степень надеж­

ности измерений определяется характером проводимых испытаний [Л. 30]. Обычно исходят из того, что влияние химического состава, режимов термической обработки и т. д. на электрическую проводимость подчиняется закону нормального распределения случайных величин и описы­ вается кривыми Гаусса. Кривая нормального распреде­

где Д — дисперсия измерений.

41

.. Квадратный корень из дисперсии называют средне-- квадратнчной ошибкой:

в -процентах называется коэффициентом вариации, а ин­ тервал значений от х—Ах до х + Ах— доверительным интервалом. Знание доверительной вероятности позво­ ляет оценить степень надежности полученного результа­ та. Обычно ограничиваются доверительной вероятностью, равной 0,9 или 0,95. Она рассчитывается по формуле Гаусса для разных значений доверительного интервала. Эти значения приводятся в виде таблиц, помещенных, например, в [Л. 30]. Среднеквадратичной ошибке соответ­ ствует доверительная вероятность 0,69, удвоенной ошиб­ ке 0,95 и утроенной ошибке 0,997.

Увеличение степени надежности удорожает контроль. Однако, когда это связано1 с жизнью людей, приходится вводить контроль с доверительной вероятностью 0,997.

Для бесконтактного измерения электрической прово­ димости в нашей стране и во івсем мире нашли примене­ ние приборы, выполненные по резонансным схемам. При­ боры для определения электрической проводимости ти­ пов ИЭ-1, ИЭ-1М, ИЭ-20 выпускаются заводом «Электроточприбор» >(г. Кишинев).

Приборы отличаются диапазоном измерений и ра­ бочей частотой. Их структурные схемы примерно одина­ ковы. У приборов ИЭ-1, ИЭ-1М, ИЭ-11 и ИЭ-Т испыта­ тельная катушка датчика включается последовательно

42