RU43961U1

RU43961U1 - CAPACITIVE CHIME CONTROL SENSOR

Info

Publication number: RU43961U1
Application number: RU2004128208/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Серяков; Л.Н. Архипов; Л.П. Захаров; О.А. Степанов; Е.А. Бараблин
Original assignee: Проектно-конструкторский и технологический институт трубопроводной арматуры (ПКТИ "Атомармпроект")
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Емкостный датчик контроля фасок относится к измерительной технике, в частности, к измерению неэлектрических величин электрическими методами, и предназначена для контроля фасок труднодоступных отверстий, например в седлах корпусов трубопроводной арматуры. Датчик содержит диэлектрический корпус, выполненный в виде эталонного усеченного конуса с углом α, на боковой поверхности которого расположены покрытые слоем диэлектрика и образующие эталонную поверхность тангенциальные и радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, электронный коммутатор, электрически соединяющий электроды с измерителем емкости, и фланец базирования. Со стороны меньшего диаметра эталонного усеченного конуса датчик содержит цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой нанесены тангенциальные и расположенные на одном радиусе радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, внешняя поверхность которых, покрытая слоем диэлектрика, задает радиус эталонной центрирующей втулки датчика. Фланец базирования расположен на эталонном усеченном конусе со стороны большего диаметра и содержит на своей нижней горизонтальной поверхности тангенциальные и радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, внешняя поверхность которых, покрытая диэлектрическим изоляционным слоем, образует поверхность базирования датчика. Датчик позволяет давать заключения не только об угловых и линейных размерах фасок, но и о качестве их поверхности.A capacitive chamfer control sensor relates to measuring technique, in particular, to measuring non-electric quantities by electric methods, and is intended for monitoring chamfers of hard-to-reach holes, for example, in saddles of pipe fittings. The sensor contains a dielectric housing made in the form of a reference truncated cone with an angle α, on the lateral surface of which are tangential and radial rows of thin-film metal electrodes coated with a dielectric layer and forming a reference surface, an electronic switch that electrically connects the electrodes to the capacitance meter, and a base flange. From the side of the smaller diameter of the reference truncated cone, the sensor contains a cylindrical sleeve, on the outer surface of which there are tangential and radial rows of thin-film metal electrodes located on the same radius, the outer surface of which, covered with a dielectric layer, defines the radius of the reference centering sleeve of the sensor. The base flange is located on the reference truncated cone on the larger diameter side and contains tangential and radial rows of thin-film metal electrodes on its lower horizontal surface, the outer surface of which is coated with a dielectric insulating layer and forms the base surface of the sensor. The sensor allows you to give conclusions not only about the angular and linear dimensions of the chamfers, but also about the quality of their surface.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к измерению неэлектрических величин электрическими методами, и предназначена для контроля фасок труднодоступных отверстий, например в седлах корпусов трубопроводной арматуры.The utility model relates to measuring technique, in particular, to measuring non-electric quantities by electrical methods, and is intended to control the facets of hard-to-reach holes, for example, in saddles of pipe fittings.

Известен прибор для измерения фасок по а.с. СССР №1223023, G 01 В 3/56, от 02.01.85 г., содержащий базовую поверхность, перемещаемую относительно нее вертикальную штангу с измерительной губкой, и чувствительный элемент с присоединенной рамкой, фиксирующие начало и конец фаски при подъеме губки, и угол фаски.A known device for measuring chamfers by A. with. USSR No. 1223023, G 01 B 3/56, dated 02.01.85, containing a base surface, a vertical rod with a measuring sponge moved relative to it, and a sensing element with an attached frame, fixing the beginning and end of the chamfer when lifting the sponge, and the angle of the chamfer .

К недостаткам данного прибора относится невозможность его использования для контроля малых уплотнительных фасок в глубоко расположенных в корпусах арматуры седлах.The disadvantages of this device include the impossibility of using it to control small sealing chamfers in saddles deep in the valve bodies.

Известен емкостной датчик расстояния до проводящей поверхности по а.с. СССР №1413410 G 01 В 7/08, от 30.07.88 г., содержащий основной и дополнительные измерительные электроды, расстояния между которыми пропорциональны диэлектрической постоянной изолирующих пластин.Known capacitive distance sensor to a conductive surface on.with. USSR No. 1413410 G 01 B 7/08, dated July 30, 88, containing the main and additional measuring electrodes, the distances between which are proportional to the dielectric constant of the insulating plates.

Недостатком данного устройства являются невозможность его использования для контроля поверхностей с изломами, например фасок труднодоступных отверстий.The disadvantage of this device is the inability to use it to control surfaces with kinks, such as chamfers of inaccessible holes.

Наиболее близким к предлагаемому датчику является выбранный в качестве прототипа емкостный датчик (преобразователь) для контроля фасок седел трубопроводной арматуры, описание которого приведено в книге: С.В.Сейнов, В.А.Калашников, Б.П.Железнов. Испытания трубопроводной арматуры. Выпуск 5, М.: Изд-во стандартов, 1989 г. с 142-144, содержащий выполненный в виде усеченного конуса с углом α диэлектрический корпус, на боковой поверхности которого расположены покрытые слоем диэлектрика металлические электроды, образующие радиальные и тангенциальные ряды. При этом коническая боковая поверхность датчика выполнена как эталонная, а его базирование в корпусе арматуры осуществляется с помощью фланца базирования и закрепленной во фланце на скользящей посадке втулки.Closest to the proposed sensor is a capacitive sensor (transducer) selected as a prototype for monitoring the facet of valves of pipe fittings, the description of which is given in the book: S.V. Seinov, V.A. Kalashnikov, B.P. Zheleznov. Tests of pipe fittings. Issue 5, Moscow: Publishing House of Standards, 1989 from 142-144, containing a dielectric body made in the form of a truncated cone with an angle α, on the side surface of which there are metal electrodes coated with a dielectric layer, forming radial and tangential rows. In this case, the conical lateral surface of the sensor is made as a reference, and its basing in the valve body is carried out using the base flange and the sleeve fixed in the flange on the sliding fit.

Недостатками данного датчика являются следующие:The disadvantages of this sensor are the following:

- большое юстировочное расстояние L между эталонной конической поверхностью датчика с измерительными электродами и фланцем базирования, приводящее к большой погрешности Δ установки датчика в контролируемых конических седлах, пропорциональной расстоянию юстировки, (А~L);- a large adjustment distance L between the reference conical surface of the sensor with measuring electrodes and the base flange, leading to a large error Δ of the sensor installation in controlled conical saddles proportional to the alignment distance, (A ~ L);

- центровка конуса датчика с измерительными электродами в седлах осуществляется только с помощью опорной поверхности базирования фланца, и закрепленной в нем на скользящей посадке втулки, что недостаточно при точных измерениях.- centering of the sensor cone with measuring electrodes in the saddles is carried out only with the support surface of the base of the flange and the sleeve fixed in it on the sliding fit, which is not enough for accurate measurements.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и информативности емкостного датчика контроля фасок.The technical task of the proposed utility model is to increase the accuracy and information content of a capacitive bevel control sensor.

Указанная задача решается за счет того, что емкостной датчик контроля фасок, содержащий диэлектрический корпус, выполненный в виде эталонного усеченного конуса с углом α, на боковой поверхности которого расположены покрытые слоем диэлектрика и образующие эталонную поверхность тангенциальные и радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, электронный коммутатор, электрически соединяющий электроды с измерителем емкости, и фланец базирования, причем со стороны меньшего диаметра эталонного усеченного конуса датчик содержит цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой нанесены тангенциальные и расположенные на одном радиусе радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, внешняя поверхность которых, покрытая слоем диэлектрика, задает радиус эталонной центрирующей втулке датчика, а фланец базирования расположен на эталонном усеченном конусе со стороны большего диаметра и содержит на своей нижней горизонтальной поверхности тангенциальные и радиальные ряды тонкопленочных металлических электродов, внешняя поверхность которых покрыта диэлектрическим изоляционным слоем и образует поверхность базирования датчика.This problem is solved due to the fact that the capacitive chamfer control sensor contains a dielectric housing made in the form of a reference truncated cone with an angle α, on the lateral surface of which are tangential and radial rows of thin-film metal electrodes coated with a dielectric layer and forming a reference surface, an electronic switch, electrically connecting the electrodes to the capacitance meter, and a base flange, and from the side of the smaller diameter of the reference truncated cone, the sensor contains a cylindrical sleeve, on the outer surface of which there are tangential and radial rows of thin-film metal electrodes located on the same radius, the outer surface of which, covered with a dielectric layer, defines the radius of the reference centering sleeve of the sensor, and the base flange is located on the reference truncated cone from the larger diameter side and contains of its lower horizontal surface, tangential and radial rows of thin-film metal electrodes, the outer surface of which is covered dielectric insulating layer and forms the base surface of the sensor.

На фиг.1 представлен разрез предлагаемого датчика;Figure 1 presents a section of the proposed sensor;

На фиг.2 показано сечение запорного сильфонного клапана с измеряемой уплотняющей фаской седла и центрирующим проточным каналом;Figure 2 shows a cross section of a locking bellows valve with a measured sealing chamfer of the seat and a centering flow channel;

На фиг.3 показан аксонометрический вид датчика;Figure 3 shows a perspective view of the sensor;

На фиг.4 показан случай совпадения фасок седла и датчика;Figure 4 shows the case of coincidence of the bevels of the saddle and the sensor;

На фиг.5 показан случай, когда фаска седла существенно меньше эталонной;Figure 5 shows the case when the facet of the saddle is significantly less than the reference;

На фиг.6 показан случай, когда внешний диаметр и угол α фаски седла больше эталонного;Figure 6 shows the case when the outer diameter and the angle α of the chamfer of the seat is larger than the reference;

На фиг.7 показан случай, когда внешний диаметр фаски близок к эталонному, а угол α фаски седла меньше эталонного;Figure 7 shows the case when the outer diameter of the chamfer is close to the reference, and the angle α of the chamfer is less than the reference;

На фиг.8 показан случай, когда внешний диаметр фаски седла больше эталонного, а угол α близок к эталонному.On Fig shows the case when the outer diameter of the bevel of the seat is larger than the reference, and the angle α is close to the reference.

Емкостный датчик состоит из выполненного из диэлектрического материала корпуса 1, содержащего эталонную с углом α коническую поверхность 2, центрирующую цилиндрическую поверхность втулки 3 и базирующую плоскую поверхность 4, образованные покрытыми тонким диэлектрическим изоляционным слоем радиальными и тангенциальными рядами металлических (клеточных) электродов 5, 6, 7, например из серебра или алюминия. Эти радиальные и тангенциальные ряды тонкопленочных металлических (клеточных) электродов 5, 6, 7 нанесены с помощью вакуумного напыления через шаблон на исходные шлифованные и метрологически аттестованные коническую, цилиндрическую и плоскую поверхности датчика.The capacitive sensor consists of a housing 1 made of dielectric material, containing a tapered surface 2, standard with an angle α, centering the cylindrical surface of the sleeve 3 and basing the flat surface 4, formed by radial and tangential rows of metal (cell) electrodes 5, 6, coated with a thin dielectric insulating layer 7, for example of silver or aluminum. These radial and tangential rows of thin-film metal (cell) electrodes 5, 6, 7 are applied by vacuum deposition through a template onto the initial polished and metrologically certified conical, cylindrical and flat surfaces of the sensor.

Во внутренней части выполненной из диэлектрического материала втулки 3, соосно оси датчика размещен пленочный электрод 8, напыленный в вакууме на цилиндрический, выполненный из того же диэлектрического материала что и втулка 3 стержень 9, на тугой посадке вставленный в глухой осевой канал датчика сверху.In the inner part of the sleeve 3 made of dielectric material, coaxially with the axis of the sensor, a film electrode 8 is placed, vacuum deposited on a cylindrical rod 9 made of the same dielectric material as sleeve 3, inserted into the blind axial channel of the sensor from above from a tight fit.

Под конической поверхностью 2 датчика (клеточные) электроды 5 нанесены в виде тангенциальных и радиальных рядов, под вертикальной центрирующей поверхностью втулки 3 (клеточные) электроды 6 нанесены в виде тангенциальных и находящихся на одном радиусе радиальных рядов, под горизонтальной опорной поверхностью базирования 4 (клеточные) электроды 7 нанесены в виде радиальных и тангенциальных рядов, внутренние и внешние боковые стороны которых выполнены параллельно радиусу окружности, лежащей в плоскости базирования с центром на продольной оси датчика. Внешняя цилиндрическая поверхность центрирующей втулки 3 образует вторую эталонную поверхность датчика. Максимальная толщина диэлектрического износостойкого покрытия, выполненного, например, из нитрида бора или плавленного кварца, на всех измерительных электродах датчика не превышает 0.3-0.5 мкм.Under the conical surface 2 of the sensor (cell) electrodes 5 are applied in the form of tangential and radial rows, under the vertical centering surface of the sleeve 3 (cell) electrodes 6 are applied in the form of tangential and radial rows located on the same radius, under the horizontal supporting surface 4 (cell) electrodes 7 are applied in the form of radial and tangential rows, the inner and outer sides of which are parallel to the radius of a circle lying in the basal plane centered on the longitudinal axis and a sensor. The outer cylindrical surface of the centering sleeve 3 forms a second reference surface of the sensor. The maximum thickness of a dielectric wear-resistant coating made, for example, of boron nitride or fused silica, on all measuring electrodes of the sensor does not exceed 0.3-0.5 microns.

Закрывание трубопроводной арматуры, в частности запорных сильфонных клапанов, производится путем соприкосновения уплотнительной поверхности золотника 10, фиг.2, с глубоко расположенной в корпусе 11 трубопроводной арматуры уплотняющей фаской седла 12, обрамляющей проточный канал 13. При этом центрирование золотника осуществляется, например, с помощью перьев 14, перемещающихся в проточном канале 13 арматуры на скользящей посадке. От совершенства геометрической формы, соосности образующей поверхности перьев и проточного канала, уплотняющих поверхностей фасок золотника и седла, пористости, величины шероховатости и качества этих наплавленных уплотняющих поверхностей во многом зависит работа арматуры. При использовании запорной сильфонной Closing the pipe fittings, in particular the locking bellows valves, is done by contacting the sealing surface of the spool 10, figure 2, with a sealing chamfer 12 of the seat 12, framing the flow channel 13, deeply located in the body of the pipe fittings 11. In this case, the spool is centered, for example, using feathers 14, moving in the flow channel 13 of the reinforcement on a sliding fit. From the perfection of the geometric shape, the alignment of the forming surface of the feathers and the flow channel, the sealing surfaces of the chamfers of the spool and saddle, the porosity, the roughness and the quality of these deposited sealing surfaces, the operation of the reinforcement largely depends. When using a locking bellows

арматуры небольших проходов, например DN 10-30 мм, величина фаски наплавленного седла не превышает 0.5-1 мм.reinforcement of small passages, for example DN 10-30 mm, the value of the bevel of the deposited saddle does not exceed 0.5-1 mm.

Длина цилиндрической втулки 3, предназначенной для центрирования датчика в цилиндрическом проточном канале 13 запорного клапана, должна быть порядка длины вертикальной цилиндрической части проточного канала клапана и не менее диаметра канала.The length of the cylindrical sleeve 3, intended to center the sensor in the cylindrical flow channel 13 of the shut-off valve, must be of the order of the length of the vertical cylindrical part of the flow channel of the valve and not less than the diameter of the channel.

К каждому измерительному (клеточному) электроду конической, цилиндрической и плоской поверхностей датчика, включая внутренний пленочный электрод 8, подведен сигнальный одножильный провод в лаковой изоляции, надежный электрический контакт которого с электродом обеспечен при напылении последнего.For each measuring (cellular) electrode of the conical, cylindrical and flat surfaces of the sensor, including the inner film electrode 8, a signal single-core wire in varnish insulation is connected, a reliable electrical contact of which is provided with the electrode during deposition of the latter.

На выходе из датчика провода собраны в экранированные жгуты 15, подсоединенные к электронному коммутатору (не показан), который, в свою очередь, программно-управляемым способом подключает каждый (клеточный) электрод порознь, отдельные ряды или электрически объединив их в коническую, цилиндрическую или плоскую группу (обкладку конденсатора) к цифровому измерительному мосту (не показан).At the output of the sensor, the wires are assembled in shielded bundles 15 connected to an electronic switch (not shown), which, in turn, connects each (cell) electrode separately, in separate rows, or electrically combining them in a conical, cylindrical, or flat one, in a software-controlled manner. group (capacitor plate) to a digital measuring bridge (not shown).

Все (клеточные) электроды датчика порознь, объединенные в тангенциальные или радиальные ряды, в коническую, цилиндрическую или плоскую группы целиком являются одной из обкладок измерительного конденсатора, другой обкладкой которого является корпус арматуры. Таким образом, датчик в корпусе арматуры представляет собой конический С₅, цилиндрический С₆ и плоский С₇ конденсаторы, суммарные емкости которых состоят из емкостей радиальных и тангенциальных рядов или емкостей отдельных (клеточных) электродов.All (cell) sensor electrodes separately, combined in tangential or radial rows, in conical, cylindrical or flat groups, are entirely one of the plates of the measuring capacitor, the other of which is the valve body. Thus, the sensor in the valve body is a conical C ₅ , cylindrical C ₆ and flat C ₇ capacitors, the total capacities of which consist of capacities of radial and tangential rows or capacitances of individual (cellular) electrodes.

После изготовления датчик прокалиброван на эталонном отверстии корпуса арматуры, выполненном из стали 12Х18Н10Т, определены суммарные эталонные емкости конического конденсатора C₅ ^Σ, цилиндрического конденсатора С₆ ^Σ, и плоского конденсатора С₇ ^Σ емкостного датчика, а также емкости каждого радиального и тангенциального ряда всех трех конденсаторов (обкладок) и каждого (клеточного) электрода в отдельности.After manufacturing, the sensor is calibrated on a reference hole of the valve body made of 12X18H10T steel, the total reference capacities of a conical capacitor C ₅ ^Σ , a cylindrical capacitor C ₆ ^Σ , and a flat capacitor C ₇ ^{Σ of a} capacitive sensor, as well as the capacitance of each of the three radial and tangential rows, are determined capacitors (plates) and each (cell) electrode separately.

Все измерительные (клеточные) электроды, составляющие радиальные и тангенциальные ряды электродов внутри каждого из конденсаторов (обкладок) емкостного датчика одинаковы в пределах погрешности изготовления.All measuring (cell) electrodes that make up the radial and tangential rows of electrodes inside each of the capacitors (plates) of the capacitive sensor are the same within the manufacturing error.

Количество рядов (клеточных) электродов в радиальном и тангенциальном направлениях на конической, цилиндрической и горизонтальной поверхностях датчика определяется в зависимости от размеров контролируемой фаски, качества наплавленного металла и особенностей напыления и сборки датчика, и варьируется от 1 до 25.The number of rows of (cell) electrodes in the radial and tangential directions on the conical, cylindrical and horizontal surfaces of the sensor is determined depending on the size of the controlled chamfer, the quality of the deposited metal and the characteristics of the deposition and assembly of the sensor, and varies from 1 to 25.

Датчик работает следующим образом. Центрирующая цилиндрическая втулка 3 датчика вставляется в обрамленный седлом 12 проточный канал 13 клапана, поворачивается несколько раз по и против часовой стрелки, и реализуется одна из возможностей, показанная на фиг.4 - фиг.8.The sensor operates as follows. The centering cylindrical sleeve 3 of the sensor is inserted into the flow channel 13 of the valve framed by the seat 12, rotated several times clockwise and counterclockwise, and one of the possibilities shown in Fig. 4 - Fig. 8 is realized.

При совпадении эталонной конической поверхности 2 датчика с контролируемой уплотняющей поверхностью фаски седла, как это изображено на фиг.4, максимальный измеряемый сигнал конического конденсатора будет близок к суммарной эталонной емкости конического конденсатора С₅~С₅ ^Σ. Если при этом суммарные емкости цилиндрического и плоского конденсаторов также близки к эталонным значениям С₆~С₆ ^Σ и С₇~С₇ ^Σ, то это означает, что линейные и угловые размеры уплотняющей фаски седла, цилиндрического канала и плоской поверхности проточной камеры клапана совпадают с эталонными линейными и угловыми размерами датчика, а кроме того, что качество наплавленного металла конической уплотняющей поверхности фаски седла в арматуре, цилиндрической поверхности проточного канала и плоской поверхности проточной камеры соответствует нормативам, а количество поверхностных пор и раковин не превышает допустимые.If the reference conical surface 2 of the sensor coincides with the controlled sealing surface of the chamfer of the saddle, as shown in Fig. 4, the maximum measured signal of the conical capacitor will be close to the total reference capacitance of the conical capacitor C ₅ ~ C ₅ ^Σ . If the total capacities of the cylindrical and flat capacitors are also close to the reference values of C ₆ ~ C ₆ ^Σ and C ₇ ~ C ₇ ^Σ , then this means that the linear and angular dimensions of the sealing facet of the seat, cylindrical channel and the flat surface of the valve flow chamber coincide with standard linear and angular dimensions of the sensor, and in addition, the quality of the deposited metal of the conical sealing surface of the bevel of the seat in the valve, the cylindrical surface of the flow channel and the flat surface of the flow chamber t standards, and the number of surface pores and shells does not exceed the permissible.

При возникновении случая, изображенного на фиг.5, когда уплотняющая фаска седла существенно меньше эталонной, суммарная емкость конического конденсатора C₅ будет существенно меньше эталонной, цилиндрического С₆ - близкой к эталонной, плоского конденсатора C₇ - существенно меньше эталонной по формуле (1):In the case of the case shown in Fig. 5, when the sealing facet of the saddle is significantly less than the reference, the total capacity of the conical capacitor C ₅ will be significantly less than the reference, cylindrical C ₆ - close to the reference, flat capacitor C ₇ - significantly less than the reference according to the formula (1) :

По разности эталонных и измеренных емкостей конического С₅ ^Σ-C₅ и плоского С₇ ^Σ-С₇ конденсаторов можно судить о величине поднятия датчика над плоскостью канала в арматуре.By the difference between the reference and measured capacities of the conical C ₅ ^Σ -C ₅ and flat C ₇ ^Σ- C ₇ capacitors, one can judge the magnitude of the sensor raising above the channel plane in the valve.

При возникновении случая, изображенного на фиг.6, когда внешний диаметр и угол α уплотняющей фаски седла больше эталонного, суммарная емкость конического конденсатора C₅ будет существенно меньше эталонной, цилиндрического С₆ - близка к эталонной, плоского конденсатора С₇ меньше эталонной на величину емкости нескольких внутренних радиальных рядов по формуле (2):In the case of the case shown in Fig.6, when the outer diameter and angle α of the sealing facet of the saddle are larger than the reference, the total capacity of the conical capacitor C ₅ will be significantly less than the reference, cylindrical C _{6 will} be close to the reference, flat capacitor C ₇ less than the reference by the amount of capacity several internal radial rows according to the formula (2):

По разности эталонных и измеренных емкостей конического C₅ ^Σ-С₅ и плоского С₇ ^Σ-C₇ конденсаторов можно судить о внешнем диаметре и угле а уплотняющей фаски седла.By the difference between the reference and measured capacities of the conical C ₅ ^Σ -C ₅ and flat C ₇ ^Σ -C ₇ capacitors, one can judge the outer diameter and angle and the sealing facet of the saddle.

При возникновении случая, изображенного на фиг.7, когда внешний диаметр уплотняющей фаски седла близок к эталонному, а угол α фаски меньше эталонного значения, суммарная емкость конического конденсатора C₅ будет меньше эталонной, цилиндрического С₆ - меньше эталонной на величину емкости нескольких верхних радиальных рядов, плоского конденсатора С₇ близка к эталонной по формуле (3):In the case of the case depicted in Fig. 7, when the outer diameter of the sealing facet of the saddle is close to the reference, and the angle α of the bevel is less than the reference value, the total capacitance of the conical capacitor C ₅ will be less than the standard, cylindrical C ₆ - less than the standard by the value of the capacity of several upper radial series, flat capacitor C ₇ is close to the reference by the formula (3):

По разности эталонных и измеренных емкостей конического C₅ ^Σ-C₅ и цилиндрического С₆ ^Σ-С₆ конденсаторов можно судить об угле α уплотняющей фаски седла.From the difference between the reference and measured capacities of the conical C ₅ ^Σ -C ₅ and cylindrical C ₆ ^Σ- C ₆ capacitors, one can judge the angle α of the sealing facet of the saddle.

При возникновения случая, изображенного на фиг.8, когда внешний диаметр уплотняющей фаски седла существенно больше эталонного, а угол α близок к эталонному значению, суммарная емкость конического конденсатора C₅ будет существенно меньше эталонной, цилиндрического С₆ меньше эталонной на величину емкости нескольких верхних радиальных рядов, плоского конденсатора С₇ меньше эталонной на величину емкости нескольких внутренних радиальных рядов по формуле (4):In the case of Fig. 8, when the outer diameter of the sealing facet of the seat is significantly larger than the reference, and the angle α is close to the reference value, the total capacitance of the conical capacitor C ₅ will be significantly less than the reference, cylindrical C ₆ less than the reference by the value of the capacity of several upper radial rows, a flat capacitor C _{7 is} less than the reference by the value of the capacitance of several internal radial rows according to the formula (4):

По разности эталонных и измеренных емкостей цилиндрического С₆ ^Σ-С₆ и плоского С₇ ^Σ-С₇ конденсаторов можно судить о внешнем диаметре и угле α уплотняющей фаски седла.From the difference between the reference and measured capacities of the cylindrical C ₆ ^Σ- C ₆ and flat C ₇ ^Σ- C ₇ capacitors, one can judge the outer diameter and angle α of the sealing facet of the saddle.

Контроль качества наплавленного металла конической уплотняющей поверхности фаски седла клапана, цилиндрической поверхности проточного канала и плоской поверхности проточной камеры клапана осуществляется как измерениями полной емкости обкладок С₅, С₆, С₇ датчика, так и отдельных радиальных и тангенциальных рядов, а также отдельных (клеточных) электродов, хотя относительная погрешность измерения емкости последних является наибольшей.Quality control of the deposited metal of the conical sealing surface of the chamfer of the valve seat, the cylindrical surface of the flow channel and the flat surface of the flow chamber of the valve is carried out both by measuring the full capacity of the plates C ₅ , C ₆ , C _{7 of the} sensor, as well as individual radial and tangential rows, as well as individual (cell ) electrodes, although the relative error in measuring the capacitance of the latter is greatest.

В случае выполнения диаметра проточного канала 13 клапана большим, чем диаметр центрирующей втулки 3 датчика, цилиндрический конденсатор С₆ и составляющие его емкости радиальных и тангенциальных рядов покажут меньшее значение емкости как всей обкладки С₆, так и рядов электродов. Кроме того, произойдет уменьшение электроемкости конического конденсатора С₅. По разности измеренных и эталонных значений конического и цилиндрического конденсаторов можно судить о величине превышения диаметра проточного канала над диаметром центрирующей втулки датчика.If the diameter of the flow channel of the valve 13 is larger than the diameter of the centering sleeve 3 of the sensor, the cylindrical capacitor C ₆ and the capacitances of its radial and tangential rows will show a lower value of the capacitance of the entire plate C ₆ and of the rows of electrodes. In addition, there will be a decrease in the electric capacity of the conical capacitor C ₅ . By the difference between the measured and reference values of the conical and cylindrical capacitors, one can judge the excess of the diameter of the flow channel over the diameter of the centering sleeve of the sensor.

В случае несоосности проточного канала 13 и контролируемой уплотняющей фаски седла 12 клапана, величина эксцентриситета цилиндрической втулки 3 датчика и проточного канала 13 полностью контролируется тангенциальными рядами цилиндрического конденсатора С₆.In case of misalignment of the flow channel 13 and the controlled sealing facet of the valve seat 12, the eccentricity of the cylindrical sleeve 3 of the sensor and the flow channel 13 is fully controlled by the tangential rows of the cylindrical capacitor C ₆ .

При этом емкость горизонтального конденсатора (обкладки) С₇ датчика благодаря выполнению внутренних и внешних боковых поверхностей электродов из этой обкладки параллельными радиусу окружности, лежащей в плоскости базирования с центром на оси датчика, практически не зависит от эксцентриситета горизонтальных электродов.Moreover, the capacitance of the horizontal capacitor (plate) C _{7 of the} sensor due to the implementation of the inner and outer side surfaces of the electrodes from this plate parallel to the radius of a circle lying in the basal plane centered on the axis of the sensor, is practically independent of the eccentricity of the horizontal electrodes.

Таким образом, выполнение базирующей горизонтальной поверхности 4 датчика, фиг.1, непосредственно продолжающей основную эталонную коническую поверхность 3 со стороны большего диаметра приводит к тому, что длина юстировки L в заявляемом датчике становится минимально возможной. Эта длина L равна толщине внешнего изоляционного покрытия на горизонтальных электродах датчика δ_ПОКР и проекции на вертикальную ось ширины крайнего изоляционного зазора δ_ЗАЗОР между ближайшими тангенциальными рядами электродов конической и горизонтальной поверхностей датчикаThus, the implementation of the base horizontal surface 4 of the sensor, FIG. 1, directly extending the main reference conical surface 3 from the larger diameter side, leads to the fact that the alignment length L in the inventive sensor becomes the minimum possible. This length L is equal to the thickness of the external insulating coating on the horizontal electrodes of the sensor δ _POKR and the projection onto the vertical axis of the width of the extreme insulation gap δ _GAP between the nearest tangential rows of electrodes of the conical and horizontal surfaces of the sensor

и учитывается при калибровке емкостного датчика. Поэтому погрешность установки датчика в седле корпуса арматуры также близка к минимально возможной, что в свою очередь ведет к повышению точности измерений емкости датчика, и, как следствие, к повышению точности контроля конической уплотняющей фаски седла арматуры.and taken into account when calibrating the capacitive sensor. Therefore, the error in the installation of the sensor in the seat of the valve body is also close to the minimum possible, which in turn leads to an increase in the accuracy of measurement of the sensor’s capacity, and, as a result, to an increase in the accuracy of control of the conical sealing facet of the valve seat.

Центрирование датчика в проточном канале корпуса арматуры с помощью второй эталонной поверхности цилиндрической втулки датчика, на метрологическом уровне соосной основной конической эталонной поверхности датчика, также позволяет повысить точность установки датчика в седле корпуса арматуры. Что в свою очередь также ведет к Centering the sensor in the flow channel of the valve body using the second reference surface of the cylindrical sleeve of the sensor, at the metrological level coaxial with the main conical reference surface of the sensor, also improves the accuracy of the sensor in the seat of the valve body. Which in turn also leads to

повышению точности измерений емкости датчика, и, как следствие, к повышению точности контроля конической уплотняющей фаски седла.improving the accuracy of measuring the capacitance of the sensor, and, as a result, to improving the accuracy of control of the conical sealing facet of the saddle.

Введение цилиндрической втулки с тангенциальными и радиальными рядами электродов, которые нанесены и на нижнюю горизонтальную поверхность фланца базирования позволяет не только контролировать непосредственно уплотняющую фаску седла арматуры, но и более точно судить о ее линейных и угловых размерах, см. формулы (1)-(4), что ведет к повышению точности контроля конической уплотняющей фаски седла арматуры.The introduction of a cylindrical sleeve with tangential and radial rows of electrodes, which are also deposited on the lower horizontal surface of the base flange, allows not only to directly control the sealing facet of the valve seat, but also to more accurately judge its linear and angular dimensions, see formulas (1) - (4 ), which leads to an increase in the accuracy of control of the conical sealing facet of the valve seat.

Кроме того, сравнивая емкости отдельных электродов, тангенциальных и радиальных рядов электродов в цилиндрической втулке и горизонтальной базирующей плоскости датчика, можно судить о качестве наплавленного металла, количестве поверхностных пор и раковин, шероховатости и волнистости поверхностей, примыкающих к уплотняющей фаске, что ведет к повышению информативности контроля конической уплотняющей фаски седла арматуры.In addition, comparing the capacities of individual electrodes, tangential and radial rows of electrodes in a cylindrical sleeve and the horizontal basing plane of the sensor, one can judge the quality of the deposited metal, the number of surface pores and shells, the roughness and waviness of the surfaces adjacent to the sealing facet, which leads to an increase in information content control of the conical sealing facet of a saddle of fittings.

При подключении к коническому конденсатору датчика С₅ нескольких (одного-трех) верхних тангенциальных рядов электродов цилиндрического конденсатора С₆ ¹, С₆ ², С₆ ³ и внутренних тангенциальных рядов горизонтального базирующего конденсатора С₇ ¹, С₇ ², С₇ ³ и их совместном измерении с последующим вычитанием емкости всех дополнительных тангенциальных рядов С₆ ¹, С₆ ², С₆ ³ и С₇ ¹, С₇ ², С₇ ³ оказывается возможным скомпенсировать краевые эффекты конической обкладки. Что также ведет к повышению точности контроля конической уплотняющей фаски седла арматуры.When connecting to a conical capacitor of sensor C ₅ several (one to three) upper tangential rows of electrodes of a cylindrical capacitor C ₆ ¹ , C ₆ ² , C ₆ ³ and internal tangential rows of a horizontal base capacitor C ₇ ¹ , C ₇ ² , C ₇ ³ and their joint measurement with subsequent subtraction of the capacitance of all additional tangential series C ₆ ¹ , C ₆ ² , C ₆ ³ and C ₇ ¹ , C ₇ ² , C ₇ ³ it is possible to compensate for the edge effects of the conical lining. Which also leads to increased control accuracy of the conical sealing facet of the valve seat.

Учет влияния температуры на все измеряемые показания емкости электродов, рядов и обкладок датчика производится с помощью введения поправок. При этом собственно температура датчика определяется из измерений взаимной емкости внутреннего пленочного электрода 8 и цилиндрической обкладки 6. При изготовлении в процессе калибровки определяется температурная зависимость взаимной емкости внутреннего пленочного электрода 8 и цилиндрической обкладки 6 C₈ ⁶(t°C) датчика при размещении последнего в эталонном корпусе клапана.The influence of temperature on all measured readings of the capacitance of the electrodes, rows and plates of the sensor is taken into account by introducing amendments. In this case, the actual temperature of the sensor is determined from measurements of the mutual capacitance of the inner film electrode 8 and the cylindrical plate 6. During manufacture, during the calibration process, the temperature dependence of the mutual capacitance of the internal film electrode 8 and the cylindrical plate 6 C ₈ ⁶ (t ° C) of the sensor is placed valve body

Для повышения чувствительности контролирующий датчик может быть выполнен в дифференциальном варианте: измерительные электроды двух идентичных датчиков включаются в противоположные плечи мостовой схемы. Один датчик помещают в эталонное отверстие с эталонной фаской в корпусе арматуры, другой - в контролируемое.To increase the sensitivity, the monitoring sensor can be performed in a differential version: the measuring electrodes of two identical sensors are connected to the opposite shoulders of the bridge circuit. One sensor is placed in a reference hole with a reference chamfer in the valve body, and the other in a controlled one.

Таким образом, применение емкостного датчика позволяет решить поставленную задачу, а именно повысить точность и информативность контроля конических фасок, например уплотняющих поверхностей седел трубопроводной арматуры.Thus, the use of a capacitive sensor allows us to solve the problem, namely, to increase the accuracy and information content of the control of conical chamfers, for example, sealing surfaces of saddles of pipe fittings.

Claims

A capacitive chamfer control sensor containing a dielectric housing made in the form of a reference truncated cone with an angle α, on the lateral surface of which are tangential and radial rows of thin-film metal electrodes coated with a dielectric layer and forming a reference surface, an electronic switch that electrically connects the electrodes to the capacitance meter, and base flange, characterized in that on the side of the smaller diameter of the reference truncated cone, the sensor comprises a cylindrical sleeve, on The outer surface of which has tangential and radial rows of thin-film metal electrodes located on the same radius, the outer surface of which, covered with a dielectric layer, defines the radius of the reference centering sleeve of the sensor, and the base flange is located on the reference truncated cone from the side of the larger diameter and contains on its lower horizontal surface tangential and radial rows of thin-film metal electrodes, the outer surface of which is coated with dielectric insulation m and forms a surface layer based sensor.