Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do po¬ miaru temperatury dal ferromagnetycznych.Znane sa urzadzenia do pomiaru temperatury cial ferromagnetycznych, zawierajace dwie cewki indukcyjne, przylaczone do zródla napiecia prze¬ miennego, dwa prostowniki i przyrzad pomiarowy.W polu magnetycznym jednej z cewek znajduje sie cialo ferromagnetyczne, którego temperatura jest mierzona. Wartosc temperatury okresla sie na podstawie wartosci pradu przeplywajacego przez przyrzad pomiarowy. Prad ten zalezy od wielko¬ sci calkowitej rezystancjli zastepczej ciala ferro¬ magnetycznego na odcinku pomiarowym, a z kolei rezystancja ta zalezy od temperatury.Wada opasanego urcadzenia jest koniecznosc utrzymywania dokladnie stalego odstepu miedzy cewka i cialem, którego temperatura jest mierzo¬ na. Dalsza wada jesit to, ze urzadzenie mierzy lo¬ kalna temperature pcwucraehni ciala.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wskaza¬ nych niedogodnosci, natomiast 'zadaniem wynalazku jest zaprojektowanie takiego urzadzenia do po¬ miaru temperatury cial ferromagnetycznych ,które mogloby byc wykorzystane do sterowania procesem terniourtwardzania poprzez utrzymanie zadanej, sredniej w przekroju temperatury cial ferromagne¬ tycznych.Zadanie zostalo rozwiazane w wyniku zaprojek¬ towania urzadzenia zawierajacego dwie cewki in¬ dukcyjne, dolaczone do zródla napiecia przemien- nago. W polu magnetycznym jednej z cewek umie¬ szcza sie cialo ferromagnetyczne, którego tempe¬ rature nalezy zmierzyc. Urzadzenie zawiera poza tym dwa prostowniki i przyrzad pomiarowy. We¬ dlug wynalazku, cewki indukcyjne maja 'takie wymiary gabarytowe i (taka liczbe zwojów, przy których wytwarzane przez rbe cewki pole (magne¬ tyczne jest wystarczajace do nasycenia ciala fer¬ romagnetycznego umieszczonego wewnatrz jednej z cewek. Przy tym 'Cewki indukcyjne sa polaczone ze soba szeregowo, a poza tym maja uzwojenia pomiarowe podlaczone do wejsc prostowników.Jedna para jednoimiennych zacisków wyjsciowych prostownika jest zwarta, natomiast miedzy jedno- imiennymi zaciskami wyjsciowymi drugiej pary zacisków jest zalaczony potencjometr,' do którego jest podlaczone poprzez przyrzad pomiarowy wzor¬ cowe zródlo napiecia stalego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania ma rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy urzadzenia do pomiaru temperatury dal ferromagnetycznych we¬ dlug wynalazku, fig. 2 — zaleznosc stosunku na¬ magnesowania nasycenia ciala ferromagnetyczne¬ go w dowolnej temperaturze wyrazanej w °K do namagnesowania ciala ferromagnetycznego przy 0°K ,od stosunku temperatury ciala wyrazonej w stopniach Kelvina do temperatury Curie wyra¬ zonej w °K, fig. 3 — zaleznosc wskazania przy¬ rzadu pomiarowego od sredniej w przekroju tern- 89 07789 077 peratuiry ciala ferromagnetycznego, fig. 4 — roz¬ klad \temperatury w iprzekroju poprzecznym waloa wykonanego z materialu ferromagnetycznego.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera dwie cewki indukcyjne 1 i 2 o jednakowych rozmiarach 5 i równej liczbie zwojów, polaazoine szeregowo i do¬ laczone do zródla napiecia przemiennego Ui.Cewki indukcyjne 1 i 2 wykonane sa...z prze¬ wodu o izolacji odznaczajacej sie duza wytrzy¬ maloscia termiczna. Uzwojenia pomiarowe 3 i 4 sa 40 nawiniete odpowiednio na cewkach 1 i 2 indukcyj¬ nych. Uzwojenie pomiarowe 3 przylaczone jest do wejscia prostownika 5, a uzwojenie pomiarowe 4 do wejscia prostownika 6. Prostowniki 5 i 6 sa ukladami mostkowymi zestawionymi 'odpowiednio z diod 7, 8, 9 i 10 oraz 11, 12, 13, i 14. Miedzy stólopradowe zaciski prostowników 5. i 6 sa zala¬ czone odpowiednio rezystory 15 i 16 o jednakowej rezystancji. Zaciski ujemne prostowników 5 i 6 sa ze soba zwarte.. Miedzy zaciski dodatnie prostowni¬ ków 5 i 6 wlaczony jest potencjometr 17. Zacisk dodatni prostownika 5 jesit dolaczony ido ujemnego bieguna wzorcowego zródla 18 napiecia stalego U2.Biegun .dodatni tego zródla 18 poprzez przyrzad 19 pomiarowy jes/t dolaczony do suwaka potencjome- itiru 17. Przyrzad 19 pomiarowy jest woltomierzem magnetoelektiryaznym o duzej rezystancji wejscio¬ wej, wycechowanym w stopniach Celsjusza. dialo 20 ferromagnetyczne, którego temperature sde mierzy, umieszczane jest. wewnatrz cewki 2 in¬ dukcyjnej. Zmienne pole magnetyczne, wytwarzane przez cewki indukcyjne 1 i 2 jest dostateczne dla wprowadzenia tego ciala ferromagnetycznego w stan nasycenia. - Z danych praktycznych wynika, ze do zapewnie¬ nia stanu nasycenia cial ferromagnetycznych maja¬ cych postac stalowych cylindrów o srednicy 10 mm potrzebne sa cewki indukcyjne wytwarzajace sile miagnetomotoryezna od lfl4 do 1,2.104, a dla cial o ^ srednicy 20 mm — cewki wytwarzajace sile ma¬ gnetyczna od 1,8 •- 104 do 2,4 • 104A.Dzialanie urzadzenia do pomiaru temperatury cial ferromagnetycznych przedstawia sie nastepu¬ jaco. 45 W przypadku braku ciala 20 ferromagnetyczne¬ go wewnatrz cewki 2 indukcyjnej, wskutek iden¬ tycznosci cewek indukcyjnych 1 i. 2 zmienne pola magnetyczne cewek indukcyjnych 1 i 2 sa sobie równe. Sily elektromotoryczne wzbudzone zmien- 50 nymi strumieniami magnetycznymi cewek induk¬ cyjnych 1 i 2 w uzwojeniach pomiarowych 3 i 4 takze sa sobie równe. Róznica potencjalów ma za¬ ciskach potencjometru 17 Jest wobec tego równa zeru. Wskazanie przyrzadu pomiarowego 19 odpo- 55 wiada napieciu U2 zródla 18 wzorcowego napiecia stalego.W przypadku wprowadzenia do wnetrza cewki 2 indukcyjnej zimnego ciala 20 ferromagnetyczne¬ go, którego temperatura ma byc mierzona w sta- 60 nie nagrzanym, na zaciskach uzwojenia 4 pomia¬ rowego sila ^ elektromotoryczna wzrasta o wartosc proporcjonalna do iloczynu izamagnesowania ciala ferromagnetyciznego i przekroju tego ciala.Wskazanie przyrzadu 19 pomiarowego bedzie w 65 tym przypadku równe róznicy napiecia U2 zródla 18 wzorcowego i spadku napiecia na potencjome¬ trze 17. Przez przesuwanie isuwaka potencjometru 17 sprowadza sie wskazówke przyrzadu 19 pomia¬ rowego do polozenia zerowego. Przy danym prze¬ kroju nasyconego ciala 20 ferromagnetycznego 20 wskazania przyrzadu 19 pomiarowego zaleza wiec tylko od namagnesowania w stanie nasycenia cia¬ la 20 ferromagnetycznego, które jest jednoznacz¬ nie zwiazane z temperatura a takze to, ze ize wzro- sitem temperatury ciala 20 rosna wskazania przy¬ rzadu pomiarowego 19.Jezeli cialo 20, znajdujace sie wewnatrz cewki 2 indukcyjnej, jest nagrzane ,sila elektromotorycz¬ na na zaciskach uzwojenia 4 pomiarowego ma wartosc mniejsza w porównaniu z przypadkiem, gdy cialo 20 jest w stanie zimnym. Jest to uwa¬ runkowane zaleznoscia namagnesowania w stanie nasycenia od temperatury. Przy tym róznica po¬ tencjalów na zaciskach ipotencjometra 17 jest mniejsza dla przypadku, gdy cialo 20 znajduje sie w stanie zimnym. Nia zaciskach przyrzadu 19 po¬ miarowego pojawi sie wiec napiecie rózne od zera, jednoznacznie zwiazane z temperatura ciala 20 fer¬ romagnetycznego.Przedstawiony opis objasniaja ponizsze wyjasnie¬ nia Poziom namagnesowania w stanie nasycenia cial ferromagnetycznyeh jest jednoznacznie zwiaza¬ ny z ich temperatura nastepujaca zaleznoscia: Ii lo - =tgh Ii lo lub Ti = 0 2 -J3- (1) J-o In ±2— gdzie: Ii — namagnesowanie nasycenia ciala fer¬ romagnetycznego przy temperaturze n;-' ••¦¦¦¦ l- '¦ I0 — namagnesowanie nasycenia ciala fer¬ romagnetycznego przy 0°K; t — temperaitura dala ferromagnetycznego wyrazona w °K; 0 — temperatura Curie ciala ferromagne¬ tycznego wyrazona w °K.Wykres funkcji (1) jest przedstawiony na fig. 2.Na 'osi odcietych sa 'odlozone wartosci stosunku temperatury ciala ferromagnetycznego wyrazanej w °K do temperatury Curie ciala ferromagnetycz¬ nego wyrazonej w °K, na osi rzednych jest odlo¬ zony stosunek namagnesowania nasycenia ciala ferromagnetycznego przy danej temperaturze ti do namagnesowania nasycenia ciala ferromagnetyczne¬ go przy 0°K.W zakresie temperatur od 0°K do 373°K nama¬ gnesowanie zmienia -sie nie wiecej niz o 1%. Daje to podstawe do stwierdzenia, ze: lo = I2, gdzie: I2 —namagnesowanie nasycenia ciala fer¬ romagnetycznego w zakresie tempera¬ tur od 0°K do 373°K.89 077 Indukcja Bi wewnatrz cewki bez ciala fearooma- gnetyczffiego jest równa Bi = n9 * H, gdzie H jest natezeoiem pola magnetycznego we¬ wnatrz cewki indukcyjnej, |i0 — przenikalnoscia magnetyczna powietrza. Calkowity strumien $1 magnetyczny cewki indukcyjnej bez ciala ferroma¬ gnetycznego wynosi #1 =- H„J HdS, Si Si — pole przekroju cewki indukcyjnej. indukcja B2 (Wewnatrz cewki indukfeyjitoej iz da- lem ferromagnetycznym, przy natezeniu potba ma* gnetyczneigo zapewniejacyni nasycenie ciala1 ferro¬ magnetycznego, jest crówna Calkowity stouanien #2 mfaigrieftyeflfty, iwytwaraa- ny przez cewke indukcyjna z utóes^iCzanytn w fidej cdalem ferromagnetycznym, jest rówiijr $2 Ho J HdS + no J IidS, / ei =-^r w / 40 45 + $1 J _ dit -$1 = 4fwM6 J Hds, Si gdzie: w — liczba zwojów cewki pomiarowej, T,f — okres i czestotliwosc sygnalu dopro¬ wadzame&o ze zródla napiecia prze- /miennego; t — czas.Srednia wartosc e2 sily elektromotorycznej, indu- 50 kowanej w uzwojeniu pomiarowym, nawinietym na cewke indukcyjna, wewnatrz której znajduje sie cialo ferromagnetyczne, jest równa e2 = 4fwno J Hd,s + 4fwn0 J IidS Sx S2 Róznica wartosci srednich sil elektromotorycznych jest równa: €2 — ei = 4fw|i0 J IidS S2 Napiecie U miedzy zaciskiem potencjometru przylaczonym do prostownika a suwakiem poten- 65 6 ojometru w przypadku gdy cewka jest pusta, wy¬ nosi gdzie: S2 — przekrój poprzeczny ciala ferroma¬ gnetycznego.Srednia wartosc ei sily elektromotorycznej indu¬ kowanej w uzwojeniu pomiarowym, nawinietym na cewke indukcyjna jest równa: / U = K4fwu0 J IidS, Si" gdzie: K — wspólczynnik, zalezny od polozenia suwaka pfoHencjometru.Jezeli cialo ferromagnetyczne jest równomiernie nagrzane i namagnesowanie Ii nasycenia jest atale w dowolnym punkcie jego przekroju, to (la) Jezeli przy dowolnej wartosci przekroju S2 zim¬ nego ciala ferrfoniagtoetyeanego, rntaonagneaofwtanego do stanu nasycenia, ustawi sie jedna i te sama wartosc U = U2 = eomstj co osiaga sie poprzez usta¬ wienie strzalki przyrzadu pomiarowego na zero przy umic^ECszertiu zimoego wzorca o danym prtee- knoju do jednej z cewek indukcyjnych, to dla do¬ wodnego przekroju ciala ferromagnetycznego mamy i2 U v2 u = ^ = K4fwM^iS2 Il I2 = tgh Ii A Tl e U = U* tgh Tl e (2) Przy zwiekszeniu temperatury iciala feriromiagne- tycznego, U zmniejsza sie zgodnie z zaleznoscia (2), a napiecie, mierzone przyrzadem pomiarowym be¬ dzie sie zmienialo od 0 dfl U2 zgodnie iz wykresem, przedstawionym na fig. 3, na którym iiia osi od¬ cietych jest odlozona temperatura ciala ferroma¬ gnetycznego wyrazona w °C, a na osi rzednych — stosuoeiE napiecia na zaciskach .przyrzadu pomia¬ rowego do napiecia wzorcowego zródla napiecia stalego..Na fig. 4 jest przedstawiono rozklad temperatu¬ ry w przekroju poprzecznym walca iz materialu ferromagnetycznego. Na osi odcietych odlozona jest wartosc promienia przekroju iciala ferrcffnagnettycz- nego, a na osi (rzednych — temperatura tego prze¬ kroju. Elementarna ilosc ciepla dQ zgromadzona w objetosci dv pierscienia 10 grubosci dr przy jed¬ nostkowej dlugosci ciala ferromagnetycznego wy¬ nosi dQ = cvt2(dv = cvt22jrrdr, gdzie: c — pojemnosc cieplna ciala, y — gestosc, T2 — lokalna temperatura w róznych punk¬ tach przekroju przy temperaturze równej 0°C, r — wspólrzedna biezaca promienia prze¬ kroju poprzecznego walca z materialu ferromagnetycznego.Calkowita ilosc idepla Q w jednostkowej objeto¬ sci ciala ferromiagnetyicznego równa jest R Q = 2jhcy J t2rdr, O89 077 gdzie: R — jest promieniem przekroju poprzeczne- gio walca z materialu ferromagnetycz¬ nego.Ilosc ciepla w równomiernie zagrzanym ciele ferromagnetycznymwynosi 5 Q = cyJtR2t3, gdzie: r3 — jest wartoscia temperatury ciala fer- iromiagnetyaznego, jednakowa we wszy io istikioh punktach przekroju ciala fer- oromagneityezinego.Stad: R ^3: 2 R2 J T2rdr O W wyniku lineryzacji funkcji (1) funkcja Ii — I2 (1 — at2), (3) gdzie: a — wspólczynnik katowy funkcji liniowej, wprowadza sie pewny blad syistema¬ tyczny, który jest pomijalny przy 25 praktycznym zastosowaniu urzadzenia wedlug wynalazku.Ze wzoru (la) i wzoru (1) otrzymujemy: U = U2 (1 - at2).Stad otrzymujemy: U = K4fwM2S2- K4fw^S** / T2dS = s2 s2 = K4fw^0I2S2 - K4fiw^°l2S2a / r22^rdr = JtR2 s» 2 f =U2 — U2 a —J T2rdir.R2 S2 Poniewaz: U3 = U2 — U, ia / R2 S, T2Tidr = t3 to: U3 = U2 — U2 + U2 a T3 = U2«t3- Jak widac z przytoczonych wyzej rozwiazan, w przypadku ciala ferromagnetycznego nagrzanego 40 45 50 s nierównomiernie urzadzenie mierzy srednia w przekroju ciala ferromagnetycznego wartosc tem¬ peratury.Wiairunek, aby cewki indukcyjne 112 byly iden¬ tyczne, nie jest warunkiem koniecznym.Koniecznym warunkiem jest tylko zachowanie stosunku: .W3 _ W2 G2 W4 Wi Gi gdzie Wi — liczba zwojów pierwszej cewki induk¬ cyjnej, W2 — liczba zwojów drugiej cewki induk¬ cyjnej, W3 — liczba zwojów cewki pomiarowej, •nawinietej ma pierwszej cewce indukcyjnej, W4 — liczba zwojów cewki pomiarowej, 'nawinietej na drugiej cewce indukcyjnej, Gi — przewodnosc ma¬ gnetyczna pierwszej cewki indukcyjnej, G2 — prze¬ wodnosc magnetyczna drugiej cewki indukcyjnej.Urzadzenie wedlug wynalazku mozna wykorzy¬ stac ido kontroli sredniej temperatury wyrobów walcowanych, PL