SU1273809A1 - Вихретоковый измеритель скорости - Google Patents

Abstract

Изобретение может примен тьс  дл  бесконтактного измерени  скорости электропровод щих объектов контрол . Цель изобретени  - уменьшение погрешности измерени  скорости.Устройство содержит вихретоковьш преобразователь , состо щий из возбуждающей катушки 1, измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6 и 7,генератор 8, блок 9 измерени  зазора, блок 10 стабилизации обобщенного параметра, кoppeктиpyющIie усилители 11 и 13, вычислительный блок 12 и объект 14 контрол , линейную скорость перемещени  которого измер ют. Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ет устранить вли ние на результирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта конс iS , изменени  зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом . 14 контрол  и повышени  - информативности вихретокового преобразовател . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено дл  бесконтактного измерени  . скорости электропровод щих объектов контрол . Целью изобретени   вл етс  уменьшение погрешности измерени  скорости за счет устранени  вли ни  на резуль тирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта контрол , изменени  зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом контрол  и повышени  инфор- мативности вихретокового преобразовател . На фиг,1 представлена блок-схема вихретокового измерител  скорости; на фиг,2 - векторна  диаграмма, по сн юща  работу вихретокового измерител  скорости; на фнг,3 - структурна  схе ма блока стабилизации обобщенного .параметра, Бихретоковьш измеритель скорости соде.ржит вихретоковый преобразователь4 состо щий из возбулодающей катушки 1, первой, второй, третьей,чет вертой, п той и шестой измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6, 7, управл емый генератор 8, блок 9 измерени  зазора, блок 10 стабилизации обобщен ного параметра, nepBtitfi корректирующи усилитель 11, вычислительный блок 12 второй корректирующий ус1титель 13. Измер ют линейную скорость перемещени  V объекта контрол  14, Возбуждаю ща  катушка 1 выполнена плоской,пр моугольной формы,расположена параллельно объекту контрол  14 и подключена к управл емому генератору 8.Пер ва , втора , треть , четверта  измерительные катушки 2, 3, 4, 5 выполне ны плоскими, пр моугольной формы и одинаковыми по размерам. Одинаковые по размерам п та  и шеста  измерительные катушки 6, 7 также выполнены плоскими, пр моугольной формы.Пер ва  измерительна  катушка 2 перпенди кул рна третьей измерительной катушке 4, втора  измерительна  катушка 3 перпендикул рна четвертой измеритель ной катшуке 5, п та  измерительна  катушка 6 перпендикул рна шестой измерительной катушке 7, Линии пересечени  , первой, третьей н второй, четвертой измерительных катушек 2, 3, 4, 5 расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки 1, параллельны между собой и близлежащи 1 92 сторонам возбуждающей катушки 1, перпендикул рны линии пересечени  п той и шестой измерительных катушек 6, 7, расположенных р дом с третьей стороной возбуждающей катушки 1. Перва , втора  и п та  изме рительные катушки 2, 3, 6 лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой 1. Перва  и втора  измерительные катушки 2, 3 включены дифференциально и соединены с первым и вторым входами первого корректирующего усилител  11, Третьи и четверта  измерительные катушки 4, 5 соединены последовательно между собой и подключены к первому и.второму входам второго корректирующего усилите- , л  13, Третьи входы первого 1t .и второго 13 корректирующих усилителей соединены с выходом управл емого генератора 8, Выход  п той и шестой из- мерительных катушек 6, 7 соединены с входами блока 9 измерени  зазора,кроме того, п та  измерительна  катушка 6 подключена к первому и второму входам блока-10 стабилизации обобщенного параметра. Третий вход блока 10 стабилизации обобщенного параметра, подключен к выходу управл емого генератора 8. К первому входу вь|числительного блока 12 подключен ЁЫХОД первого корректирующего усилител  11, к второму - выход второго корректирующего усилител  13, к третье- ; му - выход блока 9 измерени  зазора . Выход блока 10 стабилизации обобщенного параметра подключен к входу управл емого генератора 8, На фиг.2 буквами А, Б обозначены сечени  противоположных сторон возбуждающей катушки 1, расположенные . поперек движени  объекта контрол  14, А , Б - зеркальные изображени  соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, когда скорость объекта контрол  14 равна нулю. А , Б смещение зеркального изображени  соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, завис щее от скорости объекта контрол  14, Л, , Н -векторы напр женности магнитного пол  вихревых токов противоположных сторон возбуждающей катушки 1, когда объект контрол  14 неподвижен. Их можно разложить на нормальные Н , Hfio и тангенциальные Н , составл ющие, Н, , Hy-j - векторы напр женности магнитного пол  вихревых токов соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, завис щие от скорости объекта контрол  14, но также разложить на нормальные Н„у, Н и тангенциальные Н, , составл ющие. , , , , („, , углы положени  векторов Н, , Ну, , Ног .HVI относительно оси X, Hg,, Hgj вектора напр женности магнитно го пал  возбудител  соответствующих сторон возбуждающей катушки 1.1рассто ние от линии пересечени  первой и третьей, второй и четвертой, п той и шестой измерительных катушек 2, 4,. 3, 5, 6, 7 до ближайшей стороны возбуждающей катушки 1, h - расст  ние между возбуждающей катушкой 1 и объектом контрол  14. 10 стабилизации обобщенного параметра содержит преобразователь 1 фазового угла в напр жение, блок 16 сравнени ,блок 17 опорного напр жени , причем к первому и второму входам преобразовател  15 фазового угла в напр жение подключена п та  измерительна  катушка 6, продольна  относительно направлени  скорости V, к третьему входу преобразовател  15 фазового угла в напр жение подключен выход управл емого генератора 8, а выход преобразовател  15 фазового угла в напр жение подключен к первому входу блока 16 сравнени , к второму входу блока 16 сравнени  подсоединен выход блока 17 опорного напр жени , выход блока 16 сравнени  подключен к входу управл емого генератора 8. Возбуждающа  катушка 1 совместно с управл емым генератором 8 предназначена дл  возбуждени  вихревых токов в объекте контрол  14. Перва , втора ,треть  и четверта  измерительные катушки 2, 3, 4, 5 предназначены дл  определени  нормальной Н, , ,и тангенциальной , составл ющих напр женности магнитного пол  . вихревых токов соответствующих сторон возбуждающей катушки 1 в зависимости от скорости объекта контрол  14, П та  измерительна  катушка 6 сов , местно с блоком 10 стабилизации обобщенного параметра предназначена дл  формировани  напр жени , завис щего от разности фаз напр жени  возбуждающей катушки 1 и напр жени , наводимого вихревыми токами в п тую измерительную катушку 6, Компенсационные катушки дл  п той и шестой измеритель ных катушек 6, 7 не показаны. Так как п та  измерительна  катушка 6 находитс  р дом со стороной возбу сдающей катушки 1, расположенной вдоль направлени  движени  объекта контрол  14, то фаза напр жени , наводимого в ней, зависит от электропроводности и толщины объекта контрол  14 и не зависит от его скорости движени . П та  и шеста  измерительные катушки 6, 7 совместно с блоком 9 измерени  зазора служат дл  выделени  информации о текущем зазоре h между вихретоковым преобразователем и объектом контрол  14независимо от скорости движени  последнего. Блок 10 стабилизации обобщенного параметра предназначен дл  управлени  работой управл емого генератора 8 таким образом, чтобы обобщенный параметр fi f(u, Уд,,, а), где СО - кругова  частота тока; njg .абсолютна  магнитна  проницаемость; (j - удельна  электрическа  проводимость; а - толщина объекта контрол  14, поддерживалс  посто нным дл  конкретного диапазона измерени  скорости объекта контрол  14. Первый и второй корректирующие усилители 11, 13 предназначены дл  формировани  напр жений с соответствующих измерительных катушек, пропорциональных скорости объекта контрол  14 и независ щих от частоты управл емого генератора 8. Вычислительный блок 12, который может быть реализован, например , на микрокалькул торе, предназначен дл  определени  скорости объекта контрол  14 по соответствующему алгоритму с учетом изменени  зазора . Преобразователь 15 фазового угла в напр жение предназначен дл  измерени  фазы п той измерительной катушки 6 относительно фазы возбуждающей катушки 1 и преобразовани  разности этих фаз в напр жение. Блок 16 сравнени  предназначен дл  сравнени  напр жени  с выхода преобразовател  фазового угла в напр жение 15и блока 17 опорного напр жени  и формировани  в зависимости от этого соответствующего напр жени  поступающего на вход управл емого генератора 8, Блок 17 опорного напр жени  предназначен дл  формировани  напр ени , эквивалентного оптимальному начению обобщенного параметра дл  онкретного диапазона изменени  скоости объекта контрол  14,

Бихретоковый измеритель скорости работает следующим образом.

Когда скорость объекта контрол  14 равна нулю, напр жени , снимаемые с дифференциально включенных первой и второй измерительных катушек 2,3 и последовательно включенных третьей и четвертой измерительных катушек 4, 5, устанавливаетс  равным нулю, т.е. производитс  балансировка измеритель ных катушек. При движении объекта контрол  14 зеркальное изображение соответствующих сторон возбуждающей- катушки 1 А , Б смещаетс  вдоль направлени  движени  в точке А , Б . Задача измерени  скорости сводитс  поэтому к измерению интервала.АА или ББ , равных между собой, длина которых однозначно св зана со скоростью движени  объекта контрол  14 ил к измерению пространственных углов Cf - , или сруг - Чог Д определени  скорости достаточно определить смещение хот  бы одного зеркального . изображени , но при этом необходима начальна  компенсаци  возбуждающего напр жени , что усложн ет конструкци преобразовател .

Из геометрических соображений (фиг.2). Аналогично ф(у) 2h ( гдег(у) - функци  скоро Учитыва  соединени  щих измерительных кату л   напр жени , наводи ревыми токами, в форму . получаем 9 (V) 2h , и, и где и, - напр жение, н первую измери ку 2;

и - напр жение, наводимоево

вторую измерительную катушку 3;

и - напр жение, наводимое в третью измерительную катушку 4 и. - напр жение, наводимое в

четвертую измерительную катушку 5,

Дл  определени  h используем п тую и шестую измерительные катушки 6 7 совместно с блоком 9 измерени  зазора . Из-за выбора соответствующих размеров возбуждающей катушки 1 и п той , шестой измерительных катушек 6, 7 и расположение их вдоль стороны возбуждающей катушки 1, совпадающей с направлением движени  объекта контрол  14, напр жени , наводимые в п тую и шестую измерительные катушки б, 7, не завис т от скорости, движени  объекта контрол  14. Так как

2h Us . рь - 1 % /.ч 1 и; 2 - U5

где и - напр жение, наводимое в

шестую измерительную ка- тушку 7;

V,

напр жение, наводимое в п тую измерительную ка-тущку 6.

Подставл   значени  2h из уравнени  (6) в уравнение (5), получаем |(V) 1 Hi и, ; u; и Так как значение Ih известно из конструкции вихретокового преобразовател , то определ   с помощью первой, второй, третьей, четвертой, п той, шестой измерительных катушек 2 3, 4, 5, 6, 7 напр жени , которые в них навод тс , и производ  с ними операхдии по формуле (7), получаем значени  напр жени , соответствующее скорости контролируемого 14, На выходе блока 9 измерени  зазора формируетс  сигнал, име11б ющий значение I и независ щий от скорости объекта контрол  14. На выходе первого корректирующего усилител  11 формируетс  сигнал, -имеющий значение U, + U2, а па выходе второго корректирующего усилител  13 формируетс  сигнал, имеющий значение } + 4 Сигналы с выходов первого и второго корректирующих усилителей 11, 13 завис т от скорости объекта контрол  14 и не завис т от частоты управл емого генератора 8. В вычислительном блоке 12 производ тс  , операции, соответствующие уравнению (7), и с его выхода снимаетс  напр жение , пропорциональное скорости объекта контрол .14, Но на значение сигнала с выхода вычислительного бло ка 12 аналогично изменению скорости контролируемого объекта контрол  14 вли ет изменение его обобщенного параметра , завис щего в данном случае в большей степени от изменени  этого  влени , поэтому введен блок 10 стабилизации обобщенного параметра |J . Из годографов можно определить оптимальное значение обобщенного параметра И дл  конкретного диапазона из менени  скоростей объекта контрол  14. В.блоке 17 опорного напр жени  сформировано напр жение, эквивалентное оптимальному значению р дл  опруе деленного диапазона изменени  скорости . Текущее значение |} объекта .кон трол  14 определ ют с помощью преобразовател  15 фазового угла в напр жение , на первый и второй входы кото . рого поступает напр жение с п той измерительной катушки 6, а на третий вход - напр жение с выхода управл емого генератора 8, Преобразователем 15 фазового угла в напр жение измер етс  разность фаз между этими сигналами , соответствующа  обобщенному параметру р , и формируетс  напр жекие , эквивалентное этой разности фаз В блоке 16 сравнени  происходит срав нение напр жени , поступающего с выхода преобразовател  15 фазового угл в напр жение и с блока 17 опорного напр жени . Если эти напр жени  равны , то на выходе блока 16 сравнени  не формируетс  управл ющий сигнал и частота управл емого генератора 8 не мен етс . Если эти напр жени  не рав ны между собой, то с выхода блока 16 сравнени  поступает сигнал на вход управл емого генератора 8, которьй измен ет частоту последнего до тех пор, пока напр жение с выхода преобразовател  15 фазового угла в напр жение и блока 17 опорного напр жени  не будут равны. Таким образом, производитс  стабилизаци  обобщенного параметра . Фо-рм ла изобретени  Вихретоковый измеритель скорости, содержащий вихретоковьй преобразователь с плоской пр моугольной формы возбуждающей катушкой, подключенной к управл емому генератору, и плоски|МИ пр моугольной формы равными по размерам первой и второй измерительными катушками, включенными между собой дифференциально и соединенными с первым и вторым входами первого корректирующего усилител , третий вход первого корректирующего усилител  соединен с выходом управл емого генератора, а выход - с первым входом вычислительного блока, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерени , в него дополнительно введен второй корректирующий усилитель, а вихретоковый преобразователь снабжен плоскими пр моугольной формы третьей, четвертой, п той и шестой измерительными катушками, одинаковые по размерам перва  и треть , втора  и четверта , п та  и шеста  измерительные катушки конструктивно выполнены соответственно взаимно перпендикул рными , линии пересечени  первой , третьей и второй, четвертой измерительньгх катушек расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки, параллельны между собой и близлежапщм сторонам возбуждающей сатушки, а также перпендикул рны линии пересечени  п той и шестой измерительных катушек, расположенной р дом с третьей стороной возбуждающей катушки, перва , втора  и п та  измерительные катушки лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой при этом первьй и второй входы второго корректирующего усилител  подключены к последовательно, соединенным третьей и четвертой измерительным катушкам, третий вход второго корректирующего усилител  соединен с выходом управл емого генератора, а вькод- с вторым входом вычислитель- . ного блока, блок измерени  зазора, входы которого соединены с п той и шестой .измерительными катушками, а выход - с третьим входом вычислительного блока, блок стабилизации обобщенного параметра, первьй и второй входы которого соединены с п той измерительной катушкой, третий вход с выходом управл емого генератора, а выход - с входом управл емого генератора .

Claims (1)

1. Фо-рм^ла й з обретения Вихретоковый измеритель скорости, содержащий вихретоковый преобразова10

   4Q

   5(i

   1273809 . 8 тель с плоской прямоугольной формы возбуждающей катушкой, подключенной к управляемому генератору, и плоски|МИ ^прямоугольной формы равными по размерам первой и второй измеритель'ными катушками, включенными между собой дифференциально и соединенными ' с первым и вторым входами первого корректирующего усилителя, третий вход первого корректирующего усилителя соединен с выходом управляемого генератора, а выход - с первым входом вычислительного блока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в него дополнительно введен второй корректирующий усилитель, а вихретоковый преобразователь снабжен плоскими прямоугольной формы третьей, четвертой, пятой и шестой измерительными катушками, причем одинаковые по размерам первая и третья, вторая и четвертая, пятая и шестая измерительные катушки конструктивно выполк йены соответственно взаимно перпендикулярными, линии пересечения первой, третьей и второй, четвертой измерительных катушек расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки, параллельны между собой и близлежащим сторонам возбуждающей дсатушки, а также перпендикулярны линии пересечения пятой и шестой измерительных катушек, расположенной рядом с третьей стороной возбуждающей катушки, первая, вторая и пятая измерительные катушки лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой при этом первый и второй входы второго корректирующего усилителя подключены к последовательно, соединенным третьей и четвертой измеритель—· ным катушкам, третий вход второго корректирующего усилителя соединен с выходом управляемого генератора, з выход - с вторым входом вычислитель- . ного блока, блок измерения зазора, входы которого соединены с пятой и шестой .измерительными катушками, а выход - с третьим входом вычислительного блока, блок стабилизации обобщенного параметра, первый и второй входы которого соединены с пятой из. мерительной катушкой, третий вход с выходом управляемого генератора, а выход - с входом управляемого генератора.