Устройство для измерения температуры поверхности ферромагнитных тел

 

Изобретение может быть использовано при определении температур поверхности ферромагнитных тел. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры за счет исключения влияния воздушного зазора между ферромагнитным телом и детектирующей катушкой. Увеличение температуры поверхности тела приведет к уменьшению магнитной проницаемости тела, что вызовет изменение сигнала на выходе блока 16 вычисления квадрата тангенса угла между магнитными потоками в ферромагнитном теле и в измерительной обмотке 13 балластной катушки 11. Это вызовет уменьшение тока подмагничивания в подмагничивающей обмотке 10, что приведет к увеличению магнитной проницаемости материала ферромагнитного тела. Уменьшение тока подмагничивания будет происходить до тех пор, пока величина обобщенного параметра не будет равна начальной, заданной в режиме настройки задатчиком напряжения 1. Сигнал на выходе блока 16 вычисления квадрата тангенса угла формируется с учетом степени заполнения измерительной обмотки контролируемым телом. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„15 09 (5114 С 01 К 7 38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР

1 (21) 4310785/24-10 (22) 30.09 ° 87 (46) 23.12.89. Бюл. 11 47 (72) В.А.Панов, Б.С.Игнатьев и С.А.Панов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1196700, кл, G 01 K 7/36, 1984, Авторское свидетельство СССР

Р 1377616, кл. G 01 К 7/36, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И311ЕРЕНИЯ TKNIEРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ

ТЕЛ (57) Изобретение может быть использовано при определении температур поверхности ферромагнитных тел. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры за счет исключения влияния воздушного зазора между ферромагнитным телом и детектирующей катушкой. Увеличение тем2 пературы говерхности тела приведет к уменьшению магнитной проницаемости тела, что вызовет изменение сигнала на выходе блока 16 вычисления квадрата тангенса угла между магнитными потоками в ферромагнитном теле и в измерительной обмотке 13 балластной катушки 11. Это вызовет уменьшение тока подмагничивания в подмагничивающей обмотке 1О, что приведет к увеличению магнитной проницаемости материала ферромагнитного тела. Уменьшение тока подмагничивания будет происходить до тех пор, пока величина обобщенного параметра не будет равна начальной, заданной в режиме настройки задатчиком напряжения 1. Сигнал на выходе блока 16 вычисления квадрата тангенса угла Формируется с учетом степени заполнения измерительной обмотки контролируемым телом. 2 ил.

1530940 иие, он устанавливается задатчиком

6 напряжения. Ферромагнитное тело, имеющее начальную температуру, помещают в детектирующую катушку 7. При этом на выходе блока 16 вычисления квадрата тангенса угла ц формируется

Изобретение относится к температурным измерениям, точнее к устройствам для измерения температуры с использованием магнитных элементов, магнитная проницаемость которых зависит от температуры, и может быть использовано при определении температур поверхности ферромагнитных тел, например, при контроле в процессе проведения технологического процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры за счет исключения влияния воздушного з азора между ферромагнитным телом и детектирующей катушкой.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока вычисления квадра- 2р та тангенса угла g.

Устройство для измерения температуры поверхности ферромагнитных тел содержит первый задатчик напряжения, первый сумматор 2, интегратор 3, ключ 4 с одним подвижным и двумя неподвижными контактами, дифференциальный усилитель 5, второй задатчик

6 напряжения, детектирующую катушку

7, состояшую из возбуждающей 8, измерительной 9 и подмагничивающей 10 обмоток, балластную катушку 11, состоящую из возбуждающей )2 и измерительной 13 обмоток, генератор 14, второй сумматор 15 и блок !6 вычисле35 ния квадрата танго ..са угла с между магнитными потоками в ферромагнитном теле и в измерительной обмотке 13 балластной катушки 11.

Блок 16 вычисления квадрата тангенса угла !! может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 2. Он содержит три амплитудных детектора

17-19, восемь умножителей 20-26, два сумматора 27 и 28, шесть вычитающих устройств 29-34, д..лительное устройство 35 и переменный резистор 36.

Устройство работает следующим образом.

Сначала проводят настройку устройства. В этом режиме ключ 4 находится в положении Н. Ток обмотки 10 подмагничивания имеет максимальное значесигнал, пропорциональный квадрату тангенса угла с при начальной температуре контролируемого тела, Значение этого сигнала может быть определено по формуле

2 2Е„(Е +!!E ) — (Е -1 Е ) -Е

tg q- ---"-г,, < (Е - (1-2 ) Е „-11Е ) где Е, Š— со о тв ет с т вени о а мпли туда р У

ЭДС на выходах обмоток

9 и 13; аЕ=Е +Е

f =P. /P. коэффициент заполнения т измерительной обмотки телом;

R — радиус контролируемого тела;

Кя — радиус измерительной обмотки 9.

Задатчиком напряжения устанавливается на выходе сумматора 2 нулевой сигнал (контроль напряжения на выходе сумматора 2 может быть осуществлен, например, с помощью вольтметра, который на фиг. 1 не показан). При этом задатчик напряжения фиксирует начальный угол сдвига фаз между магнитными потоками в теле и вне его, который соответствует определенному значению обобщенного параметра Х о

Х,-К -qu р„С„; (2) где 03 — частота генератора;

p — магнитная проницаемость при начальной температуре;

G - удельная электропроводность тела при начальной температуре.

Глубина проникновения Д электромагнитного поля в тело при начальной температуре вычисляется по формуле (3)

В режиме измерения ключ 4 находится в положении P. Увеличение температуры поверхности тела приводит к уменьшению удельной проводимости материала тела и его магнитной проницаемости, а следовательно, и изменению. величины обобщенного параметра.

Чтобы величина обобщенного параметра и глубина проникновения электро- магнитного поля в теле остались неизменными, необходимо увеличить магнитную проницаемость тела за счет уменьшения тока подмагничивания. Если температура тела увеличится от темпераI 5309

40 6

27, 28 и вычитающее устройство 29, на выходе которого формируется сигнал

Е -ЬЕ

Г

На выходе умножителя 23 формирует< а а ся сигнал (F -hE ), умножителя 24

2E„(E>+hE ), вычитаюшего устройства

32 — 2Е (Е +4Е )-(Е -АЕ ) умножите2 Е 2 2

+ Р

У ля 25 — Е, вычитающего устройства

33 — (2Е„(Е +hE )-(E -ДЕ ) -Е ).

На выходе подстроечного резистора 36, который необходим для компенсации влияния воздушного зазора фор 2 мируется сигнал 2(Е„. На выходе вычитающего устройства 30 формируется сигнал Е (1-2 ), на выходе вычитающего устройства 31 — 1 Е -(1-2 )Е„), г ъ на выходе вычитающего устройства 34— г

1 Š— (I -2 ) Е -hE f, на выходе умножителя 26 — 1 Š— (1-2 ) Е„-h F. j на выходе делительного устройства 35 получают сигнал, равный tp (в соответствии с формулой (1).

Формула изобретения

40 туры Т до температуры Т,, то это приведет к уменьшению удельной проводимости материе.ra Ферромагнитного тела от величины GT до GT и магнитной

S проницаемости от м до р, и вызовет

0т, T, уменьшение обобщенного параметра до

Х и увеличение глубины проникновения электромагнитного поля до h,.

Изменение температуры вызовет изме- 10 нение угла (сдвига фаэ между магнитными потоками в теле и вне его. На выходе блока 16 вычисления квадрата т ангенса угла (p изменится напряжение, а на выходе сумматора 2 появится напряжение, не равное нулю. Это в свою очередь вызовет рост напряжения на выходе интегратора 3 и на инвертирующем входе дифференциального усилителя 5, следовательно, уменьшится на- 20 пряженне на обмотке 10 подмагничивания °

Уменьшение тока подмагничивания вызовет увеличение магнитной проницаемости материала ферромагнитного 25 тела. Уменьшение тока подмагничивания будет происходить до тех пор, пока величина обобщенного параметра Х, не будет равна начальной Хо, заданной в режиме настройки. 30 л л

Причем из равенства Х =Х, следует, что 1 ат G> pq G> =const, а это означает равенство глубины проникновения электромагнитного поля в тело (h,=6 ), т.е. с изменением температуры поверх 35 ности тела температура глубинных слоев тела не влияет на результат измерения.

0 величине измеряемой температуры можно судить по величине тока в обмотке подмагничивания или по величине выходного напряжения дифференциального усилителя 5. Точное соответствие между выходным сигналом усилителя 5 и измеряемой температурой мо- 45 жет быть установлено путем предварительной калибровки устройства (по встроенному в контролируемое тело датчику температуры).

Блок 16 вычисления квадрата тангенса угла Ц работает следующим образом.

На входы умножителей 20-22 поступают сигналы Е>, Е„, Е с выходов а литудн детекторов 17-19, на вхо 55 ды которых поступают сигналы с выходов обмоток 9, 13 и сумматора 15 соответственно. С выходов умножителей сигналы поступают на входы сумматопов

Устройство для измерения температуры поверхности ферромагнитных тел, содержащее первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика напряжения, а выход подключен к входу интегратора, дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго задатчика напряжения, а инвертирующий вход соединен с подвижным контактом ключа, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу интегратора, а второй неподвижный контакт соединен с общей шиной устрой-ства, детектирующую катушку, состоя-. щую из возбуждающей, измерительной и подмагничиваи.щей обмоток, балластную катушку, состоящую из возбуждающей и измерительной обмоток, первые выводы которых подключены к общей шине устройства, соединенной с первыми выводами измерительной обмотки дстсктирующей катушки и первым выводом подмагничивакицей катушки, второй вывод которой соединен с выходом дифференциального усилителя, генератор им— пульсов, первый выход которого через возбуждающую обмотку детектирующей катушки соединен с вторым выводом возбуждающей обмотки балластной катушки, а второй выход соединен с общей шиной устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него

1530940

Со с т авит ель В . Кулико в

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец

Pедактор А.Мотыль

3aказ 7944/42 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101 введены второй сумматор и блок вычисления квадрата тан генс а угла, первый вход которого соединен с первым входом второго сумматора и вторым выво5 дом измерительной обмотки детектирунлцей катушки, второй вход соединен с выходом второго сумматора, а третий вход подключен к второму входу второго сумматора и второму выводу измерительной обмотки балластной катушки, а выход соединен с вторым входом первого сумматора.