Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий

 

Изобретение относится к термометрии. Цель изобретения - повышение точности бесконтактного измерения температуры. Способ состоит в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, определении при дискретном изменении частоты и поддержании постоянной амплитуды возбуждающего электромагнитного поля приращения амплитуды магнитного поля в изделии для следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного поля, измерении амплитуды магнитного потока в изделии на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного поля в изделии, определении радиуса и электропроводности изделия с последующим нахождением по полученным значениям температуры и глубины проникновения возбуждающего поля в изделие. 2 ил., 1 табл. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1125479 (21) 4825885/10 (22) 15.05.90 (46) 07.06.92. Бюл, М 21 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) В.П. Себко и Н.Н. Сиренко (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1125479, кл. G 01 К 7/38, 1982. (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термометрии, Цель изобретения — повышение точности бесконтактного измерения температуры.

Способ состоит в размещении изделия в

Изобретение относится к термометрии, может быть использовано для бесконтактиого контроля температуры электропроводящих изделий в процессе их технологической обработки в случаях, когда неизвестен радиус изделия или нет возможности измерить его контактным способом, и является усовершенствованием способа по основному авт.св. М 1125479.

Известен способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий, заключающийся в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении его электропроводности и последующем вычислении величины измеряемой температуры.,, SU („) 1739214 А2 переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, определении при дискретном изменении частоты и поддержании постоянной амплитуды возбуждающего электромагнитного поля приращения амплитуды магнитного поля в изделии для следующих один за другим дискретных значений частот. возбуждаемого электромагнитного поля, измерении амплитуды магнитного потока в изделии на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного поля в изделии, определении радиуса и электропроводности изделия с последующим нахождением по полученным значениям температуры и глубины проникновения возбуждающего поля в изделие, 2 ил., 1 табл.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий, заключающийся в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, дискретном изменении частоты возбуждающего поля при поддерживании постоянной его амплитуды, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении глубины проникновения магнитного поля и электропроводности изделия на каждой фиксированной частоте и нахождении по полученным значениям темпернатуры и ее распределения в сечении контролируемого изделия, Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная невозможностью определения

1739214

45 (3) 50

55 температуры изделий, у которых радиус неизвестен, изменяется в процессетехнологических (термических) воздействий (нет доступа к изделию, деталь находится в зоне открытого огня и раскалена, проводящее изделие покрыто слоем изоляции, размытость граничной поверхности проводящих газообразных сред и др.), при этом нельзя определить электромагнитные параметры, а по ним и температуру изделия, Цель изобретения — повышение точности бесконтактного измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в размещении изделия s переменном электромагнитном поле, дискретном изменении частоты поля при поддержании постоянной его амплитуды, измерении амплитуды магнитного потока в изделии, при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля, определяют приращения амплитуды магнитного потока в изделии для следующих один за другим дискретных значений чстот возбуждающего электромагнитного поля, а измерение амплитуды магнитного потока в изделии осуществляют на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного потока в иэделии, определяют радиус изделия, его электропроводность и глубину проникновения возбуждающего электромагнитного поля на каждой фиксированной частоте, находят температуру и по полученным значениям определяют распределение температуры в сечении изделия, Это позволяет достичь положительного эффекта, заключающегося в повышении точности измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий, радиус которых неизвестен либо нет возможности определить его контактным способом, Сущность способа заключается в определении радиуса электропроводящих цилиндрических изделий бесконтактным методом с последующим нахождением электропроводности изделия на каждой фиксированной частоте возбуждающего электромагнитного поля, и определении по полученным результатам измерений температуры и ее распределения в сечении контролируемого изделия, радиус которого неизвестен.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующая предложенный способ; на фиг.2 — зависимость параметра N от обобщенного параметра Х изделия.

Устройство для реализации способа (фиг,1) содержит два идентичных вихретоко5

40 вых преобразователя 1 и 2 проходного типа с одинаковыми числами витков намагничивающих 3,4 и измерительных 5,6 катушек, перестраиваемый генератор 7 синусоидальных колебаний, амперметр 8, частотомер 9, интегратор 10, усилитель 11, вольтметр 12 и переключатель 13. Контролируемое изделие

14 размещено в полости преобразователя 1.

Намагничивающие катушки 3 и 4 преобразователей 1 и 2 соединены последовательно-согласно и через амперметр 8 подключены к выходу генератора 7, куда также подключен частотомер 9. Измерительные катушки 5 и 6 преобразователей 1 и 2 соединены между собой через переключатель 13 последовательно-встречно и подключены к интегратору 10, Последний выходом соединен с вольтметром 12 через усилитель 11.

Известно, что вносимая ЭДС Евн, обусловленная вносимым магнитным потоком

Ô н равна

Евн = 7 (Рг,иэфф — 1 ) Ео, (1) где ? — коэффициент заполнения, д

=а /а о, где а и ао — радиусы соответственно контролируемого изделия 14 и измерительных катушек 5 и 6 вихретоковых преобразователей 1 и 2; ,иг — магнитная проницаемость изделия,,и„= 1; ,и,фф — эффективная магнитная и роницаемость, определяющая степень ослабления магнитного потока за счет вихревых токов;

Ео — ЭДС, обусловленная магнитным потоком Фо преобразователя 1 без изделия.

Из (1) можно найти комплексный нормированный безразмерный параметр

N - (., -1 ) (2)

Амплитуда комплексного параметра N записывается в виде

Евн Фвн

Е ч где Йе,ивфф и Im è ôô — действительная и ю 1 мнимая части,и,фф .

В таблице приведен фрагмент табличных данных зависимостей Re è,ôô, Im è ôô, амплитуды параметра N и приращений амплитуды Л N комплексного параметра N от величины обобщенного параметра Х изделия, полученных с помощью справочных данных по функции Бесселя, Из таблицы видно, что максимальное значение приращения Л N параметра N co1739214 ответствует величине обобщенного параметра Х = 1,6. Поскольку амплитуда N связана с амплитудой вносимого магнитного потока Фьн соотношением (3), то и максимальное значение приращения Лй соответствует максимальному значению приращения амплитуды вносимого магнитного потока ЛФм (при поддерживании постоянной амплитуды магнитного потока

Фо ), При этом известно значение амплитуды N параметра N, N = 0,2929802 (см. таблицу ), и радиус изделия находят по формуле а = ао = 1,84774847 ао о N о (4) где Ф н — амплитуда вносимого магнитного потока, соответствующая максимальному значению приращения (Лен ) макс °

Электропроводностьо изделия onределяют по формуле

o =Х /(а,ио 2xf), (5) используя графическую (либо табличную) зависимость амплитуды N комплексного параметра N от обобщенного параметра Х, полученную также с использованием справочных данных по функции Бесселя; где,ио — магнитная постоянная,,ио=

=4л 1 0 Гн/м, f — частота, на которой определяюттемпературу изделия, Глубину проникновения д возбуждающего электромагнитного поля в изделие находят из соотношения д = 2 а/Х. (6) Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий осуществляется следующим образом. Переключатель 13 (фиг.1) устанавливают в положение а, Контролируемое изделие 14 размещают в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя 1 и фиксируют амплитуду возбуждающего поля Фо (силу тока генератора

7) и начальную частоту f> поля (генератора

7). Вольтметром 12 измеряют амплитуду вносимого магнитного потока - Фьн1 Далее с постоянным интервалом Ж изменяют частоту генератора 7 и фиксируют ее новое значение fz, поддерживая при этом амплитуду возбуждающего поля Фо постоянной (контроль по амперметру 8), Вольтметром

12 измеряют следующее значение вносимого магнитного потока Фьн при этом определяют первое приращение амплитуды вносимого магнитного потока (Фан )1 Фуг — Фьн1 соответствующее частоте f< Затем аналогичным образом измеряют амплитуды потока Ф н при дискретном с постоянным интервалом изменении частоты возбуждающего поля до момента нахождения максимального значения приращения вносимого магнитного потока (Л он )макс,соответствующего определенной (измеренной частотомером 9) частоте Г поля и измеренному вольтметром 12 значению

I вносимого магнитного потока Ф,„. Затем переводят переключатель 13 в положение б и вольтметром 12 и измеряют величину магнитного потока Фо.

По формуле (4) определяют радиус а изделия.

Из соотношения (5) находят электроп роводность o (с учетом, что f = f, Х= 1,6), По формуле (6) рассчитывают глубину проникновения д электромагнитного поля в изделие (при этом полученное значение

o является усредненным по этой глубине проникновения).

По полученному значению электропроводности o используя градуировочный график или известную зависимость, определяют среднюю температуру контролируемого слоя изделия, соответствующего данной глубине проникновения магнитного поля.

После этого переводят переключатель

13 в исходное положение а и, дискретно изменяя частоту генератора 7 и поддерживая постоянной амплитуду магнитного потока Ф, преобразователя без изделия, измеряют амплитуду вносимого магнитного потока Ф4н на каждой фиксированной частоте. По формуле (3) находят значение амплитуды N параметра N, по графику (фиг,2) либо рассчитанной с помощью справочных данных по функциям Бесселя табличной зависимости N = f(x) определяют величину параметра х и получают новые значения д и д соответствующие фиксированным часто45 там возбуждающего поля. Далее по градуировочному графику или известной зависимости определяют температуру соответствующего слоя изделия.

Определяя среднюю температуру в двух

50 соседних слоях изделия, соответствующих двум глубинам проникновения магнитного поля д> и д2 при двух достаточно близких частотах f u fz генератора 7, можно с требуемой точностью определить действитель55 ную температуру узкого слоя изделия толщиной Лд = д1 — Oz, а для множества дискретных значений частот возбуждающего электромагнитного поля — профиль распределения температуры по сечению издел ия.

1739214

Изобретение позволяет с высокой точностью измерять температуру и распределение температур по сечению электро п роводя щих изделий бесконтактным методом, радиус которых неизвестен или нет возможности измерить его контактным методом.

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий по авт.св. N . 1125479, о тл и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности бесконтактного измерения температуры, при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля определяют приращения амплитуды маг5 нитного поля в изделии для следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного поля, а измерение амплитуды магнитного поля в изделии осуществляют на частоте возбуж10 дающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного поля в изделии.

R8 э э

0,145172

0,169931

0,195324

0,220813

0,245819

0,269756

0,292068

0,312269

0,329967

0,344896

0,0266501

0,0281442

0,0293270

0,0301589

1,2

1,3

1,4

0,0306143

1,5

1,6

0,0306824

0,0303728

0,0297063

0,0287264

0,0274858

1,7

1,8

1,9

2,0

Фиг. I

0,970768

0,959304.

0,945146

0,928154

0,908299

0,885679

0,860523

0,833179

0,804093

0,773777

0,1480857

0,1747358

0,2028800

0,2322070

0,2623659

0,2929802

0,3236626

0,3540354

0,3837417

0,4124681

1739214

Фиг. 2