Электромагнитный датчик для контроля положения стальных изделий

Электромагнитный датчик для контроля положения стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,„735348

Сою» Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ изов етения

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к lRT. свид-ву(22) Заявлено21.11.77 (21) 2544260/22-02 (51) М. Кл, В 21 В 37/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19 до делам изобретений и OtXpSITHtt (53) УДК 621. ,771,3 (088.8) Дата опубликования описания 28.05.80

В. B. Волков, N, A. Костенко, Л. A. Кириллов и Л. H. Тетиор (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ

КОНТРОЛЯ: ПОЛОЖЕНИЯ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

1

Изобретение относится к средствам автоматизации, применяемым для контроля стальных изделий, например положения :проката, труб, механизмов. Основная область применения - автоматизация тех,нологических процессов в металлургии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик генераторного типа для контроля положения металлических изделий, в котором при отсутствии индицируемого изделия рабочий сигнал в сигнальной обмотке практически отсутствует вследствие того, что сеКции возбуждающей обмотки включен попарно встречно, При внесении контролируемого изделия в сигнальной обмотке наводится ЭДС за счет отражения от изделия магнитного поля, создаваемого возбуждающими обмотками, в результате чего возникает положительная обратная связь, флюктуацни поля в возбуждающих обмотках, а также рабочий сигнал в сигнальной обмотке резко увеличиваются, 2 усиливаются усилителем и датчик срабатывает (1) .

Однако такой датчик имеет. недостаточную чувствительность и надежность работы, вследствие того, чтд в датчике не устра5 няется полностью влияние мешающих факторов, вызывающих на сигнальной обмотке появление напряжения небаланса при отсутствии контролируемого изделия.

Основными мешающими факторами при контроле положения стальных изделий являются появление на рабочих поверхностях датчика окалины от контролируемого проката s условиях металлургического производства и неточности расположения обмоток датчика (возникающие в процессе изготовления или эксплуатации датчика например из-за вибрации) как относитель1 1 но друг друга, так и относительно металлических частей корпуса датчика.

В етом датчике не устраняется влияние на выходной сигнал окалины, скаплттвающейся на кольцевой верхней части корпуса при его вертикальной установке;

3, . 73534 окалины, скапливающейся во внутренней полости датчика при его горизонтальной установке(по условиям эксплуатации корпус датчика часто приходится устанавливать в горизонтальном положении, при

5 атом в его центрально"части,,в отверстии скапливается окалина); а также смещения обмоток датчика относительно друг друга и относительно корпуса в процессе эксплуатации, например из-за вибрации, Это

10 приводит к появлению напряжения небапанса на выходе сигнальной обмотки датчика и необходимости увеличивать отрицательную обратную связь в датчике дпя предотвращения возможных паразитных генераций.

Дпя нормальной работы датчика необходимо, чтобы рабочий сигнал, возникающий за счет воздействия на датчик контролируемого изделия, всегда в несколько раз превышал сигнал небапанса. Следовательно, величиной сщ нала небапанса ог ранйчивается чувствительность датчика и соответственно ограничивается такой

25 важнейший пауаметр датчика, как рабочий зазор, т.е. максимальное расстоя ние между датчиком и контропируемым иэделием. Работать же при рабочйх сигналах незначительно превышающих сигнал небапанеа недопустимо, так как ато . г

ЗО

- приводит к резкому уменьшению надежности работы датчика и появлению его ложных срабатываний.

Бель изобретения — повышение чувствительности и надежности работы датчика путем устранения влияния мешающих факторов — окапины на датчике, неточности расположения обмоток, воздействия корпуса на обмотки.

Цепь достигается тем, что в электро40 магнитный датчик введен фазочувствитепьный выпрямитель (ФЧВ), в котором вход опорного напряжения (т,е. вход ФЧВ, к которому подключается источник опорного напряжения) через фазосдвигаюшую цепь

45 подключен к генератору, а рабочий входк- выходу усилителя переменного напряжения сигнальной обмотки, возбуждающая. обмотка подключена через резис5О тор к генератору.

На фиг. 1 представлена функциональная схема апектромагнитного датчика; на фиг. 2 — элюры напряжений на выходе фазочувствитепьного выпрямителя„

Датчик содержит генератор 1 сину55 соидапьного напряжения,: дифференциально включенные секции возбуждающей обмотки 2, которая через р зистор 3

8 1 подключена к выходу генератора l. Сигнапьная обмотка 4 соединена с усидителем 5 переменного напряжения, выход которого подключен к рабочему входу

ФЧВ 6. Вход опорного напряжения ФЧВ6 подключен к генератору 1 через ЯС-цель

7 и 8. Выход ФЧВ 6 подключен к выходному усилителю 9, формирующему стандартный выходной сигнал Ug y,.

Датчик работает следующим образом.

При отсутствии контролируемого изделия ток, протекающий через резистор 3 и возбуждающую обмотку 2 создает переменное магнитное попе, которое и сигнальной обмотке 4 наводит напряжения, обусловленные мешающими факторами. Напряжение сигнальной обмотки 4 усиливается усилителем 5 и подается на рабочий вход ФЧВ 6. На другой вход ФЧВ от генератора 1 через gG-цепь подается опорное напряжение, фазовый сдвиг которого может выбираться с помощью резистора

7 и конденсатора 8. На выходе усипитепя 5 напряжения Е ц, и Е <, обусловленные мешающими факторами (Ец, -окалиной и Е„ — неточностью расположения обмоток и влияния корпуса) имеют фазовый сдвиг относительно напряжения F. который складывается из сдвига тока 3 возбуждающей обмотки относительно напряжения генератора Е, (вспедствие наличия резистора 3 и активного сопротивления возбуждающей обмотки датчика) на угол, меньший 90 и сдвига напряжения сигналЬной обмотки относительно тока

J> (и напряженности Ц, создаваемого, им поля) на угол примерно равный 90

0 (так как напряжение на сигнальной обмотке пропорционально производной напряженности Н поля). Опорное напряжение, поступающее от генератора 1 сдвигается цепочкой RG 7 и 8 на угол, равный фазовому сдвигу тока 3в относительно напряжения генератора (что достигается соответствующим выбором параметров

КС-цепи). В результате этого разность фаз Ч,,-, между опорным напряжением и напряжениями, определяемыми мео шающими факторами, равна 90 .

На выходе ФЧВ 6 получается выпрямленное напряжение, среднее значение которого определяется формулой: арча и.А 05 "Оп " ф где К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы ФЧВ (дпя изображен1п,и на фиг. 2 эпюр од73534 нополупериодной схемы выпрямления K . = )l

1 ! {{

- алгебраическая сумма напряже- {м ний Е, и Е „, определяемых ме шающи ми фа к тора ми. о

Очевидно, что при 4 „-9„„=90 прс изведение

К сов(е„п-Ч фа и на выходе ФЧВ среднее значение напряжения U© „, определяемого мешаюшими факторами, равно нулю.

Напряжение с выхода ФЧВ 6 подается на вход выходного усилителя 9 на его вход подается также напряжение смешения 0 „, в результате чего напряжение на выходе усилителя 9 равно: нулю.

При воздействии на датчик контролируемого изделия на выходе усилителя 5

7 появляется напряжение Е с рабочего сигнала, разность фаз Моп-Ч для которого в зависимости от электропроводности и магнитной проницаемости материала издеЮ лия меняется в диапазоне 0+60, и на вы с ходе ФЧВ появляется напряжение рабочего сигнала Uc, причем

ОР(0,15 — 0,3) Ес. При уменьшении зазора между датчиком и изделием величина сигнала О. воз-, 3 растает, и при Ос 7 U на выходе усилителя 9 появляется сигнал, свидетельствующий о наличии контролируемого изделия . в рабочей зоне датчика.

Исследования показывают, что при индикации стальных изделий указанный сдвиг фаз достигается в диапазоне частот 5...

15 кГц для любых реальных значений алектропроводности и магнитной проницае"мости материала изделий.

4 {.

В то же время сдвиг фаз т,п „„, между опорным напряжением и напряжением

or мешаюших факторов, вызываемых наличием окалины, неточнсстью расположения обмоток чувствительного алемента, их сме шением относительно друг друга и проводящего.материала корпуса (выбирается с высоким значением электропроводности, например медь или алюминий) не меняется

\ О и остается равным 90 . Вследствие этого „ несмотря на изменение амплитуды атих напряжений в процессе эксплуатации датчика среднее значение выпрямленного напряжения от мешаюших факторов остается равным нулю, не влияет на работу датчика и не приводит к его ложным срабатываниям.

Следует отметить далее, что в результате наличия отличпгельпых особенносД

6 тей в предполагаемом датчике, фазовый . сдвигgpq ф поддерживается вес ьматочно и практически не зависит от колебаний частоты Я генератора .1.

Для тока 3 возбуждающей обмотки

2 имеем выражение r

J в R +RВ+ а)4Ь

В с фазовым сдвигом

UL)4 в

g =агс д —, в ъ в где % — сопротивление резистора 3; и1, — активное сопротивление и в в индуктивность секций возбуждаюшей обмотки; и {4 — напряжение и частота геr нератора 1.

Для RC — цепочки 7 и 8 имеем

Е

on 1+уиК С

1 8 с фазовым сдвигом ! Pîn 9168 где Я и С8 — сопротивление резистора

7 и емкость конденсатора 8. Так как нестабильность фазового сдвига определяется разностью Чв- Яс>п то

ЧВ or{ о "В "оп=

UUL

=а с1 у -archy uL3, Q

Устанавливая выбором величин R и С равенство

1. 8 получаем разность f>-ß „=0. Тем самым в предлагаемом датчике исключается влияние на его работу изменения частоты И) гене ратора.

Нестабильность фазового сдвига определяется лишь нестабильностью элементов R, R и Св и легко может быть получена (1...2) ° 10 от величины Чв

Так как { В выбирается в пределах

0,1 ... 0,15 радиан, то нестабильность дав угла 90О составляет (1 ...2)-tO 4 радиан.

При этом нестабильность b Е „, выппрямленного ФЧВ напряжения Е„„мешающих факторов составляет

Полагая величину полезного сигнала

U c на выходе ФЧВ в 2... 3 раза более величины дЕ,„Ф, имеем

2 -4 (Я ...>>(0Pe...03)Åс - О...Ъ1 0 Е,, 7 73

Таким образом, обеспечивается следующее подавление напряжений от мешаю. щих факторов (т.е. отношение F . Е ) мф

Е я(оъ.. gq> — ® = .1О =457O.. 14ООО.

Ь 2(1 М е

Это означает, что напряжение Е определяемое мешающими факторами может быть на 3...4 порядка больше напряжения .Ес рабочего сигнала при надежной работе устройства в целом.

Датчик надежно работает при рабочем сигнале Ес =40 мВ, при напряжении

EN, от окалины, несимметричного распо ложения обмоток и влияния на них корпуса датчика 2000 мВ. Это позволяет уве личить рабочий зазор датчика в 2 раза.

Устранение влияния мешающих факторов (окалины, влияния корпуса на обмотки, неточности расположения обмоток) позволяет повысить надежность работы дат- . чика, а значит и надежность работы автоматизированного оборудования. формула изобретения

Электромагнитный датчик для контроля положения стальных изделий, содержащий корпус, возбуждающую и сигнальную

5348 8 обмотки с дифферешшальной схемой включения, генератор, усилитель переменного напряжения, выходной усилитель, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности работы датчика путем устранения влияния мешающих факторов - окалины на. датчике, нетоЧности расположения обмоток, воз- . действия корпуса на обмотки, в него до1р полнительно введены фазочувствительный выпрямитель, резистор и фазосдвигающая цель, причем возбуждающая обмотка через.резистор соединена с выходом генератора, сигнальная обмотка соединена

1: со входом усилителя переменного напряжения, выход которого соединен с рабо чим входом фазочувствительного выпрямителя, вход опорного напряжения которого через фазосдвигающую цепь соединен с

gp выходом генератора, а выход — со входом выходного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при акспертизе

1. Авторс кое свидетельство СССР по заявке Мо 2398487/02, кл. кл. В 21 В 37/00, 197.6. фиГ. 0

ППИИПИ Заказ 2244/1 Тираж 986 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. "Ужгород, ул. Проектная, 4