UA123860U

UA123860U - MEANING OF MECHANICAL OVERVOLTAGE IN FEROMAGNETIC SUPPORT STRUCTURES

Info

Publication number: UA123860U
Application number: UAU201709610U
Authority: UA
Inventors: Валерій Федорович Граняк; Василь Олександрович Пономаренко; Василь Васильович Кухарчук
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2018-03-12

Abstract

Засіб індикації механічної перенапруги у феромагнітних опорних конструкціях через проміжну величину (відносну діелектричну проникність) здійснює перетворення механічної напруженості у матеріалі конструктивного елемента (об’єкта контролю) у рівень постійної напруги з подальшим його порівнянням з наперед визначеними граничними значеннями. У випадку досягнення чи перевищення механічною напруженістю у матеріалі об’єкта контролю порогового значення відбувається візуальна сигналізація такого стану за допомогою світлових індикаторів.The means of indicating mechanical overvoltage in ferromagnetic support structures through an intermediate value (relative dielectric constant) converts the mechanical tension in the material of the structural element (object of control) into a level of constant voltage with its further comparison with predetermined limit values. When mechanical strength is reached or exceeded in the material of the threshold object, visual signaling of this state is made by means of light indicators.

Description

Корисна модель належить до засобів контролю механічної напруженості і може бути використана для контролю механічної напруженості у конструктивних елементах обладнання, а також для контролю опорних конструкцій електричних машин, зокрема гідроагрегатів ГЕС, у процесі їхньої експлуатації.The useful model belongs to the means of controlling mechanical tension and can be used to control mechanical tension in the structural elements of the equipment, as well as to control the supporting structures of electric machines, in particular hydroelectric units of HPP, during their operation.

Відомий датчик магнітної проникності, що містить три скріплених паралельно один одному двополюсних магнітопроводи обмотками збудження, з розташованими на них обмотками збудження, підключеними до джерела змінного струму і вимірювальної обмотки, розташованої на середньому магнітопроводі і підключеної до пристрою вимірювання, що вимірює вихідний сигнал і по тарованому графіку дає змогу визначити зміну магнітної проникності матеріалу або параметрів, що впливають на неї, наприклад механічної напруженості (А. с. СРСР Мо 223433,A known magnetic permeability sensor, which contains three bipolar magnetic conductors fastened parallel to each other by excitation windings, with excitation windings located on them, connected to an alternating current source and a measuring winding located on the middle magnetic conductor and connected to a measuring device that measures the output signal and the target graphics allows you to determine the change in the magnetic permeability of the material or the parameters that affect it, for example, mechanical stress (A. s. USSR Mo 223433,

МПК 45/03, Бюл. Мо 24. 19681.IPC 45/03, Bul. Mo. 24. 19681.

Недоліком відомого пристрою є велика методична похибка, обумовлена припущенням, що матеріал контрольованого зразка точно відповідає за хімічним складом еталонному матеріалу, використаному при таруванні, що є фактично виключено при великій кількості існуючих феромагнітних матеріалів. Окрім цього даний пристрій має низьку швидкодію, яка обумовлена необхідністю ручної індивідуальної обробки кожного з результатів вимірювання за допомогою тарованих графіків.The disadvantage of the known device is a large methodical error due to the assumption that the material of the controlled sample exactly corresponds in chemical composition to the reference material used in calibration, which is actually excluded in the case of a large number of existing ferromagnetic materials. In addition, this device has a low speed, which is due to the need for manual individual processing of each of the measurement results using calibrated graphs.

Відомий пристрій визначення магнітної проникності в матеріалах конструкцій (описаний у патенті України Мо 77655, МПК СО1М 27/80, СО1А 1/02, опубл. 15.01.2007, Бюл. Мо 1), вибраний за найближчий аналог, що містить сенсор (три паралельно скріплені один відносно одного магнітопроводи, виконані у формі частини кільця, на яких розташовано по обмотці збудження, крайні обмотки ввімкнені послідовно-узгоджено, обмотка збудження середнього магнітопроводу живиться незалежно через додатковий опір), крайні обмотки збудження якого закріплені в перше джерело збудження (в подальшому джерело живлення), обмотка збудження середнього магнітопроводу сенсора через змінний опір ввімкнена у друге джерело живлення, аналогічне першому, вольтметр, підключений паралельно до змінного опору та три додаткових магнітопроводи, конструктивно аналогічні з магнітопроводам сенсора, які спільно утворюють кільцевий магнітопровід.The well-known device for determining the magnetic permeability in construction materials (described in the patent of Ukraine Mo 77655, MPK СО1М 27/80, СО1А 1/02, publ. 15.01.2007, Byul. Mo 1), chosen as the closest analogue, containing a sensor (three parallel magnetic conductors fastened relative to each other, made in the form of a part of a ring, on which the excitation winding is located, the extreme windings are connected in series-matched, the excitation winding of the middle magnetic conductor is fed independently through an additional resistance), the extreme excitation windings of which are fixed in the first excitation source (hereinafter the source power supply), the excitation winding of the sensor's middle magnet wire through a variable resistance is connected to the second power source, similar to the first, a voltmeter connected in parallel to the variable resistance and three additional magnetic wires, structurally similar to the sensor magnetic wires, which together form a ring magnetic wire.

Недоліком відомого пристрою є недостатня швидкодія, яка обумовлюється необхідністюThe disadvantage of the known device is insufficient speed, which is determined by necessity

Зо ручного переналаштування пристрою для визначення спаду при замкнутому за допомогою та трьох додаткових магнітопроводів осерді магнітопроводу сенсора, що унеможливлює використання останнього для контролю механічної напруженості у матеріалах конструктивних елементів в режимі реального часу роботи обладнання.From the manual reconfiguration of the device to determine the drop when closed with the help of and three additional magnetic cores of the magnetic core of the sensor, which makes it impossible to use the latter to control the mechanical tension in the materials of the structural elements in real-time operation of the equipment.

В основу корисної моделі покладено задачу створення засобу індикації механічної перенапруги у феромагнітних опорних конструкціях, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків забезпечується можливість індикації механічної перенапруженості у матеріалах конструктивних елементів в режимі реального часу роботи обладнання.The useful model is based on the task of creating a means of indicating mechanical overstress in ferromagnetic support structures, in which, due to the introduction of new elements and connections, the possibility of indicating mechanical overstress in the materials of structural elements in the real-time mode of equipment operation is provided.

Поставлена задача вирішується тим, що в засіб індикації механічної перенапруги. у феромагнітних опорних конструкціях, який містить джерело живлення, вихід якого з'єднаний з входом обмотки збудження першого магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності, а вхід з'єднаний з виходом обмотки збудження третього магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності, додатковий опір, вхід якого з'єднаний з виходом обмотки збудження другого магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності, сенсор відносної магнітної проникності, складається з трьох паралельно скріплених один відносно одного магнітопроводів, виконаних у формі частини кільця, на яких розташовано по обмотці збудження, крайні обмотки збудження з'єднані між собою послідовно-узгоджено, обмотка збудження середнього магнітопроводу під'єднана незалежно через додатковий опір, що розташовується на об'єкті контролю (ОК), регульований блок змінного опору (БЗО), зразкову міру відносної магнітної проникності, яка складається з трьох паралельно скріплених один відносно одного магнітопроводів, виконаних у формі кілець, на яких розташовано по обмотці збудження, крайні обмотки збудження з'єднані між собою послідовно-узгоджено, обмотка збудження середнього магнітопроводу під'єднана незалежно через регульований блок змінного опору та розташована віддалено від сторонніх феромагнітних матеріалів, що дозволяє підтримувати її зразкову ефективну магнітну проникність, два подільника напруги (ПН), аналоговий суматор, три нормуючих перетворювача, джерело опорної напруги (ДОН), два компаратори та два світлових індикатори, при цьому джерело живлення з'єднане з першим входом регульованого блок змінного опору, входом обмотки збудження першого магнітопроводу та виходами обмоток збудження другого та третього магнітопроводу зразкової міри відносної магнітної проникності та через додатковий опір з'єднане з обмоткою збудження другого магнітопроводу сенсора 60 відносної магнітної проникності, вхід та вихід додаткового опору з'єднані з входами першого подільника напруги, вихід регульованого блока змінного опору з'єднаний з входом обмотки збудження другого магнітопроводу зразкової міри відносної магнітної проникності, перший вхід та вихід регульованого блока змінного опору з'єднані з входами другого подільника напруги, перші виходи першого та другого подільника напруги з'єднані відповідно з першим та другим входами аналогового суматора, другі виходи першого та другого подільника напруги під'єднані на заземлення, вихід аналогового суматора з'єднаний з входом першого нормуючого перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом блока змінного опору, вихід другого подільника напруги з'єднаний з входами другого та третього нормуючих перетворювачів, виходи яких з'єднані відповідно з другими входами першого та другого компаратора, перші входи першого та другого компаратора з'єднані з виходом джерела опорної напруги, виходи першого та другого компараторів з'єднані відповідно з входами першого та другого світлових індикаторів, виходи яких під'єднані на заземлення.The task is solved by the fact that the means of indicating mechanical overvoltage. in ferromagnetic support structures, which contains a power source, the output of which is connected to the input of the excitation winding of the first magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, and the input is connected to the output of the excitation winding of the third magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, an additional resistance, the input of which is connected with the output of the excitation winding of the second magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, the relative magnetic permeability sensor consists of three magnetic wires fastened in parallel relative to each other, made in the form of part of a ring, on which the excitation winding is located, the extreme excitation windings are connected to each other in series-matched , the excitation winding of the middle magnetic wire is connected independently through an additional resistance located on the object of control (OK), an adjustable block of variable resistance (BZO), an exemplary measure of relative magnetic permeability, which consists of three parallel magnetic wires fastened to each other, made in f orms of rings, on which the excitation winding is located, the extreme excitation windings are connected to each other in series-matched, the excitation winding of the middle magnetic circuit is connected independently through an adjustable variable resistance block and is located far from extraneous ferromagnetic materials, which allows maintaining its exemplary effective magnetic permeability, two voltage dividers (PN), an analog adder, three normalizing converters, a reference voltage source (DON), two comparators and two light indicators, while the power source is connected to the first input of the adjustable variable resistance unit, the input of the excitation winding of the first magnetic circuit and the outputs of the excitation windings of the second and third magnetic conductors of an exemplary measure of relative magnetic permeability and through an additional resistance connected to the excitation winding of the second magnetic conductor of the relative magnetic permeability sensor 60, the input and output of the additional resistance are connected to the inputs of the first voltage divider, the output of the adjustable variable resistance unit connected to the input of the excitation winding of the second magnetic circuit of an exemplary measure of relative magnetic permeability, the first input and output of the adjustable variable resistance unit are connected to the inputs of the second voltage divider, the first outputs of the first and second voltage divider are connected, respectively, to the first and second inputs of the analog adder, the second outputs of the first and second voltage divider are connected to ground, the output of the analog adder is connected to the input of the first normalizing converter, the output of which is connected to the second input of the variable resistance block, the output of the second voltage divider is connected to the inputs of the second and the third normalizing converters, the outputs of which are connected to the second inputs of the first and second comparators, the first inputs of the first and second comparators are connected to the output of the reference voltage source, the outputs of the first and second comparators are connected to the inputs of the first and second light indicators, respectively, the outputs of which are connected to grounding.

На кресленні представлено структурну схему пристрою.The drawing shows the structural diagram of the device.

Пристрій містить: 1 - джерело живлення, 2 - додатковий опір, З - регульований блок змінного опору, 4 - сенсор відносної магнітної проникності, 5 - зразкова міра відносної магнітної проникності, б - об'єкт контролю, 7-8 - відповідно перший та другий подільники напруги, 9 - аналоговий суматор, 10 - джерело опорної напруги, 11-13 - відповідно перший, другий та третій нормуючий перетворювач, 14-15 - відповідно перший та другий компаратори, 16-17 - відповідно перший та другий світловий індикатор, причому вихід джерела живлення 1 з'єднаний з входом обмотки збудження першого магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності 4, а його вхід з'єднаний з виходом обмотки збудження третього магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності 4, джерело живлення 1 також з'єднане з першим входом регульованого блока змінного опору 3, входом обмотки збудження першого магнітопроводу та виходами обмоток збудження другого та третього магнітопроводу зразкової міри відносної магнітної проникності 5 та через додатковий опір 2 з'єднане з обмоткою збудження другого магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності 4, вхід додаткового опору 2 з'єднаний з виходом обмотки збудження другого магнітопроводу сенсора відносної магнітної проникності 4, вхід та вихід додаткового опору 2 також з'єднані з входами першого подільника напруги 7, вихід регульованого блока змінного опору З з'єднаний з входом обмоткиThe device contains: 1 - power source, 2 - additional resistance, C - adjustable variable resistance unit, 4 - relative magnetic permeability sensor, 5 - sample measure of relative magnetic permeability, b - object of control, 7-8 - first and second, respectively voltage dividers, 9 - analog adder, 10 - reference voltage source, 11-13 - respectively the first, second and third normalizing converter, 14-15 - respectively the first and second comparators, 16-17 - respectively the first and second light indicator, and the output power source 1 is connected to the input of the excitation winding of the first magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor 4, and its input is connected to the output of the excitation winding of the third magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor 4, the power source 1 is also connected to the first input of the adjustable variable resistance unit 3, the input of the excitation winding of the first magnetic circuit and the outputs of the excitation windings of the second and third magnetic circuit of an exemplary measure of relative magnetic permeability 5 and through the additional resistance 2 is connected to the excitation winding of the second magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor 4, the input of the additional resistance 2 is connected to the output of the excitation winding of the second magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor 4, the input and output of the additional resistance 2 are also connected to the inputs of the first voltage divider 7, the output of the adjustable block of variable resistance C is connected to the input of the winding

Зо збудження другого магнітопроводу зразкової міри відносної магнітної проникності 5, перший вхід та вихід регульованого блока змінного опору З з'єднані з входами другого подільника напруги 8, перші виходи першого 7 та другого 8 подільника напруги з'єднані відповідно з першим та другим входами аналогового суматора 9, другі виходи першого 7 та другого 8 подільника напруги під'єднані на заземлення, вихід аналогового суматора 9 з'єднаний з входом першого нормуючого перетворювача 11, вихід якого з'єднаний з другим входом блока змінного опору 3, вихід другого подільника напруги 8 з'єднаний з входами другого 12 та третього 13 нормуючих перетворювачів, виходи яких з'єднані відповідно з другими входами першого 14 та другого 15 компаратора, перші входи першого 14 та другого 15 компаратора з'єднані з виходом джерела опорної напруги 10, виходи першого 14 та другого 15 компараторів з'єднані відповідно з входами першого 16 та другого 17 світлових індикаторів, виходи яких під'єднані на заземлення.From the excitation of the second magnetic conductor of an exemplary measure of relative magnetic permeability 5, the first input and output of the adjustable block of variable resistance C are connected to the inputs of the second voltage divider 8, the first outputs of the first 7 and second 8 voltage dividers are connected, respectively, to the first and second inputs of the analog adder 9, the second outputs of the first 7 and the second 8 voltage divider are connected to ground, the output of the analog adder 9 is connected to the input of the first normalizing converter 11, the output of which is connected to the second input of the variable resistance block 3, the output of the second voltage divider 8 with connected to the inputs of the second 12 and third 13 normalizing converters, the outputs of which are connected to the second inputs of the first 14 and second 15 comparators, the first inputs of the first 14 and second 15 comparators are connected to the output of the reference voltage source 10, the outputs of the first 14 and the second 15 comparators are connected, respectively, to the inputs of the first 16 and second 17 light indicators, the outputs of which are connected to ground.

Пристрій працює наступним чином.The device works as follows.

На обмотки збудження сенсора відносної магнітної проникності 4 подається напруга живлення від джерела живлення 1 двома паралельними каналами (окремо на послідовно- узгоджено з'єднанні першу та третю обмотки збудження та послідовне з'єднання другої обмотки збудження з додатковим опором 2). При цьому сенсор відносної магнітної проникності 4 знаходиться у безпосередній близькості з об'єкт контролю 6. Спад напруги на додатковому опорі 2 підсилюється на першому подільнику напруги 7 на відповідний коефіцієнт підсилення та передається на перший вхід аналогового суматора 9.The excitation windings of the relative magnetic permeability sensor 4 are supplied with power supply voltage from the power source 1 through two parallel channels (separately on the series-matched connections of the first and third excitation windings and the series connection of the second excitation winding with additional resistance 2). At the same time, the relative magnetic permeability sensor 4 is located in close proximity to the object of control 6. The voltage drop on the additional resistance 2 is amplified on the first voltage divider 7 by the appropriate amplification factor and transmitted to the first input of the analog adder 9.

Паралельно описаному процесу, аналогічно з сенсором 4, відбувається подача живлення на обмотки збудження зразкової міри 5 (окремо напруга живлення від джерела живлення 1 подається на послідовно-узгоджено з'єднанні першу та третю обмотки збудження та послідовне з'єднання другої обмотки збудження з регульованим блоком змінного опору 3). Спад напруги на регульованому блоці змінного опору З підсилюється на другому подільнику напруги 8 на відповідний коефіцієнт підсилення та передається на другий вхід аналогового суматора 9.In parallel with the described process, similarly to sensor 4, power is supplied to the excitation windings of exemplary measure 5 (separately, the power supply voltage from power source 1 is supplied to the series-coordinated connection of the first and third excitation windings and the serial connection of the second excitation winding to the regulated unit variable resistance 3). The voltage drop on the adjustable block of variable resistance Z is amplified on the second voltage divider 8 by the corresponding gain factor and transmitted to the second input of the analog adder 9.

Залежно від співвідношень значення напруги на першому та другому входах аналогового суматора 9 на його виході формуються відповідні значення вихідної напруги, що є різницею між значенням напруги на його першому та другому входах. Значення напруги з виходу аналогового суматора 9 через перший нормуючий перетворювач 11 подаються на керуючий (другий) вхід регульованого блока змінного опору 3, де залежно від полярності та рівня напруги, що бо надходить на другий вхід регульованого блока змінного опору З відбувається пропорційна зміна значення внутрішнього опору з подальшим його "запам'ятовуванням". Значення напруги, пропорційне спаду напруги на регульованому блоці змінного опору З з виходу другому подільнику напруги 8 подається на входи другого 12 та третього 13 нормуючих перетворювачів, у яких підсилюється на відповідні (різні) коефіцієнти підсилення.Depending on the ratio of the voltage value at the first and second inputs of the analog adder 9, corresponding output voltage values are formed at its output, which is the difference between the voltage value at its first and second inputs. The voltage values from the output of the analog adder 9 through the first normalizing converter 11 are fed to the control (second) input of the adjustable variable resistance unit 3, where, depending on the polarity and voltage level that enters the second input of the adjustable variable resistance unit Z, a proportional change in the value of the internal resistance occurs followed by its "memorization". The voltage value proportional to the voltage drop on the adjustable block of variable resistance Z from the output of the second voltage divider 8 is fed to the inputs of the second 12 and third 13 normalizing converters, which are amplified by the corresponding (different) amplification factors.

При цьому коефіцієнти другого 12 та третього 13 нормуючих перетворювачів налаштовано таким чином, щоб рівень напруги на їх виходах був рівним напрузі джерела опорної напруги 10 при досягненні відносною діелектричною проникністю об'єкта контролю б, що функціонально пов'язана з механічною напруженістю у матеріалі об'єкта контролю 6, деяких наперед визначених порогових значень.At the same time, the coefficients of the second 12 and third 13 normalizing converters are adjusted so that the voltage level at their outputs is equal to the voltage of the reference voltage source 10 when the relative dielectric constant of the control object b is reached, which is functionally related to the mechanical stress in the material object of control 6, some predefined threshold values.

З виходів другого 12 та третього 13 нормуючих перетворювачів сигнали надходять відповідно на другі входи першого 14 та другого 15 компараторів.From the outputs of the second 12 and third 13 normalizing converters, signals are sent to the second inputs of the first 14 and second 15 comparators, respectively.

У компараторах відбувається порівнювання сигналів з виходів другого 12 та третього 13 нормуючих перетворювачів з сигналом з виходу джерела опорної напруги 10. При рівності або перевищенні рівня напруги на другому вході першого 14 або другого 15 компараторів у порівнянні з рівнем напруги на його першому вході, що відповідає перевищенню механічної напруженості у матеріалі об'єкта контролю 6, на його виході з'являється сигнал високої напруги, що надходить на вхід відповідно першого 16 або другого 17 світлового індикатора.In the comparators, the signals from the outputs of the second 12 and third 13 normalizing converters are compared with the signal from the output of the reference voltage source 10. If the voltage level at the second input of the first 14 or second 15 comparators is equal or higher than the voltage level at its first input, which corresponds to an excess of mechanical tension in the material of the object of control 6, a high voltage signal appears at its output, which enters the input of the first 16 or the second 17 light indicator, respectively.

При подачі на вхід світлових індикаторів 16, 17 високого рівня напруги відбувається ввімкнення відповідного світлового індикатора, що слугує візуальним сигналом досягнення напруженістю об'єкта контролю 6 відповідного рівня.When the light indicators 16, 17 of a high voltage level are applied to the input, the corresponding light indicator is turned on, which serves as a visual signal that the voltage of the control object 6 has reached the corresponding level.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA Means for indicating mechanical overvoltage in ferromagnetic support structures, which includes a power source, the output of which is connected to the input of the excitation winding of the first magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, and the input is connected to the output of the excitation winding of the third magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, additional resistance, the input of which is connected to the output of the excitation winding of the second magnetic wire of the relative magnetic permeability sensor, the relative magnetic permeability sensor consists of three magnetic wires fastened in parallel relative to each other, made in the form of part of a ring, on which the excitation windings are located, the extreme excitation windings with are connected in series-matched with each other, the excitation winding of the middle magnetic circuit is connected independently through an additional resistance located on the object of control, which is distinguished by the fact that an adjustable block of variable resistance is introduced into it, an exemplary measure of relative magnetic permeability, which consists of three magnetic conductors fastened in parallel relative to each other, made in the form of rings, on which the excitation winding is located, the extreme excitation windings are connected to each other in a series-matched manner, the excitation winding of the middle magnetic conductor is connected independently through an adjustable block of variable resistance and is located remotely from external ferromagnetic materials, two voltage dividers, an analog adder, three normalizing converters, a reference voltage source, two comparators and two light indicators, while the power source is connected to the first input of the adjustable variable resistance unit, the input of the excitation winding of the first magnetic circuit and the outputs of the windings the excitation of the second and third magnetic conductors of an exemplary measure of relative magnetic permeability and through an additional resistance is connected to the excitation winding of the second magnetic conductor of the relative magnetic permeability sensor, the input and output of the additional resistance are connected to the inputs of the first voltage divider, the output of the adjustable change unit resistance is connected to the input of the excitation winding of the second magnetic circuit of an exemplary measure of relative magnetic permeability, the first input and output of the adjustable variable resistance unit are connected to the inputs of the second voltage divider, the first outputs of the first and second voltage divider are connected to the first and second inputs, respectively analog adder, the second outputs of the first and second voltage divider are connected to ground, the output of the analog adder is connected to the input of the first normalizing converter, the output of which is connected to the second input of the variable resistance block, the output of the second voltage divider is connected to the inputs of the second and the third normalizing converters, the outputs of which are connected to the second inputs of the first and second comparators, respectively, the first inputs of the first and second comparators are connected to the output of the reference voltage source, the outputs of the first and second comparators are connected to the inputs of the first and second light indicators, respectively , the outputs of which are connected to grounding.