SU1068190A1 - Электромагнитный датчик дл контрол металлических изделий - Google Patents

Abstract

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий корпус, разомкнутый магнитопровод с расположенными на нем встречно соединенными возбуждающей и компенсационной обмотками, подсоединенными к входу усилител , измерительную обмотку, отличающийс  т ем, что, с целью повышени  чувствительности и надежности в работе датчика, измерительна  обмотка расположена между полюсами магнитопровода, причем ее ось ориентирована параллельно оси основани  магнитопровода, боковые стенки корпуса выполнены двухслойными, при этом внутренний слой выполнен из немаг.нитного металла с высокой электропроводностью , а внешний - из ферро .магнитного материала.

Description

ЭР

:о: О

Фе/г1

2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что измерительна  обмотка установлена с воз1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь:soisaHo при автоматизации . технолоIjritiCKiix процессов в- черной метал:1 рг11и дл  контрол  положени  сталь: : изделий, например проката труб, мгхаиизмов и т.п.

Известен электромагнитный датчик примен емый дл  контрол  положени  стальных изделий, содержащий корпус возбуждающую и сигнальную обмотки с дифференциальной схемой включени , генератор, усилитель переменного напр жени , выходной усилитель, фазочувствительный выпр митель, резистор , фазос;двигающую цепь. Возбуждающа  обмотка через резистор соедин на с выходом генератора, сигнална  обмотка соединена с входом уси.г1ител  переменного напр жени , выгсод которого соединен с рабочим входом фазсзчувствиТельного выпр мите ,)1 , вход опорного напр жени  которого через фазосдвигающую деПь соеi , с выходом генератора, а выход с пходом выходного усилител  Cl.

Известен также датчик, имеющий ,Н(Оралевое основание, служащее дл  hi-пилени  датчика на оборудовании, л в качестве корпуса датчика исполь;; , отс  внешние слои твердеющего наполнител  либо специальный кожух -из пластмассы (т.е. отсутствует металлический корпус. Датчик имеет рабочий зазор 60 мм при габаритах 180x132x90 С21,

Посколысу обмотки возбуждающа  и сигнальна  измерительна ) представл ют собой воздушный трансформа ;-о) : .);iбужденное поле в пространСл1 .е датчика симметрично и слабо Jif ::ч,;,:|; :г:;:гнано , следствием чего  вл ете; пе.доитаточна  точность. срабатыг .чши  (особенно при перемещени х индицируемых изделий вдоль датчика, например, при посто нном зазоре), г . Г. имеет место больша  величина дифференциала, определ ема  как ра ность координат срабатывани  и Огпускани  датчика при по влении и исчезновении (издели  в зоне его чувстлительности б ,

Кроме того, при установке чувствительного элемента датчика приходитс  ставить его на определенном удалении от внешних окружающих металлических масс оборудовани ), чт

можностью вращени  ее в плоскости, перпендикул рной к ос м полюсов магнитопровода .

Далеко не всегда возможно, в Частности , в металлургии.

Необходимость установки Датчика на близком рассто нии от оборудовани  приводит либо к загрублению 5 датчика Сг.е. уменьшению чувствительности и, соответственно, рабочего зазора), либо к невзаимозамен емости датчиков без специальной подгонки их чувствительности на мес

0 те- .

Наиболее близким по технической .сущности к изобретению  вл етс  датчик индуктивный, содержаищй разомк5 нутый Н-образный магнитопровод, расположенный над металлическим корпусом,датчика, на среднем стержне которого намотана обмотка возбуждени  , на концах одной стороны

-, размещены измерительные, а на других - компенсационные обмотки, а также корректирующие обмотки, нагруженные на отдельный резистор и служащие дл  устранени  исходного сдвига фаз между напр жени ми измери тельных и крмпен.сационных обмоток, который вызываетс  вли нием вихревых токов в детал х корпуса чувствительного элемента. Измерительные и компенсационные обмотки включены встречг

0 но, разность напр жений, снимаемых с них, подаетс  на усилитель датчика содержащий резисторный делитель напр жени , включенный параллельно компенсационной обмотке, и управ5 л ющий вход ключа, подсоединенный между выводами компенсационной и измерительной обмоток. При отсутствии металла в зоне чувствительности дат-. чика коммутатор в течение одного

п полупериода открыт, а в течение второго - закрыт и среднее напр жение на конденсаторе равно нулю При по влении металла в рабочей зоне датчика в ис содном напр жении присутствует составл юща  первой гармоники,

причем среднее значение за половину периода изменени  питающего напр жени  отрицательно, поэтому и на конденсаторе напр жение становитс  отрицательным, в результате чего

О по вл етс  выходной сигнал датчиi a . Металлический корпус служит лишь подставкой, обеспечивающей жест.кость конструкции датчика и возможность его креплени  при установке . Однако вследствие того, что чувствительный элемент, залитый в эпок сидный компаунд, находитс  в пространстве над основанием, датчик нужно удал ть от металлических предметов рамы оборудовани  и т.п. на рассто ние не менее 200 мм. Рассто ние- между роликами рольгангов п при его применении дл  индикации стальных ферромагнитных труб свыше 2000 мм. Кроме того, датчик имеет ограниченную помехоустойчивость, что в р де случаев  вно недостаточно , так как нередко возникает необходимость его установки р дом с эле тромагнитами стрелок на конвейерных лини х или двигател ми рольгангов с индивидуальным приводом,где уровень помех много больше нормируемы Цель изобретени  - повышение чув ствительности и надежности в работе датчика. Указанна  цель достигаетс  тем, что в электромагнитом- датчике дл  контрол  металлических изделий, содержащем корпус, разомкнутый маг- нитопровод с расположенными на нем встречно соединенными возбуждающей и компенсационной обмотками, подсоединенны ии к входу усилител , измерительную обмотку, последн   ра положена между полюсами магнитопровода , причем ее ось ориентирована параллельно оси основани  магнитопровода , боковые стенки корпуса выполнены двухслойными, при этом внутренний слой выполнен из немагнитного металла с высокой электропроводностью , а внешний - из ферромагнитного материала. Кроме того, измерительна  обмотка установлена с возможностью вращени  ее в плоскости, перпендикул рной к ос м полюсов магнито провода. На фиг. 1 изображена схема электромагнитного датчика дл  контрол  металлических изделий; на фиг. 2 датчик, вид сверху. Датчик содержит разомкнутый П-об разный (ферритовый магнитопровод 1 на котором расположены возбуждающай 2 и компенсационна  3 обмотки. Измерительна  обмотка 4 расположеjHa в пространстве между полюсами та ким образом, что ее ось параллельна ос нованию магнитопровода. Возбуждающа  обмотка 2 подключена к выходу генератора 5 синусоидального напр жени , выходы встречно включенных компенсационной 3 и измерительной 4 обмоток, подключены к входу усилител  б. Магнитопровод 1 с обмотками 2расположен в металлическом двухслой ном корпусе, внутренний слой 7 кото рого выполнен из немагнитного материала с высокой электропроводность например, медь, алюминий, а наружный слой 8 из ферромагнитного материала (сталь, железо). Генератор 5 синусоидалйного напр жени   вл етс  источником переменного напр жени  с частотой 510 кГц, что позвол ет индицировать издели  (тела } из любых марок стали вследствие возникновени  в их материале вихревых токов. .Датчик работает следующим образом. Протекающий через возбуждающую обмотку ток Dj, , величина которого зависит от амплитуды синусоидального напр жени  генератора и полного сопротивлени  обмотки 2, возбуждает в магнитопроводе 1 и межполюсном пространстве переменное магнитное поле частоты W , определ емой частотой напр жени  генератора 5. Часть межполюсного магнитного потока пронизывает измерительную обмотк у 4 и наводит в ней напр жение Ёао I определ емое сечением и количеством витков обмотки Обмотка 4 включена последовательновстречно с компенсационной обмоткой 3f количество витков которой выбрано таким образом, что наводимое в ней напр жение близко к напр жению . EUO разность напр жений межлу ними, називаема  напр жением небаланса t была как можно менььче (близка к нулю), При отсутствии индицируемого тела . uS Ецо-Ь-ко О, Это напр женке,- подаваемое на входусилител  б, недостаточно дл  того, чтобы сформировать стандартный сигнал, в результате чего после .дний на выходе датчика отсутствует ., что свидетельствует об отсутствии в рабочей зоне датчика индицируемого издели  9, При по влении издели  над датчиком геометри  магнитного пол  в межполюсном пространстве за счет взаимодействи  пол  с изделием измен етс , в частности уменьшаетс  |Магнитный поток и напр жение С ц в измерительной обмотке 4 датчи ка.(ец , в результате на входе усилител  6 дополнительно по вл етс  напр жение t сигнала, определ емого размерами, формой, маркой материала издели  9 и рассто нием (зазо- . POMS 2 между изделием 9 и датчиком . Таким образомр на вход усилител  6 поступает cyMWia напр жений Ёс.-ьёцд Ёц-Еки О. В усилителе 6 подаваемое на вход векторное, напр жение (,- -Ец5 усииваетс  и преобразуетс  (например, мплитудным, амплитудно-фазовым и другим способом, из него выдел ет сЯ составл юша  сигнала и срав ваетс  с некоторой пороговой велич ной (напр жени ) -En г т.е. выполн ютс  неравенства:при наличии издели  9 W 4 Ун при отсутстйии издели  U 4%)% Где с Бц5 преобразованные усилителем 6 напр жени  -ЕС. и ёц5 на его входе; ) состо ние выходно сигнала у датчика представленное в гической форме Максимальный рабочий зазор и р . лизуема  чувствительность датчика завис т от величины сигнал Е.| (при этом зазоре) и нестабильности напр жени  небаланса. Амплитуда - напр жени  сигна ла.-Е уменьшаетс  при увеличении Зазора , причем дл  изделий плоских и по размерам значительно больших размеров датчика (например рассто нии между полюсами) эта зависимость близка к экспоненциально т.е.  ta-e.ii-tcT ; где КА - коэффициент, завис щий от размеров А датчика, концентрации (геометрии пол  в зоне чувствитель . ности датчика, е-Ео напр жение (сигнал) на выходе измерительной обмотки. 4 при зазоре 5 Чем больше размеры А возбуждающей магнитное поле системы датчика и чем больше концентраци  пол  в р бочей (.чувствительной 5 зоне по сравнению с другими част ми окру-жающего пространства, тем больша  часть изменени  пол  за счет его взаимодействи  с изделием передает в сигнальную обмотку и тем больше величина КА. Напр жение нельз  получить неизменным, так как оно зависит от многих случайных мешающих факторов возникающих при эксплуатации, а так например, от точности изготовлени  узлов датчика, тщательности регулировки и т.п. Обознача  его максимал ное изменение через iut и полага  что напр жение Вп близко к мак симальноь-у эначенип напр жени  не1 баланса + Д. &н5 получаем следующее условие отсутстви  лохеного срабатывани  датчика ЕС uSo- «8 EnSo Ec.2.. Дл  надежной работы датчика минимальное значение сигнала tu6U)EuK-CJ3SoC. uo BQCo3ci :&iia где (., соответствующий f: максимальный зазор. Отсюда получаем формулу дл  максимального зазора SMA.(V (o,bO, из которой следует, что при заданных габаритах А чувствительного элемента датчика е.го максимальный зазор зависит от степени подавлени  сотстройкк ), от мешающих факторов (ртношение ЕоА€ и коэффициента v I характеризующего степень использовани  (выделени ) изменений параметров магнитного пол  при воздействии индицируемого издели  на датчик. В числе факторов, увеличивающих напр )йение йЕнв и -привод щих к уменьшению чувствительности датчика ,  вл ютс  внешние боковые массы и переменное электромагнитное поле, окружающее датчик. Поскольку все обмотки датчика расположены внутри металлического корпуса, силовые линии переменного внешнего пол  не проход т через обмотки датчика, в том числе через измерительную 4, и напр жение помех в ней не наводитс . Наводимое в измерительной обмотке 4 напр жение Ёцо зависит от величины напр женности экранируе™ мого стенками корпуса электромагнит™ ного пол , создаваемого возбуждающей обмоткой 2, на}4од щейс  на магнитопроводе 1. При отсутствии корпуса или неполного экранировани  им внутренне-го пол  приближение датчика к металлическому (стальному) оборудованию измен ет значение напр женности пол  в межполюсном пространстве , в результате чего напр жение Ецд измен етс , т.е. по вл етс  дополнительна  составл юща  и t4S изменени  напр жени  небаланса. Металлический корпус уменьшает за пределами датчика напр женность остаточного поЛ , источником которого  вл етс  обмотка возбуждени  . датчика.. Наибольший эффект экранировани  создает двухслойный корпус. Первый, внутренний слой 7 выполнен из немагнитного материала и уменьшает вли ние изменений свойств второго ферромагнитного сло  В на ЭДС измерительной обмотки 4 датчика до ёеличины пор дка 10 Ец Второй, внешний слой 8 ослабл ет поле в 10-100 раз, дела  датчик . практически нечувствительным к его непосредственной установке на металлооборудовании . Напр жение ц в измерительной обмотке 4 зависит от отражени  внут ренним слоем электромагнитного пол  Составл юща  напр жени , вносима  з счет этого отражени , равна (,5...1о и зависит от температуры кор пуса вследствие изменени  электропроводности материала сло  от температуры . Чем больше электропроводность , тем меньше изменение. Так, дл  алюмини  изменение вносимого напр жени  при изменении температуры корпуса на 5 ОС составл ет 0,8% Сили около 210 Euo Дл  разработанного датчика), причем это вли ние легко может быть уменьшено еще в 10-30 раз известными параметpH4ecKHNM методами. Таким образом, двухслойный корпус позвол ет существенно увеличить отношение Eo/uErtS и, тем самым , чувствительность датчика за счет уменьшени  величины Введение корпуса, внутри которого могут находитьс  обмотки датчика , приводит к существенному снижению величины напр жени  Е.О (в из мерительной обмотке за счет экрани рующего действи  корпуса. В результате отношение 5а/йЕнб увеличивае с , если одновременно не решена задйча устранени  экранировани  корпусом создаваемого датчиком собственного пол . Это противоречие в датчике устра . н етс  путем расположени  измерител ной обмотки 4 между полюсами П-образного магнитопровода 1, на которо расположена возбуждающа  2 и компен сационна  3 обмотки. Металлический корпус экранирует боковую часть магнитного потока, исход щую из основани  магнитопроводз , и практически устран ет поле в пространстве под магнитопроводом При этом за счет уменьшени  индуктивности возбуждающих катушек ток через них возрастает (например, на 20%) и несколько возрастает магнитный поток, выход щий из полюсов (корпус не только не ослабл ет поле в рабочей зоне датчика, а даже несколько увеличивает его). Измерительна  обмотка 4 расположена между полюсами -гак, что магнитный поток между полюсами наводит в ней ЭДС. Поскольку эта обмотка н ходитс  в межполюсном пространстве она слабо св зана с возбуждающей обмоткой 2 поле и обладает высокой Чотносительной) чувствительностью к изменению пол  индицируемым изделием . . При таких отличительных особенност х наличие металлического корпуса не уменьшает величины Ео и позвол ет получить высокое значение отношени  Со/д€ц5 , а применение в межполюсном промежутке магнитопровода 1 измерительной обмотки 4 необходимое значение 1 (т.е. .необходимую концентрацию, направлен- , ность пол  в рабочем пространстве, что в свою очередь позвол ет получить высокие значени  максимальных рабочих зазоров , . Таким образом, изобретение позвол ет в формуле дл  б,, увеличить величины ЕО и К- / уменьшить дЕц§т .е. существенно увеличить чувствитальность датчика, сделав его одновременно защищенным от помех при эксплуатации. . Выполн ть бала,нсировку датчика С т.е. уравнивать напр жени  и €)с измерительной 4 и компенсационной 3 обмоток ) надо достаточно точно I-2 ( С погрешностью 5-10 е) , что практически затруднено и нетехнологично ), с помощью подбора количества витков этих обмоток,, поэтому в датчике предусматриваетс  выполнение измерительной обмотки 4, поворачивающейс  в плоскости, перпендикул рной к ос м полюсом магнитопровода 1. При этом измен етс  угол ct (фиг. 2) между осью секции обмотк  4 и осью, проход щей полюсами (параллельной оси основани  магнитопровода 11. Напр жение, наводимого в обмотке 4, определ етс  по формуле Euo((bsoC, где EUM - напр жение в обмотке 4 при ot О. При конструировании датчика моточные данные и расположение измерительной обмотки 4 определ ютс  таким образом, что при некотором среднем значении угла сСа датчик балансируетс , т.е. выполн етс  условие tuo oCos« e ««, При повороте обмотки 4 всегда люжно подобрать А O...2oto , чтобы напр жение вцо измерительной обмотки 4 было равно напр жению м компенсационной обмотки 3.

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий корпус, разомкнутый магнит'опровод С расположенными на нем встречно соединенными возбуждающей и компенсационной обмотками, под соединенными к входу усилителя, измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности в работе датчика, измерительная обмотка расположена между полюсами магнитопровода, причем ее ось ориентирована параллельно оси основания магнитопровода, боковые· стенки корпуса выполнены двухслойными, при этом внутренний слой выполнен из немаг.нитного металла с высокой электропроводностью, а внешний - из ферромагнитного материала.

06W901

Фиг1 >

2. Датчик по π. 1, отличающийся тем, что измерительная обмотка установлена с воз можностью вращения ее в плоскости, перпендикулярной к осям полюсов магнитопровода.