Вихретоковый измеритель скорости

 

Изобретение может применяться для бесконтактного измерения скорости электропроводящих объектов контроля . Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения скорости.Устройство содержит вихретоковьш преобразователь , состоящий из возбуждающей катушки 1, измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6 и 7,генератор 8, блок 9 измерения зазора, блок 10 стабилизации обобщенного параметра, кoppeктиpyющIie усилители 11 и 13, вычислительный блок 12 и объект 14 контроля, линейную скорость перемещения которого измеряют. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет устранить влияние на результирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта конс iS , изменения зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом . 14 контроля и повышения - информативности вихретокового преобразователя . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 9854701/24-10 (22) 13.02,85 (>46) 30.11.86, Бюл. ¹ 44 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) И.Ю.Быховский и В.E.Øàóåðíèêîâ (53) 731. 767 (088. 8) (56) Зинин В.А. Устройство для измерения параметров движения. Информационный лист, Куйбышев: Куйбышевский

ЦНТИ, 1979, с.3.

Авторское свидетельство СССР №- 563633, кл. С 01 P 3/42, 1977, (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ (57) Изобретение может применяться для бесконтактного измерения скорости электропроводящих объектов контроля. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения скорости.Уст„„ЯУ„„ 2738О9 А1 (50 4 . 01 Р 3/42 G 01 U 27/90 ройство содержит вихретоковый преобразователь, состоящий из возбуждающей катушки 1, измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6 zz 7,генератор 8, блок 9 измерения зазора, блок 10 стабилизации обобщенного параметра, корректирующие усилители 11 и 13, вычислительный блок 12 и объект 14 контроля, линейную скорость перемещения которого измеряют. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет устранить влияние на результирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта контроля, изменения зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом.14 контроля и повышения

-информативности вихретокового преобразователя. 3 ил.

1273809

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения . скорости злектропроводящих объектов контроля.

Целью изобретения является умень-, шение погрешности измерения скорости за счет устранения влияния на результирующий сигнал изменений толщины и электропроводности объекта контроля, изменения зазора между вихретоковым преобразователем устройства и объектом контроля и повышения информативности вихретокового преобразователя, На фиг.1 представлена блок-схема вихретокового измерителя скорости; на фиг.2 — векторная диаграмма, поясняющая работу вихретокового измерителя скорости; на фиг.3 — структурная схе ма блока стабилизации обобщенного параметра.

Вихретсковый измеритель скорости содержит вихретоконый преобразователь| состоящий из возбуждающей катушки 1, первой, второй, третьей,четвертой, пятой и шестой измерительных катушек 2, 3, 4, 5, 6, 7, управляемый генератор 8, блок 9 измерения зазора, блок 10 стабилизации обобщенного параметра, первый корректирующий усилитель 11, вычислительный блок 12 второй корректирующий усилитель }3.

Измеряют линейную скорость перемещения V объекта контроля 14, Возбуждающая катушка 1 выполнена плоской,прямоугольной формы, расположена параллельно объекту контроля 14 и подключена к управляемому генератору 8.Первая, вторая, третья, четвертая измерительные катушки 2, 3, 4, 5 выполнены плоскими, прямоугольной формы и одинаковыми по размерам. Одинаковые по размерам пятая и шестая измерительные катушки 6, 7 также выполнены плоскими, прямоугольной формы.Первая измерительная катушка 2 перпендикулярна третьей измерительной катушке 4, вторая измерительная катушка 3 перпендикулярна четвертой измерительной катшуке 5, пятая измерительная катушка 6 перпендикулярна шестой измерительной катушке 7. Пинии пересечения, первой, третьей и второй, 1 четвертой измерительных катушек 2, 3, 4, 5 расположены около противоположных сторон возбуждающей катушки 1, I параллельны между собой и близлежащим

30 первого корректирующего усилителя

11, к второму — выход второго корректирующего усилителя 13, к третьему — выход блока 9 измерения зазора. Выход блока 10 стабилизации обобщенного параметра подключен к входу управляемого генератора 8.

На фиг.2 буквами Л, Б обозначены сечения противоположных сторон воз40 буждающей катушки 1, расположенные . поперек движения объекта контроля (I

14. А, Б — зеркальные изображения соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, когда скорость объекта контроля 14 равна нулю. А, Б

>> И смещение зеркального иэображения соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, зависящее от скорости . объекта контроля 14. Й Н вЂ” векою og

50 торы напряженности магнитного поля вихревых токов противоположных сторон возбуждающей катушки 1, когда объект контроля 14 неподвижен. Их можно разложить на нормальные Н по>

II пой и тангенциа>1ьн е Н 1о,, Н1о2 составляющие, Й,, Н > — векторы напряженности магнитного поля вихревых токов соответствующих сторон воэ5

10 ,11

25 сторонам возбуждающей катушки 1, перпендикулярны линии пересечения пятой и шестой измерительных катушек 6, 7, расположенных рядом с третьей стороной возбуждающей катушки 1. Первая, вторая и пятая измерительные катушки

2, 3, 6 лежат в одной плоскости с возбуждающей катушкой 1, Первая и вторая измерительные катушки 2, 3 включены дифференциально и соединены с первым и вторым входами первого корректирующего усилителя l1, Третья и четвертая измерительные катушки 4, 5 соедийены последовательно между собой и подключены к первому и.второму входам второго корректирующего усилите-, ля 13, Третьи входы первого 11 и вто« рого 13 корректирующих усилителей соI единены с выходом управляемого генератора 8, Выходя пятой и шестой измерительных катушек 6, 7 соединены с входами блока 9 измерения зазора,кроме того, пятая измерительная катушка

6 подключена к первому и второму входам блока 10 стабилизации обобщенного параметра, Третий вход блока 10 стабилизации обобщенного параметра. подключен к выходу управляемого генератора 8. К первому входу вычислительного блока 12 подключен выход

1273

3 буждающей катушки 1, зависящие от скорости объекта контроля 14, Их можно также разложить на нормальные Й„>

Hqy< " та"генциальные Hty< о1 Ц,, < о.г ° 1чг углы положения векторов НО1, Н„,, Hp > Н у< относительно оси Х, Н g< °

Н 8 — вектора напряженности магнитного поля возбудителя соответствующих сторон возбуждающей катушки 1, l — 1О расстояние от линии пересечения первой и третьей, второй и четвертой, пятой и шестой измерительных катушек

2, 4,. 3, 5, 6, 7 до ближайшей стороны возбуждающей катушки 1. h — рассто-15 яние между возбуждающей катушкой 1 и объектом контроля 14.

Блдк 10 стабилизации обобщенного параметра содержит преобразователь 15 . фазового угла в напряжение, блок 16 20 сравнения, блок 17 опорного напряжения, причем к первому и второму входам преобразователя 15 фазового угла в напряжение подключена пятая измерительная катушка 6, продольная относи- 25 тельно направления скорости V к третьему входу преобразователя 15 фазового угла в напряжение подключен выход управляемого генератора 8, а выход преобразователя 15 фазового угла щ в напряжение подключен к первому входу блока 16 сравнения, к второму входу блока 16 сравнения подсоединен выход блока 17 опорного напряжения, выход блока 16 сравнения подключен к входу управляемого генератора 8.

Возбуждающая катушка 1 совместно с управляемым генератором 8 предназначена для возбуждения вихревых токов в объекте контроля 14. Первая, О вторая, третья и четвертая измерительные катушки 2, 3, 4, 5 предназначены для опререае а р алыюй H„„, H„„ã ,и тангенциальной Н „,, Й „ составляющих напряженности магнитного поля "45 вихревых токов соответствующих сторон возбуждающей катушки 1 в зависимости от скорости объекта контроля

14. Пятая измерительная катушка 6 сов,местно с блоком !0 стабилизации обоб-5О щенного параметра предназначена для формирования напряжения, зависящего от разности фаэ напряжения возбуждающей катушки 1 и напряжения, наводимого вихревыми токами в пятую измери-55 тельйую катушку 6. Компенсационные катушки для пятой и шестой измерительных катушек 6, 7 не показаны. Так как

809 4 пятая измерительная катушка 6 находится рядом со стороной возбуждающей катушки 1, расположенной вдоль направления движения объекта контроля 14, то фаза напряжения, наводимого в ней, зависит от электропроводности и толщины объекта контроля 14 и не зависит от его скорости движения. Пятая и шестая измерительные катушки 6, 7 совместно с блоком 9 измерения зазора служат для выделения информации о текущем зазоре h между вихретоковым преобразователем и объектом контроля

14 независимо от скорости движения последнего. Блок 10 стабилизации обобщенного параметра предназначен для, управления работой управляемого генератора 8 таким образом, чтобы обобщенный параметр P = f(у,ш,б, а), где Я вЂ”; д .абсолютная магнитная проницаемость;

Q — удельная электрическая проводимость; а — толщина объекта контроля

14, подцерживался постоянным для конкретного диапазона измерения скорости объекта контроля 14. Первый и второй корректирующие усилители 1 1, 13 предназначены для формирования напряжений с соответствующих измерительных катушек, пропорциональных скорости объекта контроля 14 и независящих от частоты управляемого ге° нератора 8. Вычислительный блок 12, который может быть реализован, например, на микрокалькуляторе, предназначен для определения скорости . объекта контроля 14 по соответствую1 щему алгоритму с учетом изменения зазара. Преобразователь 15 фазового угла в напряжение предназначен для измерения фазы пятой измерительной катушки 6 относительно фазы возбуждающей катушки 1 и преобразования разности этих фаз в напряжение. Блок

16 сравнения предназначен для сравнения напряжения с выхода преобразователя фазового угла в напряжение

15 и блока 17 опорного напряжения и формирования в зависимости от этого соответствующего напряжения, поступающего на вход управляемого генератора 8. Блок 17 опорного напряжения предназначен для формирования напряжения, эквивалентного оптимальному значению обобщенного параметра для конкретного диапазона изменения скорости объекта контроля 14.

1273809

2h = 1

2h U(,.

Н5 (6) 1(1о(Н(,о ((1 - Л Л

) i (2h

I-g (х — Ч(о, ) = Я

Н у(----,(2)

НЬч, 35

tg (иоткуда

Лналогично

9(v) = 2h — — — —, Ug+ Н4

Н вЂ” 4 (5) 5

Вихретоковый измеритель скорости работает следующим образом. с

Когда скорость объекта контроля

14 равна нулю, напряжения, снимаемые с дифференциально включенных первой и второй измерительных катушек 2,3 и последовательно включенных третьей и четвертой измерительных катушек 4, 5, устанавливается равным нулю, т.е, производится балансировка измеритель- 10 ных катушек. При движении объекта контроля 14 зеркальное изображение соответствующих сторон возбуждающей катушки 1 А, Б" смещается вдоль

/ ((У направления движения в точке A,,Б .

Задача измерения скорости сводится (/ поэтому к измерению интервала Л А (( или Б Б, равных между собой, длина которых однозначно связана со скоростью движения объекта контроля 14 или 20 к измерению пространственных углов („, — (gz или P ., — g Дпя определения скорости достаточно определить смещение хотя бы одного зеркального изображения, но при этом необходима начальная компенсация возбуждающего напряжения„ что усложняет конструкцию преобразователя.

Из геометрических соображений (фиг,2) 30 (: --- — — --), (3) ((1-1 I; y(1.Ino(Ф (7) = Б Б = 2h (---- — -» ) (4) // l IItyi Н

Н(л2 Н до

45 где()(y) — функция скорости.

Учитывая соединения соответствующих измерительных катушек и подставляя напряжения, наводимые в них вихревыми токами, в формулы (3), (4), 50 .получаем

55 где U, — напряжение, наводимое в первую измерительную катушку 2; б

U — напряжение наводимое во

У вторую измерительную катушку 3; — напряжение, наводимое в третью измерительную катушку 4;

U — напряжение, наводимое в четвертую измерительную катушку 5.

Для определения h используем пятую и шестую измерительные катушки 6, 7 совместно с блоком 9 измерения saзора. Из-за выбора соответствующих размеров возбуждающей катушки 1 и пятой, шестой измерительных катушек

6, 7 и расположение их вдоль стороны возбуждающей катушки 1, совпадающей с направлением движения объекта контроля 14, напряжения, наводимые в пятую и шестую измерительные катушки б, 7, не зависят от скорости движения объекта контроля 14. Так как где U< — напряжение, наводимое в шестую измерительную катушку 7;

U,, — напряжение, наводимое в пятую измерительную ка- ° тушку 6.

Подставляя значения 2h из уравнения (6) в уравнение (5), получаем P(v) = 1 "- - - "-- - -"- . (7)

Так как значение 1h известно из конструкции вихретокового преобразователя, то определяя с помощью первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой измерительных катушек

2 3, 4, 5, 6, 7 напряжения, которые в них наводятся, и производя с ними операции по формуле (7), получаем значения напряжения, соответствующее скорости контролируемого объекта 14 ° На выходе блока 9 измерения зазора формируется сигнал, имеющий значение (и независящий

Ug от скорости объекта контроля 14. На выходе первого корректирующего усилителя 11 формируется сигнал имеюУ щпй значение U + U2, а на выходе второго корректирующего усилителя 13 формируется сигнал, имеющий значение

U> + U4 . СигналЫ с выходов первого и второго корректирующих усилителей

11, 13 зависят от скорости объек7 1273809 8 та контроля 14 и не зависят от час- тель с плоскои прямоугольной формы тоты управляемого генератора 8. В возбуждающей катушкой, подключенной вычислительном блоке 12 производятся к управляемому генератору и плоскиt операции, соответствующие уравнению ми .прямоугольной формы равными по (7), и с его выхода снимается на5 размерам первой и второй измерительпряжение, пропорциональное скорости ными катушками, включенными между объекта контроля. 14. Но на значение собой дифференциально и соединенными сигнала с выхода вычислительного блос первым и вторым входами первого ка 12 аналогично изменению скорости корректирующего усилителя, третий контролируемого объекта контроля 14 вход первого корректирующего усиливлияет изменение его обобщенного пателя соединен с выходом управляемораметра, зависящего в данном случае го генератора, а выход — с первым в большей степени от изменения этого входом вычислительного блока, о т— явления, поэтому введен блок 10 ста- л и ч а ю шийся тем, что, с цебилизации обобщенного параметра Й лью уменьшения погрешности иэмереИз годографов можно определить оптиния, в него дополнительно введен втомальное значение обобщенного пара- рой корректирующий усилитель, а вихметра (3 для конкретного диапазона иэ- ретоковый преобразователь снабжен менения скоростей объекта контроля плоскими прямоугольной формы третьей, 14. В.блоке 17 опорного напряжения 2о сформировано напряжени с ормировано напряжение, эквивалентчетвертой, пятой и шестой измерительными катушками по размерам первая и третья, вторая деленного диапазона изменения скоротроля 14 опре еля т льнь е катушки конструктивно выполопределяют с помощью преоб- 25 разователя 1 фазового угла в напря- иены соответственно взаимно пеРпенжение,на первый и второй входы кото- Дикулнрными, линии пеРесечениЯ пеР, рого поступает напряжение с пятой вой, третьей и второй, четвертой изизмерительной катушки 6, а на третий мерительных катушек Расположены оковход — напряжение с выхода управляе- ЗО ло противоположных стоРон возбужДаюмого генератора 8, Преобразователем Щей катУшки, параллельны межДУ собой

15 фазового угла в напряжение изме- и близлежащим сторонам возбу сторонам воз уждающей ряется разность фаз между этими сиг- катушки, а также перпендикулярны ли- . налами, соответствующая обобщенному нии пересечения пятой и шестой измепараметру P, и формируется напряже- З5 рительных катушек, распол женной ряние, эквивалентное этой разности фаз. дом с третьей стороно б и тороной воз уждающей

В блоке 16 сравнения происходит срав- катушки первая вт а первая, вторая и пятая изнение напряжения, поступающего с вы- мерительные катушки лежат в одной хода преобразователя 15 фазового Угла плоскости с возбуждаю е т с воз уждающей катушкой в напряжение и с блока 17 опорного 4а при этом первыи и второй входы втонапряжения. Если эти напряжения рав- рого корректирующего усилителя по— ны, то на выходе блока 16 сравнения ключены к последовательно сое иненне формируется управляющий сигнал и о соединенным третьей и четвертой изме ительчастота управляемого генератора 8 не р змеритель-! ным катушкам, третий вход вто ого меняется. Если эти напряжения не раве " - д ор ого корректирующего усилителя сое инеи ны между собой, то с выхода блока 16

У соединен с выходом управляемого генерато а сравнения поступает сигнал на вход ратора, управляемого генератора 8, который а выход с вторым входОм вычислитель-, изменяет частоту последнего до тех ного блока блок и лок измерения зазора, пор пока, напряжение с Выхода преоб- 5 д котоРого соеди ены с пЯтой и разователя 15 фазового угла в напря7 o oI>нo o Hапр >KeHия в одом вь исли ель— не будут равны. таким образом, произ- „, табилизации обобного блока блок стабили водится стабилизация обобщенного входы которого соединены с пятой иэ55» мерительной катушкой, третий вход—

Ф о д м у л а и з о б р е т е н и я с выходом управляемого генератора, Вихретоковый измеритель скорости а выход — с входом

1 входом управляемого гесодержащий вихретоковый преобраэова- нератора.

1373809

Редактор Н.Швыдкая

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб,, д,4/5

Заказ 6470/41

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Отб

0m 7

&оЗ

Составитель 10.Мручко

Техред Л.Сердюкова 1(орректор И.Муска