Пристрій для визначення перерізу проводу із провідних і непровідних матеріалів

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля сечения провода из проводящих и непроводящих материалов, в частности, лески, волокна, проволоки, применяемых в легкой, химической и других отраслях промышленности. Известно устройство для измерения толщины диэлектрических материалов при одностороннем доступе, содержащее измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состоящие каждый из высокопотенциального и низко-потенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке. Эти преобразователи включены в измерительную дифференциальную схему (авт. св. СССР N: 398814, кл. G 01 В 7/06, 1973, Бюл. №38). Недостатком указанного устройства является существенная погрешность измерения, обусловленная неплотностью прилегания рабочей поверхности датчика к контролируемому материалу. Кроме того, дополнительная погрешность измерения вносится при температурном изменении диэлектрических свойств подложки. При этом данном устройство не пригодно для измерения параметров элементов из проводящих материалов. Известно также устройство, выбранное в качестве прототипа, для измерения толщины диэлектрических материалов, содержащее измерительный и образцовый емкостные первичные преобразователи, состоящие из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, два основных коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, блок преобразования емкостной функции первичных преобразователей в напряжение постоянного тока, вход которого подключен к выходам основных коммутаторов, избирательный усилитель, вход которого подключен к блоку преобразования, синхронный детектор, соединенный по сигнальному входу с избирательным усилителем, генератор низкой частоты, выход которого подключен к управляющим входам синхронного детектора и основных коммутаторов, и регистратор, соединенный с выходом синхронного детектора (авт. св. СССР №892201, кл. G 01 В 7/06, 1981, Бюл. №47). Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано для измерения толщины только диэлектрических листовых материалов с односторонним доступом. При измерении других материалов как проводящих, так и непроводящих (например, проволока, леска и т.д.) возникают значительные погрешности, связанные с неравномерностью электрического поля между электродами измерительного емкостного преобразователя. Таким образом, в основу изобретения положена задача создать устройство для определения сечения провода из проводящих и непроводящих материалов, в котором путем введения дополнительных элементов, а также изменение конструкции емкостных первичных преобразователей, исключались бы погрешности измерения, связанные с неравномерностью электрического поля. Поставленная задача решена тем, что устройство, содержащее измерительный и образцовый емкостные первичные преобразователи, состоящие из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, два основных коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, блок преобразования емкостной функции первичных преобразователей в напряжение постоянного тока, вход которого подключен к выходам основных коммутаторов, избирательный усилитель, вход которого подключен к блоку преобразования, синхронный детектор, соединенный по сигнальному входу с избирательным усилителем, генератор низкой частоты, выход которого подключен к управляющим входам синхронного детектора и основных коммутаторов, и регистратор, соединенный с выходом синхронного детектора, согласно изобретению, снабжено дополнительным коммутатором, входы которого соединены с выходами основных коммутаторов, а выходы - с блоком преобразования емкостной функции первичных преобразователей в напряжение постоянного тока, блоком преобразования частоты первичных преобразователей в напряжение постоянного тока, входы которого подключены к выходам дополнительного коммутатора, и блоком стабилизации амплитуды колебаний измерительного контура, вход которого подключен к выходу блока преобразования частоты первичных преобразователей в напряжение постоянного тока, а выход - к синхронному детектору, а емкостные первичные преобразователи выполнены в виде пластин и имеют общий низкопотенциальный электрод. Ток через контролируемый материал, находящийся в высокочастотном поле, определяется из формулы где w - рабочая частота; Ε - напряженность высокочастотного поля в контролируемом материале; e 0 диэлектрическая проницаемость вакуума; e' - вещественная составляющая диэлектрической проницаемости материала; e" - мнимая составляющая диэлектрической проницаемости материала. Составляющая тока, содержащая e", характеризует поглощение энергии. Мгновенное значение поглощаемой энергии для 1 м среды с учетом (1) определяется по формуле откуда следует, что диэлектрические потери в материале пропорциональны мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости. В то же время постоянная времени Τ колебательного контура, который служит в качестве эквивалентной схемы замещения контролируемого материала определяется по формуле где f k ~ частота колебательного контура; L -индуктивность контура; С - емкость контура; R сопротивление (потери) контура. Потери R в контуре пропорциональны поглощаемой энергии a(t) и массе m контролируемого материала, т.е. где m - масса контролируемого материала. Или где S - сечение материала. На чертеже представлена блок-схема устройства для определения сечения провода из проводящих и непроводящих материалов. Устройство содержит измерительный 1 и образцовый 2 емкостные первичные преобразователи, состоящие из высокопотенциальных 3, 4 и общего низкопотенциального 5 электродов, выполненных в виде пластин, два основных коммутатора 6, 7, подключенные к высокопотенциальным электродам 3, 4 соответственно измерительного 1 и образцового 2 преобразователей, дополнительный коммутатор 8, подсоединенный к выходам основных коммутаторов 6, 7, блок 9 преобразования емкостной функции первичных преобразователей 1, 2 в напряжение постоянного тока, входы которого подключены к выходам дополнительного коммутатора 8, блок 10 преобразования частоты первичных преобразователей 1, 2 в напряжение постоянного тока (выполнен в виде колебательного измерительного контура), входы которого подключены к выходам дополнительного коммутатора 8, блок 11 стабилизации амплитуды колебаний измерительного контура (выполнен в виде дифференциального компаратора), подключенный к выходу блока 10 преобразования частоты первичных преобразователей 1, 2 в напряжение постоянного тока, избирательный усилитель 12, вход которого подключен к выходам блока 9 преобразования емкостной функции в напряжение и блока 11 стабилизации амплитуды колебаний измерительного контура, синхронный детектор 13, сигнальный вход которого подключен к выходу избирательного усилителя 12, генератор 14 низкой частоты, выход которого подключен к управляющим входам основных коммутаторов 6, 7 и синхронного детектора 13, и регистратор 15, соединенный с выходом детектора 13. Устройство работает следующим образом. При измерении сечения провода из непроводящих материалов дополнительный коммутатор 8 переключается в положение 1. При отсутствии контролируемого материала емкости преобразователей 1,2 одинаковы. Вследствие этого при поочередном их подключении с помощью коммутаторов Є, 7, 8 к блоку 9 преобразования емкости в напряжение постоянного тока с частотой коммутации в выходном напряжении блока 9 отсутствует переменная составляющая частоты коммутации. При прохождении контролируемого материала через измерительный преобразователь 1 емкость его возрастает по отноші нию к емкости образцового преобразователя 2, так как величина напряжения на выходе блока 9 зависит от емкости подключаемого преобразователя, то выходное напряжение блока 9 содержит составляющую с частотой коммутации. Амплитуда ее пропорциональна разности емкостей преобразователей 1, 2. Эта переменная составляющая с частотой коммутации на выходе блока 9 выделяется и усиливается избирательным усилителем 12. Амплитуда знакопеременного напряжения на выходе усилителя 12 пропорциональна разности емкостей преобразователей 1, 2. Это напряжение подается на информационный вход синхронного детектора 13, на управляющий вход которого подано опорное напряжение с выхода генератора 14 низкой частоты. С выхода генератора 14 напряжение подается также на управляющие входы основных коммутаторов 6,7. На выходе синхронного детектора 13 появляется выпрямленное напряжение, величина которого связана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1, 2. Так как эта разность определяется емкостью, вносимой контролируемым материалом, то напряжение на выходе синхронного детектора 13 также связано пропорциональной зависимостью с сечением контролируемого материала. Это напряжение подается на регистратор 15. При измерении сечения проводящего материала дополнительный коммутатор 8 переключается в положение II. При введении контролируемого проводящего материала происходит изменение емкости измерительного конденсатора и одновременно, в соответствии с формулой (4), (5), вносятся потери R в колебательный измерительный контур. В соответствии с формулой (3) происходит расстройка по частоте колебательного измерительного контура и изменение напряжения на выходе блока 10 преобразования частоты β напряжение. Из-за внесенных потерь в контур, обусловленных вихревыми процессами, уменьшается добротность контура, а следовательно и амплитуда колебаний сигнала Для поддержания амплитуды напряжения на заданном уровне введен блок 11 стабилизации амплитуды колебаний измерительного контура. Стабилизированное по амплитуде напряжение поступает на вход избирательного усилителя 12, откуда через синхронный детектор 13 - на регистратор 15. Так как напряжение, поступающее на регистратор 15, пропорционально потерям R в колебательном контуре, то с учетом (5) это напряжение будет пропорционально и сечению провода. Дополнительные погрешности, связанные с неравномерностью электрического поля при перемещении контролируемого материала, исключаются путем введения в устройство емкостных первичных преобразователей, выполненных β виде пластин, между которыми и располагается материал. Пример. Проведены измерения диаметра волокна (d=0,1-1,0 мм) из углеродосодержащего материала с удельным сопротивлением 30 Ом/м на предлагаемом устройстве. Точность измерения составляла 1%. При аналогичных измерениях на известном устройстве точность измерений составила 10%. Предлагаемое устройство может быть использовано для измерения провода с различным сечением, например, круглым, квадратным, прямоугольным. Изобретение может быть использовано в химической, легкой и других отраслях промышленности при контроле сечения проводящих и непроводящих материалов.