CS276781B6

CS276781B6 - Equipment for controlling the properties of metallic materials

Info

Publication number: CS276781B6
Application number: CS92290A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Prof Ing Drsc Misek; Vladimir Horak
Original assignee: Vut Strojni Fakulta
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1992-08-12
Also published as: CS9000922A2

Abstract

Zařízení sestává ze zdroje (1) se stabilizátorem napětí, ke kterému je připojen zesilovač (2) se zádrží spínací frekvence, detektor (3), spouštěný čítač (5), elektronický potenciometr (6), detekční vyhodnocovací obvod (4) s indikátorem vyhodnocení (8), elektrický etalon (P2) a elektronický spínač (9) Elektronický spínač (9) ovládá zdroj magnetizačního proudu, který tvoří rezonanční obvod, tvořený prvním, druhým a třetím kondenzátorem (Ci, C2, C3) a cívkou (Li), a zkoušený materiál (7).The device consists of a source (1) with a voltage stabilizer, to which is connected an amplifier (2) with a switching frequency hold, a detector (3), a triggered counter (5), an electronic potentiometer (6), a detection evaluation circuit (4) with an evaluation indicator (8), an electrical standard (P2) and an electronic switch (9). The electronic switch (9) controls the magnetizing current source, which forms a resonant circuit, formed by the first, second and third capacitors (Ci, C2, C3) and the coil (Li), and the tested material (7).

Description

Vynález se týká zařízení pro kontrolu vlastností kovových materiálů na základě vyhodnocení jejich povrchové konduktivity.The invention relates to a device for checking the properties of metallic materials based on the evaluation of their surface conductivity.

Současně používaná zařízení pro nedestruktivní kontroly vlastností kovových materiálů využívají pro hodnocení jejich chemického složení a mikrostrukturálního stavu metod vířivých proudů. Vodivost povrchu zkoušených materiálů ovlivňuje elektrické parametry měřicí sondy, které se vyhodnocují. Cívka sondy bývá napájena magnetizačním proudem o frekvenci 0,01 až 0,5 MHz a zdrojem magnetizačního proudu bývá osciáltor, ze kterého je měřicí sonda napájena nebo je součástí jeho rezonančního obvodu. Elektrické změny parametrů sondy, z nichž nejvýraznější je změna frekvence a napětí, zpětně působí na pracovní režim oscilátoru, který se mění podle konduktivity měřených materiálů a v extrémním případě může dojít jednak k nestabilitě, až vysazení oscilací obvodu nebo k výraznému snížení citlivosti vyhodnocení měřené konduktivity. Proto optimální režim vyhodnocení se pohybuje jen v úzké oblasti prakticky požadovaného rozsahu měřené konduktivity. Mimo tuto oblast se projevuje nestabilita nebo malá citlivost vyhodnocení. .Currently used devices for non-destructive testing of the properties of metallic materials use eddy current methods to evaluate their chemical composition and microstructural state. The conductivity of the surface of the tested materials affects the electrical parameters of the measuring probe, which are evaluated. The probe coil is usually powered by a magnetizing current with a frequency of 0.01 to 0.5 MHz, and the source of the magnetizing current is usually an oscillator from which the measuring probe is powered or is part of its resonant circuit. Electrical changes in the probe parameters, the most significant of which is the change in frequency and voltage, have a negative effect on the operating mode of the oscillator, which varies according to the conductivity of the measured materials and in extreme cases can lead to instability, up to the cessation of circuit oscillations, or a significant decrease in the sensitivity of the evaluation of the measured conductivity. Therefore, the optimal evaluation mode is only in a narrow range of the practically required range of the measured conductivity. Outside this range, instability or low sensitivity of the evaluation is manifested. .

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro-kontrolu vlastností kovových materiálů. Jeho podstatou je, že zařízení sestává ze zdroje se stabilizátorem napětí, který je spojen s napájecím vstupem zesilovače se zádrží spínané frekvence, spouštěného čítače a elektronického spínače. Tento zdroj se stabilizátorem napětí je dále připojen přes první odpor na oscilační obvod. Na vstupu je oscilační obvod tvořen prvním kondenzátorem, jehož druhý konec je uzemněn. První konec prvního kondenzátoru je přes cívku a druhý kondenzátor spojen s jedním koncem třetího kondenzátoru, jehož druhý konec je uzemněn. Společný bod druhého a třetího kondenzátoru je spojen se vstupem zesilovače, jehož výstup je napojen na vstup spouštěného čítače. S výhodou lze výstup zesilovače připojit přes elektrický potenciometr na první vstup detekčního vyhodnocovacího obvodu, na jehož druhý vstup je připojen běžec druhého potenciometru.. Jeden konec druhého potenciometru je uzemněn a druhý konec je spojen se zdrojem se stabilizátorem napětí. Zároveň je potom výstup zesilovače připojen přes čtvrtý kondenzátor ke vstupu detektoru. Výstup detektoru je spojen s jedním koncem prvního potenciometru, jehož druhý konec je uzeměn a jehož běžec je přes druhý odpor spojen s řídicím vstupem elektronického potenciometru. Napájecí vstupy detektoru, elektronického potenciometru a detekčního vyhodnocovacího obvodu jsou napojeny na zdroj se stabilizátorem napětí.The above-mentioned shortcomings are eliminated by a device for checking the properties of metallic materials. Its essence is that the device consists of a source with a voltage stabilizer, which is connected to the power input of an amplifier with a switching frequency delay, a triggered counter and an electronic switch. This source with a voltage stabilizer is further connected via a first resistor to an oscillating circuit. At the input, the oscillating circuit is formed by a first capacitor, the other end of which is grounded. The first end of the first capacitor is connected via a coil and the second capacitor to one end of a third capacitor, the other end of which is grounded. The common point of the second and third capacitors is connected to the input of an amplifier, the output of which is connected to the input of the triggered counter. Advantageously, the output of the amplifier can be connected via an electric potentiometer to the first input of the detection evaluation circuit, to whose second input the runner of the second potentiometer is connected. One end of the second potentiometer is grounded and the other end is connected to a source with a voltage stabilizer. At the same time, the output of the amplifier is connected via a fourth capacitor to the input of the detector. The detector output is connected to one end of the first potentiometer, the other end of which is grounded and the runner of which is connected to the control input of the electronic potentiometer through the second resistor. The power inputs of the detector, electronic potentiometer and detection evaluation circuit are connected to a source with a voltage stabilizer.

Výhodou uspořádání zařízení podle vynálezu je, že v celém rozsahu měřené konduktivity pracuje zařízení s maximální citlivostí, při velmi dobré stabilitě. Výstupní napětí_;.z měřicího obvodu je přivedeno na impedančně přizpůsobený zesilovač se zádrží spínací frekvence a po zesílení přivedeno na napětově řízený elektronický obvod, jehož průchozí;nápětí je nelineárně závislé na jeho ovládacím napětí. Řízený elektronický obvod pracuje jako potenciometr zesílení a napětí k jeho ovládání je odvozeno ze zesilovače se zádrží spínací frekvence, kde jeho proměnná úroveň koresponduje s konduktivitou měřeného materiálu, čímž se zvyšuje citlivost rozlišení konduktivity měřených vzorků zhruba o 12 dB. Rozšířená varianta, kdy část zesíleného střídavého signálu ze zesilovače se zádrží spínací frekvence prochází elektronickým potenciometrem, zvyšuje citlivost vyhodnocení v průměru o 12 dB. Pracovní oblast maximální citlivosti elektrického potenciometru lze elektronicky přesunout do konkrétního úzkého rozsahu vyhodnocovaných vodivostí při konstrukci jednoúčelových kontrolních zařízení.The advantage of the arrangement of the device according to the invention is that the device operates with maximum sensitivity, with very good stability, over the entire range of measured conductivity. The output voltage _; .from the measuring circuit is fed to an impedance-matched amplifier with a switching frequency hold-down and, after amplification, fed to a voltage-controlled electronic circuit, the through voltage of which is nonlinearly dependent on its control voltage. The controlled electronic circuit operates as a gain potentiometer and the voltage for its control is derived from the amplifier with a switching frequency hold-down, where its variable level corresponds to the conductivity of the measured material, thereby increasing the sensitivity of the conductivity resolution of the measured samples by approximately 12 dB. An extended variant, where part of the amplified alternating signal from the amplifier with a switching frequency hold-down passes through an electronic potentiometer, increases the sensitivity of the evaluation by an average of 12 dB. The working range of maximum sensitivity of an electric potentiometer can be electronically shifted to a specific narrow range of evaluated conductivities when designing single-purpose control devices.

Zařízení podle vynálezu je blíže popsáno pomocí blokového schéma na připojeném výkresu .The device according to the invention is described in more detail using a block diagram in the attached drawing.

Zařízení sestává ze sítového nebo bateriového zdroje £ se stabilizátorem napětí, na který jsou napojeny napájecí vstupy funkčních bloků, to znamená zesilovače £ se zádrží spínací frekvence, detektoru £, spouštěného čítače £, elektronického potenciometru £, detekčního vyhodnocovacího obvodu £ a elektronického spínače £. Stabilizátor napětí zdroje £ je přes první odpor R^ připojen na oscilační obvod, tvořený prvním kondenzátorem C, jehož druhý konec je uzemněn, druhým kondenzátorem připojeným jedním koncem přes cívkuThe device consists of a mains or battery power source £ with a voltage stabilizer to which the power supply inputs of the functional blocks are connected, i.e. an amplifier £ with a switching frequency hold, a detector £, a triggered counter £, an electronic potentiometer £, a detection evaluation circuit £ and an electronic switch £. The voltage stabilizer of the source £ is connected via a first resistor R^ to an oscillating circuit formed by a first capacitor C, the other end of which is grounded, a second capacitor connected at one end through a coil

CS 276781 86 2 £^ k prvnímu konci prvního kondenzátoru £^ a druhým koncem k jednomu konci třetího kondenzátoru jehož druhý konec je uzemněn. Výstup tohoto oscilačního obvodu, tedy společný bod druhého a třetího kondenzátoru £₂ ^a £3 j® připojen na vstup zesilovače £ se zádrží spínací frekvence, jehož součástí jsou obvody pro potlačení spínací frekvence. Výstup zesilovače £ je připojen na vstup spouštěného čítače £, na vstup detektoru £ a na vstup elektronického potenciometru £, který je tvořen nelineárně závislými elektronickými prvky, například varikapy, jejichž průchozí napětí je do značné míry ovlivněna jejich ovládacím napětím. Výstup detektoru £ je přes první potenciometr a druhý odpor £₂ spojen s řídicím vstupem elektronického potenciometru £. Na elektronický potenciometr £ je napojen detekční vyhodnocovací obvod £ s elektrickým etalonem, který představuje druhý potenciometr £₂, jehož kompenzační napětí je odvozeno ze zdroje £ se stabilizátorem napětí. K detekčnímu vyhodnocovacímu obvodu £ je připojen indikátor £ vyhodnocení. Pro zjednodušení je na výkresu první a druhý potenciometr P^ a £₂ uzemněn a druhý potenciometr £₂ je přímo připojen na stabilizované napětí. V praxi jsou však v těchto větvích zapojeny odpory, které zužují regulační rozsah potencioníetrů. Také tak první odpor může být v určitých případech doplněn diodou v propustném směru nebo vhodnou indukčností.CS 276781 86 2 £^ to the first end of the first capacitor £^ and the second end to one end of the third capacitor whose other end is grounded. The output of this oscillating circuit, i.e. the common point of the second and third capacitors £ ₂ ^and £3 j® is connected to the input of the amplifier £ with a switching frequency delay, which includes circuits for suppressing the switching frequency. The output of the amplifier £ is connected to the input of the triggered counter £, to the input of the detector £ and to the input of the electronic potentiometer £, which is formed by nonlinearly dependent electronic elements, for example varicaps, whose through-voltage is largely influenced by their control voltage. The output of the detector £ is connected to the control input of the electronic potentiometer £ via the first potentiometer and the second resistor £ _2. A detection evaluation circuit £ with an electrical standard, which is represented by the second potentiometer £ ₂ , whose compensation voltage is derived from the source £ with a voltage stabilizer. An indicator £ evaluation is connected to the detection evaluation circuit £. For simplicity, the first and second potentiometers P^ and £ ₂ are grounded in the drawing and the second potentiometer £ ₂ is directly connected to a stabilized voltage. In practice, however, resistors are connected in these branches, which narrow the control range of the potentiometers. Also, the first resistor can in certain cases be supplemented with a diode in the forward direction or with a suitable inductance.

Funkce zařízení na novém principu a způsobu měření konduktivity podle vynálezu spočívá v tom, že měřený materiál £ je vystaven působení magnetického pole určité frekvence v přiložené nebo průchozí cívce £p Toto pole vzniká tak, že první a druhý kondenzátor a £₂ tvořící rezonanční obvod a především první kondenzátor , jsou přes první odpor R^ nabity na určitý potenciál, který je vybíjen oproti nulovému napětí elektronickým spínačem £ v rytmu spínací frekvence, která je řádově nižší než rezonanční generovaná magnetizační frekvence obvodu £p £₂, £^, s vloženým měřeným materiálem £. Měřený materiál £ svou konduktivitou ovlivňuje elektrické parametry tohoto obvodu, zejména frekvenci, amplitudu a dobu kmitů mezi dvěma po sobě jdoucími impulsy ovládací frekvence elektronického spínače 2· Vzniklé generované napětí o příslušné periodě a frekvenci, jež je přímo úměrná měřené konduktivitě, je přes kapacitní dělič, tvořený druhým a třetím kondenzátorem £₂, £j přivedeno na vstup zesilovače £ se zádrží spínací frekvence, jehož součástí jsou tedy frekvenčně závislé obvody pro potlačení ovládací spínací frekvence elektronického spínače 2 a přivedeno k vyhodnocení do spouštěného čítače £, který vyhodnotí buď změnu rezonanční frekvence, nebo počet kmitů určité úrovně mezi dvěma spouštěcími pulzy elektronického spínače 2> které ovládají i časovou základnu spouštěného čítače £.The function of the device based on the new principle and method of measuring conductivity according to the invention consists in the fact that the measured material £ is exposed to a magnetic field of a certain frequency in an attached or through-coil £p. This field is created by the first and second capacitors and £ ₂ forming the resonant circuit, and especially the first capacitor, being charged to a certain potential via the first resistor R^, which is discharged against zero voltage by the electronic switch £ in the rhythm of the switching frequency, which is an order of magnitude lower than the resonantly generated magnetization frequency of the circuit £p £ ₂ , £^, with the measured material £ inserted. The measured material £, with its conductivity, influences the electrical parameters of this circuit, in particular the frequency, amplitude and duration of oscillations between two consecutive pulses of the control frequency of the electronic switch 2. The resulting generated voltage with the appropriate period and frequency, which is directly proportional to the measured conductivity, is fed through a capacitive divider formed by the second and third capacitors £ ₂ , £j to the input of the amplifier £ with a switching frequency delay, which therefore includes frequency-dependent circuits for suppressing the control switching frequency of the electronic switch 2, and fed for evaluation to the triggered counter £, which evaluates either the change in the resonant frequency or the number of oscillations of a certain level between two trigger pulses of the electronic switch 2> which also control the time base of the triggered counter £.

Druhý, výhodnější způsob vyhodnocení zesíleného generovaného signálu spočívá v přivedení části tohoto napětí ze zesilovače £ se zádrží spínací frekvence na detektor £, kde vznikne ekvivalentní úroveň stejnosměrného ovládacího napětí pro řízení zesílení elektronického potenciometru £, jehož průchozí úroveň se ovládá prvním potenciometrem zesílení přes druhý odpor £₂· Nelineární závislost průchozího napětí na ovládacím napětí elektronického potenciometru £ podstatně zvětšuje rozlišovací citlivost metody, hlavně u materiálů s menší konduktivitou, kdy je nižší napětí rezonančního obvodu. Napětí z elektronického potenciometru £, jehož velikost závisí na exponenciálních charakteristikách použitých elektronických prvků, je přivedeno na jeden vstup detekčního vyhodnocovacího bovodu £, na druhý vstup se přivádí ekvivalentní kompenzační napětí pomocí druhého potenciometru £₂ a rozdíly změn napětí úměrné měřené konduktivitě sleduje indikátor £ vyhodnocení, buď jako rozdíl napětí oproti etalonu, nebo jako absolutní'·velikost napětí vůči nulovému potenciálu.The second, more advantageous method of evaluating the amplified generated signal consists in feeding a part of this voltage from the amplifier £ with a switching frequency delay to the detector £, where an equivalent level of the DC control voltage is created for controlling the amplification of the electronic potentiometer £, the through level of which is controlled by the first amplification potentiometer via the second resistor £ _2. The nonlinear dependence of the through voltage on the control voltage of the electronic potentiometer £ significantly increases the discrimination sensitivity of the method, mainly for materials with lower conductivity, when the resonant circuit voltage is lower. The voltage from the electronic potentiometer £, the magnitude of which depends on the exponential characteristics of the electronic elements used, is fed to one input of the detection evaluation circuit £, the equivalent compensation voltage is fed to the second input using the second potentiometer £ ₂ and the differences in voltage changes proportional to the measured conductivity are monitored by the indicator £ evaluation, either as a voltage difference compared to the standard, or as an absolute magnitude of the voltage compared to zero potential.

Vynález je využitelný ve strojírenském a hutním průmyslu, speciálních pracovištích a ústavech, kde sledujeme materiálové záměny a optimální mikrostrukturální stav materiálu. Vlastní přístroj je mobilní, má malý příkon, vyznačuje se jednoduchou obsluhou v celém měřeném oboru měření konduktivity a je zhotoven z běžně dostupných tuzemských součástek. Malou úpravou zapojení získáme přístroj pro kontrolu tloušťky a kvality ochranných povlaků na kovovém i nekovovém podkladu a dále zařízení pro zjišťování povrchových necelistvostí u neželezných kovů.The invention can be used in the engineering and metallurgical industries, special workplaces and institutes, where we monitor material substitutions and the optimal microstructural state of the material. The device itself is mobile, has low power consumption, is characterized by simple operation in the entire measured range of conductivity measurement and is made of commonly available domestic components. With a small modification of the wiring, we obtain a device for checking the thickness and quality of protective coatings on metallic and non-metallic substrates and also a device for detecting surface imperfections in non-ferrous metals.

Claims

PATENT CLAIMS

Device for checking the properties of metallic materials, characterized in that it consists of a source (1) with a voltage stabilizer, which is connected to the input of the amplifier (2) with a switching frequency, a triggered counter (5) and an electronic switch (9); furthermore, this source (1) with a voltage stabilizer is connected via a first resistor (Rp) to an oscillating circuit formed at the input by a first capacitor (cp, the other end of which is grounded and the first end is connected to one end via a coil (1_p and a second capacitor (cp) of a third capacitor (cp, the other end of which is grounded and further the common point of the second and third capacitors (C2, cp is connected to the input of the amplifier (2), the switching frequency is retained, the output of which is connected to the input of the triggered counter (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that the output of the amplifier (2) is connected both via an electric potentiometer (6) to the first input of the detection evaluation circuit (4), whose second input is connected to the second runner potencionietru ^) d ^eh ° one end is grounded and the other end is connected to a source (1) with a voltage stabilizer and on the one hand through a fourth capacitor (cp to the input of the detector (3), the output of which is connected to one end of the first potentiometer (Pp whose other end is grounded) and the runner is connected via a second resistor (R2) to the control input of the electronic potentiometer (6), the supply input of the detector (3), the electronic potentiometer (6) and the detection evaluation circuit (4) being connected to a voltage stabilizer source (1) .