MD690Z - Procedeu de măsurare a secţiunii transversale a unui fir conductor în procesul de turnare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi poate fi utilizată la turnarea firelor conductoare sau semiconductoare în izolaţie.Procedeul de măsurare a secţiunii transversale a unui fir conductor în procesul de turnare, de exemplu, a unui microfir conductor în izolaţie de sticlă, constă în extinderea acestuia dintr-o topitură de metal, bobinarea microfirului turnat pe o carcasă metalică, formând o bobină cu microfir turnat cu impedanţa electrică echivalentă Zb, măsurarea secţiunii transversale a microfirului şi dirijarea ei prin dirijarea regimului de turnare a microfirului. Măsurarea secţiunii transversale a microfirului se efectuează prin intermediul unui rezistor cu rezistenţa R, unit în serie cu bobina cu microfir şi porţiunea de microfir măsurat de lungime fixă l, rezistenţa liniară r şi rezistenţa integrală rl,formând un circuit în serie de rezistenţă sumară R+Zb+rl.

Description

Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi poate fi utilizată la turnarea firelor conductoare sau semiconductoare în izolaţie.

Este cunoscut un procedeu de măsurare directă a secţiunii de fir conductor la frecvenţe supraînalte cu utilizarea ghizilor de undă deschişi, bazat pe interacţiunea câmpului electromagnetic cu firul conductor, plasat în deschiderea antenei, unde se iradiază cu unde electromagnetice. Secţiunea firului conform acestui procedeu se determină prin măsurarea coeficientului de reflecţie sau a coeficientului de undă staţionară [1].

Dezavantajele acestui procedeu sunt sensibilitatea redusă, care pentru o funcţionare normală necesită o putere majorată a generatorului de semnal de măsurare, precum şi faptul că obiectul măsurat nu poate fi ecranat. Ultimul cauzează erori de măsurare esenţiale, întrucât semnalul măsurat este puternic influenţat de câmpul electromagnetic al altor surse de câmp electromagnetic. Dezavantajele menţionate limitează mult utilizarea practică a procedeului cu folosirea ghizilor de undă deschişi.

Mai este cunoscut un procedeu de măsurare directă a secţiunii firului conductor la frecvenţe ultraînalte, bazat pe interacţiunea câmpului electromagnetic cu firul conductor măsurat, unde ghidul de undă deschis este înlocuit cu un ghid de undă închis. Ghidul de undă în acest caz reprezintă o linie coaxială de rezonator de volum, al cărui fir intern îl constituie firul conductor măsurat. Secţiunea firului conform acestui procedeu se determină prin măsurarea rezistenţei de intrare a ghidului de undă cu care secţiunea firului se găseşte într-o relaţie destul de complicată [2].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că firul măsurat se introduce în ghidul de undă prin două găuri perforate. Introducerea firului în ghid conform acestui procedeu din punct de vedere tehnologic este complicată, iar în caz de turnare a firului din topitură de metal în stare de suspensie este practic imposibilă. Dispozitivele de racordare a ghidului de undă sunt foarte complicate, mai mult ca atât, ele micşorează esenţial sensibilitatea la semnalul de măsurare; procesul de măsurare este complicat şi cere mult timp; impedanţa caracteristică a ghidului de undă este foarte mică, ce de asemenea influenţează negativ sensibilitatea.

Mai este cunoscut un procedeu de măsurare directă a secţiunii de fir conductor conform metodei de interacţiune a câmpului electromagnetic de frecvenţă supraînaltă cu firul măsurat, în care firul măsurat se introduce în ghid printr-o tăietură, executată în corpul ghidului [3].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că însăşi prezenţa izolaţiei pe fir, ca şi în cazurile precedente, influenţează negativ precizia măsurării. Secţiunea firului de asemenea se determină prin măsurarea rezistenţei de intrare în ghid prin relaţia:

,

unde a, b sunt dimensiunile liniare ale secţiunii ghidului de undă; λb - lungimea de undă a semnalului măsurat în ghid; d - distanţa dintre microfir şi pistonul de racordare a ghidului de undă; hg - inălţimea efectivă radiatoare a porţiunii de microfir în ghid. După cum confirmă autorii lucrării, mărimea hg la condiţii egale depinde de diametrul microfirului d şi ca urmare rezistenţa de intrare a ghidului de undă este funcţie de diametrul microfirului, însă în lucrare nu se arată această funcţie. Mai mult ca atât, nu se analizează eroarea măsurării, în acelaşi timp utilizarea semnalelor de frecvenţă supraînaltă ca semnal măsurător în condiţii reale de turnare a microfirului conductor în izolaţie din topitură de metal în stare de suspensie este practic imposibilă. Menţionăm că prin măsurarea rezistenţei liniare a microfirului pe unitate de lungime se poate aprecia şi secţiunea S a microfirului, conform relaţiei S = rl/R, unde R - rezistenţa microfirului cu lungimea 1, r - rezistenţa specifică a materialului microfirului. Pentru a măsura cu o precizie mai înaltă rezistenţa liniară a microfirului şi corespunzător a secţiunii lui, bobina cu microfir trebuie exclusă din circuitul de măsurare.

Cea mai apropiată soluţie este procedeul de măsurare a secţiunii unui fir conductor în izolaţie în procesul de turnare a microfirului, în care precizia înaltă de măsurare a secţiunii microfirului se asigură prin compensarea impedanţei echivalente electrice Zb a bobinei cu microfir turnat cu o impedanţă echivalentă Z0 a unei bobine cu microfir etalon, care exclude influenţa bobinei cu impedanţa Zb asupra preciziei de măsurare a microfirului în procesul de turnare a lui [4].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că este necesar de a avea la dispoziţie un număr mare de bobine cu microfir etalon din diferite metale şi aliaje.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în minimizarea valorii erorii de măsurare a secţiunii transversale a firului conductor de microfir turnat, condiţionată de rezistenţa de contact neohmică, fără a folosi bobina cu microfir etalon cu impedanţa electrică echivalentă Zb.et ≈Zb.

Procedeul conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că constă în extinderea acestuia dintr-o topitură de metal, topită în stare de suspensie dintr-o preformă introdusă într-un tub din material izolator, de un câmp electromagnetic de frecvenţă înaltă, bobinarea microfirului turnat pe o carcasă metalică, formând o bobină cu microfir turnat cu impedanţa electrică echivalentă Zb, măsurarea secţiunii transversale a microfirului şi dirijarea ei prin dirijarea regimului de turnare a microfirului. Măsurarea secţiunii transversale a microfirului se efectuează prin compararea a două tensiuni, una dintre ele fiind proporţională cu rezistenţa R=｜Zb︱/δr a unui rezistor unit în serie cu bobina cu microfir cu impedanţa electrică echivalentă Zb şi porţiunea de microfir măsurat de lungime fixă l, rezistenţa liniară r şi rezistenţa integrală rl, formând un circuit în serie de rezistenţă sumară R+Zb+rl, unde δr este abaterea relativă admisibilă a rezistenţei r a microfirului turnat de la cea prestabilită rpr[δr=(rpr - r)/rpr], condiţionată de valoarea finită a impedanţei Zb, Zb≠0 şi nu este neglijabilă în comparaţie cu valoarea rezistenţei R, la circuitul în serie de rezistenţă sumară R+Zb+rl; prin intermediul preformei şi a unui comutator de la un generator de semnal de curent alternativ se aplică, consecutiv, o tensiune de referinţă uref(t)=Um.refsinωt cu amplitudinea Um.ref proporţională cu rezistenţa R şi o tensiune u(t)=Umsinωt cu amplitudinea Um proporţională cu rezistenţa rl, care respectiv formează curenţii:

unde curentul i1(t), trecând prin circuitul în serie cu rezistenţa R+Zb, formează o cădere de tensiune u1(t)=i1(t)(R+Zb), iar curentul i2(t), trecând prin circuitul în serie cu rezistenţa rl, formează o cădere de tensiune u2(t)=-i2(t)rl, aplicarea tensiunilor u1(t) şi u2(t) prin intermediul unei capacităţi, formată dintr-un electrod şi o parte a porţiunii de microfir l, la un comparator de semnale, care le compară după valoare, în caz de abatere a valorii tensiunii u2(t) de la valoarea tensiunii u1(t) cu diferenţa lor se acţionează regimul de turnare a microfirului până la atingerea egalităţii lor prin aplicarea semnalului la intrarea unui bloc de dirijare cu regimul de turnare a microfirului.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-5, care reprezintă:

- fig. 1, schema-bloc a instalaţiei de măsurare a secţiunii transversale a microfirului prin măsurarea rezistenţei pe o porţiune de microfir;

- fig. 2, schema electrică echivalentă a circuitului de comutare consecutivă a tensiunilor uref(t) şi u(t) la circuitul în serie format din: rezistorul cu rezistenţa R, bobina cu microfir cu impedanţa echivalentă Zb şi rezistenţa rl a porţiunii de microfir măsurat;

- fig. 3, schema electrică echivalentă a circuitelor: a) de formare a tensiunii u1(t) şi b) de formare a tensiunii u2 (t);

- fig. 4, oscilogramele de semnale în nodurile principale ale instalaţiei cu schema-bloc arătată în fig. 1;

- fig. 5, schema electrică echivalentă de tip R-C-0 a bobinei cu microfir turnat cu impedanţa electrică echivalentă Zb.

Instalaţia pentru realizarea procedeului este prezentată prin schema-bloc (fig. 1).

Instalaţia este formată dintr-un tub de sticlă 1, o preformă de metal 2, introdusă în tubul de sticlă, un generator de putere de frecvenţă înaltă 3, utilizat pentru topirea metalului din care se toarnă microfirul, dotat cu un inductor 4, care topeşte capătul preformei de metal 2, aliaj sau semiconductor introdus în câmpul electromagnetic al inductorului 4, formând o topitură de metal 5, o carcasă metalică 6, pe care se bobinează microfirul turnat 7 tras din topitura 5, un mecanism 8 ce roteşte carcasa 6, un generator 9 de semnal armonic cu două ieşiri independente una de alta, şi cu o bornă comună, unită la masă, totodată una din ieşiri are tensiunea uref(t)=Um.ressinωt, iar ieşirea a doua are tensiunea u(t)=Umsinωt, un comutator 10 cu două grupuri de contacte A şi B, un electrod 11, pe care spre carcasa 6 alunecă microfirul turnat, care împreună cu o parcelă din porţiunea de microfir formează capacitatea CE, un bloc 12 de dirijare cu dispozitivele ce asigură: puterea generatorului 3, viteza de turnare a microfirului 7, viteza de deplasare a preformei 2 şi a tubului de sticlă 1 în câmpul electromagnetic al inductorului 4 şi, de asemenea, presiunea atmosferică în tubul de sticlă, blocul de dirijare cu ieşirea lui fiind unit la intrările dispozitivelor menţionate, un comparator 13, cu ieşirea lui unită la intrarea blocului 12, iar cu intrarea la electrodul 11, un rezistor 14 cu rezistenţa R cu un pol unit printr-un contact alunecător la carcasa 6, iar cu polul doi unit la contactul mobil al grupului de contacte B ale comutatorului 10. Capătul rece al preformei 2 este unit la contactul mobil al grupei de contacte A a comutatorului 10.

Instalaţia funcţionează în felul următor.

Preforma 2 se introduce în tubul de sticlă 1 şi se fixează în aşa mod încât capătul ei de jos împreună cu capătul de jos al tubului de sticlă să se găsească în câmpul electromagnetic maximal al inductorului 4. Se alimentează generatoarele 3 şi 9, mecanismul 8, comutatorul 10, blocul 12 şi comparatorul 13. Se instalează regimul de turnare a microfirului (puterea generatorului 3, viteza de turnare a microfirului şi viteza de deplasare a preformei şi a tubului de sticlă, presiunea în tubul de sticlă) corespunzător secţiunii de microfir prestabilite.

După formarea topiturii de metal 5 şi prelucrarea ei termică, cu o tijă de sticlă se atinge de partea de jos a topiturii şi se trage în jos. În consecinţă se formează un capilar de sticlă umplut cu metal topit, constituind microfirul turnat. Capătul microfirului se prinde de carcasa 6, rotită de mecanismul 8, formând împreună cu microfirul bobinat o structură 15 de tip R-C-0 (fig. 1-5) cu impedanţa electrică echivalentă Zb.

Datorită unirii galvanice a rezistorului 14 cu rezistenţa R cu carcasa 6, care împreună cu microfirul 7 bobinat pe ea formează un dipol electric cu rezistenţa electrică echivalentă Zb, şi a porţiunii l de microfir 16 cu rezistenţa integră rl, se formează un circuit electric în serie 17 (fig. 2, 3) cu rezistenţa sumară R+Zb+rl, la care prin intermediul preformei 2, topiturii de metal 5 şi al comutatorului 10 consecutiv în timp de la generatorul 9 se aplică semnalul uref(t)=Uref.msinωt (fig. 3,a) şi respectiv u(t)=Umsinωt (fig. 3,b), în circuitul în serie 17 formând curenţii:

de sens opus. Când în circuitul 17 se aplică tensiunea Uref(t), atunci prin intermediul capacităţii CE şi bornei comune, se culege tensiunea u1(t) cu valoarea ce cade pe suma de rezistenţe (R+Zb) cu amplitudinea ei proporţională cu (R+Zb) (fig. 3,a), iar când se aplică tensiunea u(t) se culege tensiunea ce cade pe rezistenţa rl cu amplitudinea ei proporţională rezistenţei rl (fig. 3,b). Tensiunile u1(t) şi u2(t) consecutiv (fig. 1, 2 şi 4,d,e,i,j) se aplică la intrarea comparatorului 13. După detectarea lor prin intermediul comparatorului 13 se obţine un semnal de forma arătată în fig. 4,f,k, care în continuare se aplică la intrarea blocului 12 ce dirijează cu dispozitivele ce asigură regimul de turnare a microfirului.

Dacă secţiunea S a microfirului turnat este egală cu cea prestabilită Spres (S=Spres), atunci tensiunile u1(t) şi u2(t) devin egale, iar diferenţa lor Δu(t)= u1(t)- u2(t) devine nulă (fig. 4d,e,g,h), adică respectiv regimul de turnare iniţial ales rămâne neschimbat. În cazul în care u1(t) ≠ u2(t), la intrarea blocului 12 apare diferenţa de semnale u1(t) - u2(t) (fig. 4,i,j,k,l,m), care prin acţiunea sa schimbă regimul de turnare în aşa mod încât secţiunea reală S a microfirului să devină egală cu cea prestabilită Spres. În aşa mod în procesul de turnare a microfirului secţiunea reală S se menţine la valoarea prestabilită Spres, obţinând astfel un microfir cu secţiunea prestabilită.

1. Космин П. Л., Филиппов Н. Н. Бесконтактные измерения диаметров жил проводов, микропроводов и коаксиальных кабелей. Измерительная Техника, 1967, № 9

2. Космин П. Л., Филиппов Н. Н. К вопросу о неконтактном измерении поперечного сечения жилы

микропровода в стеклянной изоляции на СВЧ. Сборник "Микропровод и приборы сопротивления". Кишинев,

Картя Молдовеняскэ, вып. 5, 1967

3. Андреев В. А., Космин П. Л., Тудоровский А.А. Измерение параметров микропровода на СВЧ. Сборник

"Микропровод и приборы сопротивления". Кишинев, Картя Молдовеняскэ, вып. 8, 1971

4. MD 3897 G2 2009.04.30

Claims (1)

1. Procedeu de măsurare a secţiunii transversale a unui fir conductor în procesul de turnare, de exemplu, a unui microfir conductor în izolaţie de sticlă, care constă în extinderea acestuia dintr-o topitură de metal, topită în stare de suspensie dintr-o preformă introdusă într-un tub din material izolator, de un câmp electromagnetic de frecvenţă înaltă, bobinarea microfirului turnat pe o carcasă metalică, formând o bobină cu microfir turnat cu impedanţa electrică echivalentă Zb, măsurarea secţiunii transversale a microfirului şi dirijarea ei prin dirijarea regimului de turnare a microfirului, caracterizat prin aceea că măsurarea secţiunii transversale a microfirului se efectuează prin compararea a două tensiuni, una dintre care este proporţională cu rezistenţa R=｜Zb︱/δr a unui rezistor unit în serie cu bobina cu microfir cu impedanţa electrică echivalentă Zb şi porţiunea de microfir măsurat de lungime fixă l, rezistenţa liniară r şi rezistenţa integrală rl, formând un circuit în serie de rezistenţă sumară R+Zb+rl, unde δr este abaterea relativă admisibilă a rezistenţei r a microfirului turnat de la cea prestabilită rpr[δr=(rpr - r)/rpr], condiţionată de valoarea finită a impedanţei Zb, Zb≠0 şi nu este neglijabilă în comparaţie cu valoarea rezistenţei R, la circuitul în serie de rezistenţă sumară R+Zb+rl; prin intermediul preformei şi al unui comutator de la un generator de semnal de curent alternativ se aplică, consecutiv, o tensiune de referinţă uref(t)=Um.refsinωt cu amplitudinea Um.ref proporţională cu rezistenţa R şi o tensiune u(t)=Umsinωt cu amplitudinea Um proporţională cu rezistenţa rl, care respectiv formează curenţii:

   unde curentul i1(t), trecând prin circuitul în serie cu rezistenţa R+Zb, formează o cădere de tensiune u1(t)=i1(t)(R+Zb), iar curentul i2(t), trecând prin circuitul în serie cu rezistenţa rl, formează o cădere de tensiune u2(t)=-i2(t)rl, aplicarea tensiunilor u1(t) şi u2(t) prin intermediul unei capacităţi, formată dintr-un electrod şi o parte a porţiunii de microfir l, la un comparator de semnale, care le compară după valoare, în caz de abatere a valorii tensiunii u2(t) de la valoarea tensiunii u1(t) cu diferenţa lor se acţionează regimul de turnare a microfirului până la atingerea egalităţii lor prin aplicarea semnalului la intrarea unui bloc de dirijare cu regimul de turnare a microfirului.