涡流导电率仪测量电路的制作方法

文档序号:6119125
专利名称:涡流导电率仪测量电路的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种,特别是涉及一种涡流导电率仪测量电路。
背景技术
根据德国FORSTER博士应用电涡流法测定金属的电导率原理,制作的非铁磁性金属电导率仪。其原理是将载有交变电流的检测线圈(一般称为探头)置于被测金属平面上,探头在被测金属上产生感生涡流,这些涡流的反作用改变线圈的电特性(即线圈阻抗Z=R+jWL),分析和测定线圈阻抗的变化就可确定金属电导率值。目前,常用的线圈阻抗桥路检测电路一般采用交流电桥(如图1所示)。
图1中V为电桥的交流激励电源;A为电桥平衡零点指示器;探头L1与辅助臂C1,R1组成测量臂,L1、C1、R1串联具有提离补偿作用;L2、C2、Cx、 R2组成平衡臂,Cx为电桥平衡的可调电容,当探头检测到不同金属电导率值时可调对应Cx值使电桥平衡,通过测量Cx电容值就可以推出金属的电导率值,电导率值与Cx的关系近似对数函数见图2。
在实际生产应用中,通过简单的测量Cx电容值求出电导率方式,存在如下几个问题。
1、如图2所示,电导率值与电容Cx关系是近似对数函数关系,非线性严重,测量分辩率很不均匀,仪器测量一致性太差。
2、由于电桥电路及探头检测灵敏度很高,所以对元器件要求非常严格,特别是探头L1和补偿线圈L2的参数要求。实际生产中很难做到每台仪器的L1、L2参数完全一致,若有微小误差,电导率值与Cx函数曲线的关系也会变化,引起较大的测量误差。
3、由涡流阻抗分析法可知,探头L1的线圈阻抗Z=R+jWL不仅与被测金属的电导率值和激励电源V的频率有关,而且与探头本身电感量、线圈电阻R、线圈尺寸及探头与被测金属之间的距离(即提离)等参数有关。实际应用中,无法做到每支探头L1参数完全一致,为了使探头L1提离得到补偿,探头检测灵敏度与测量电桥电路匹配,所以需要匹配不同的C1、R1参数。造成了每次更换不同的探头,就要重新调整R1、C1值,使用极不方便。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种精度高、分辨率分布均匀、产品一致性好、调试工艺简单、探头可直接更换的涡流导电率仪测量电路。
为实现上述目的,本实用新型的技术解决方案是本实用新型是一种涡流导电率仪测量电路;它包括差分放大电路、单片机、LCD显示电路、波形整形及功率放大电路、桥路检测电路、零点放大电路;所述的波形整形及功率放大电路向桥路检测电路提供交流激励电源,桥路检测电路输出不平衡零点电压给零点放大电路并经单片机A/D口处理后转换成正、负电平信号由LCD显示电路显示,同时桥路检测电路上的输出信号给差分放大电路,经差分放大电路阻抗变换后送到单片机,由单片机处理后将信号输送给LCD显示电路显示;所述的桥路检测电路输送给差分放大电路的输出信号为桥路检测电路上的变容二极管DVC10和DVC11逆向电压,该逆向电压经差分放大电路进行阻抗变换后送单片机A/D口进行数据处理转换成电导率值信号输送给LCD显示电路显示;所述的桥路检测电路主要由探头、平衡电路和变容二极管组成;所述的探头包括测量电路,该测量电路由串联在一起电感L1、电容C1、电阻R1组成;所述的平衡电路由串联在一起电感L2、电容C2、电阻R2组成;所述的变容二极管由2只独立的变容二极管DVC10和变容二极管DVC11反向串联组成,变容二极管DVC10逆向电压由DC/DC隔离电源经电阻R3提供,生成的电容与变容二极管DVC11生成的电容串联,通过电容C3、C4耦合与电容C2并联,变容二极管DVC11变容二极逆向电压Vr由DC/DC隔离电源经电位器P1和电阻R4提供;所述的探头包括探头支架、电路板、测量电路和探头输出线;所述的探头支架为柱状体,电路板设置在探头支架的中部;所述的测量电路上的电容C1、电阻R1安装在电路板上,电感L1安装在探头支架的一端的敞开的中空孔内。
采用上述方案后,本实用新型具有以下优点1、本实用新型用变容二极管替代原可调电容Cx(如图1、图5所示)。利用变容二极管电容与加在管极上的逆向电压Vr成近似对数函数关系(如图6所示),由电导率值(如图2所示)与可调电容Cx的函数关系和图4变容二极管电容与逆向电压Vr的函数关系,可求得电导率值与变容二极管Vr关系正好为接近线性的二次函数关系(如图7所示),解决了原分辨率分布不均匀现象,提高测量灵敏度。
2、如图5所示,本实用新型将原测量可调电容Cx值求出电导值方法变为测量变容二极管Vr电压,可以方便引入计算机系统进行数据处理。如在仪器测量范围内取数块不同电导率值的金属标准块,通过探头测量不同电导率值标准块,找出使检测电桥平衡时对应的Vr值,输入计算机,计算机根据各标准块的Vr值建立一条二次函数的测量曲线,标准块越多仪器测量精度越高。从而克服了电桥电路元件参数差异产生的影响,大大提高了仪器的测量精度,简化了仪器生产调试工艺,提高了产品的一致性。
3、本实用新型将原电感(检测线圈)L1单独组成的探头改为由电容C1、电阻R1与L1串联组成的半桥探头,这样在探头上就可调整辅助臂电容C1、R1参数与检测线圈L1的匹配,做到每只探头的提离补偿,灵敏度都基本相同,解决了探头互换问题。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。


图1是习用线圈阻抗桥路检测电路图;图2是习用电导率值与可调电容Cx函数关系图;图3是本实用新型的电路框图;图4是本实用新型的电路图;图5是本实用新型的桥路检测电路的电路图;图6是本实用新型变容二极管电容与逆向电压Vr的函数关系图;图7是本实用新型的电导率值与变容二极管逆向电压Vr的函数关系图;图8是本实用新型探头的结构示意图。
具体实施方式
如图3、图4所示,本实用新型是一种涡流导电率仪测量电路;它包括按键1、稳压电路2、差分放大电路3、单片机4、LCD显示电路5、波形整形及功率放大电路6、桥路检测电路7、零点放大电路8、DC/DC隔离电源9。
所述的单片机4的输入端连接稳压电路2、差分放大电路3、零点放大电路8和按键1,其输出端连接LCD显示电路5、波形整形及功率放大电路6。所述的桥路检测电路7输入端连接波形整形及功率放大电路6、DC/DC隔离电源9,其输出端连接差分放大电路3和零点放大电路8。
如图5所示,所述的桥路检测电路7主要由探头71、平衡电路72和变容二极管73组成。所述的探头71包括测量电路,该测量电路由串联在一起电感L1、电容C1、电阻R1组成;所述的平衡电路72由串联在一起电感L2、电容C2、电阻R2组成;所述的变容二极管73由2只独立的变容二极管DVC10和变容二极管DVC11反向串联组成,变容二极管DVC10逆向电压由DC/DC隔离电源9经电阻R3提供,生成的电容与变容二极管DVC11生成的电容串联代原图1可调电容Cx,通过电容C3、C4耦合与电容C2并联,变容二极管DVC10用于仪器调零。变容二极管DVC11变容二极逆向电压Vr由DC/DC隔离电源9V+经电位器P1和电阻R4提供;调节电位器P1可改变逆向电压Vr值,使变容二极管DVC11生成不同的电容(不同的金属电导率值需要不同电容使电桥平衡)。逆向电压Vr值经差分放大器阻抗变换,送单片机4A/D口转换成数据,单片机4首先根据数块标准块作出测量范围的标准测试曲线,用这条标准测试曲线测量未知金属电导率值并显示。
如图3、图4所示,所述的单片机4输出60khz基准方波给波形整形及功率放大电路6,经波形整形及功率放大电路6上的芯片U7功率放大经输出变压器T1输出正弦波,向桥路检测电路7提供交流激励电源;桥路检测电路7输出不平衡零点电压给零点放大电路8并经单片机4A/D口处理后转换成正、负电平信号由LCD显示电路5显示;同时桥路检测电路7变容二极管DVC11输出逆向电压Vr信号给差分放大电路3,经差分放大电路3阻抗变换后输出给单片机4A/D口,由单片机4进行数据处理转换为电导率值后将信号输送给LCD显示电路5显示。
如图8所示,所述的探头71包括探头支架711、电路板712、测量电路713和探头输出线714。所述的探头支架711为柱状体,电路板712设置在探头支架711的中部;所述的测量电路713上的电容C1、电阻R1安装在电路板712上,电感L1安装在探头支架711的一端的敞开的中空孔7111内。
本发明的重点就在于用变容二极管替代原可调电容,组成一个新的检测电桥。
权利要求1.一种涡流导电率仪测量电路;它包括差分放大电路、单片机、LCD显示电路、波形整形及功率放大电路、桥路检测电路、零点放大电路;所述的波形整形及功率放大电路向桥路检测电路提供交流激励电源,桥路检测电路输出不平衡零点电压给零点放大电路并经单片机A/D口处理后转换成正、负电平信号由LCD显示电路显示,同时桥路检测电路上的输出信号给差分放大电路,经差分放大电路阻抗变换后送到单片机,由单片机处理后将信号输送给LCD显示电路显示;其特征在于所述的桥路检测电路输送给差分放大电路的输出信号为桥路检测电路上的变容二极管DVC10和DVC11逆向电压,该逆向电压经差分放大电路进行阻抗变换后送单片机A/D口进行数据处理转换成电导率值信号输送给LCD显示电路显示;所述的桥路检测电路主要由探头、平衡电路和变容二极管组成;所述的探头包括测量电路,该测量电路由串联在一起电感L1、电容C1、电阻R1组成;所述的平衡电路由串联在一起电感L2、电容C2、电阻R2组成;所述的变容二极管由2只独立的变容二极管DVC10和变容二极管DVC11反向串联组成,变容二极管DVC10逆向电压由DC/DC隔离电源经电阻R3提供,生成的电容与变容二极管DVC11生成的电容串联,通过电容C3、C4耦合与电容C2并联,变容二极管DVC11变容二极逆向电压Vr由DC/DC隔离电源经电位器P1和电阻R4提供。
2.根据权利要求1所述的涡流导电率仪测量电路,其特征在于所述的探头包括探头支架、电路板、测量电路和探头输出线;所述的探头支架为柱状体,电路板设置在探头支架的中部;所述的测量电路上的电容C1、电阻R1安装在电路板上,电感L1安装在探头支架的一端的敞开的中空孔内。
专利摘要本实用新型公开了一种涡流导电率仪测量电路;它包括差分放大电路、单片机、LCD显示电路、波形整形及功率放大电路、桥路检测电路、零点放大电路。所述的桥路检测电路主要由探头、平衡电路和变容二极管组成;所述的探头包括串联在一起电感L1、电容C1、电阻R1;所述的平衡电路串联在一起电感L2、电容C2、电阻R2;所述的变容二极管由2只独立的变容二极管反向串联组成。由于本实用新型用变容二极管替代原可调电容Cx,解决了原分辨率分布不均匀现象,提高测量灵敏度,解决了探头互换问题,简化了仪器生产调试工艺,提高了产品的一致性。
文档编号G01R27/02GK2924546SQ20062006037
公开日2007年7月18日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者蔡胜利 申请人:蔡胜利
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