Преобразователь для измерения магнитной индукции в движущихся изделиях

 

Сущность изобретения: преобразователь содержит измерительные обмотки 1, 3, установленные на желобе 2. Благодаря выполнению обмоток 1(3) в виде двух П-образных полуобмоток ГДЕЖ(ГБ А Ж) и ВБАЗ(ВД Е 3) и соответствующих прямолинейных участков ВГ и ЗЖ преобразователь позволяет контролировать изделия, намагниченные как вдоль, так и поперек направления движения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК а!)5 G 01 R 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1 r ОЗ 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4793342/21, 4792679/21 (22) 19.02,90 (46) 15.07.92, Бюл. N. 26 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) С. Г,Сандомирский (53) 621.317,44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1302180, кл. G 01 R 27/72, 1983, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ДВИЖУЩИХСЯ ИЗДЕЛИЯХ

„„Я „„1748102 А1

2 (57) Сущность изобретения: преобразователь содержит измерительные обмотки 1, 3, установленные на желобе 2. Благодаря выполнению обмоток 1(3) в виде двух П-образных полуобмоток ГДЕЖ(ГБ А Ж) и

В БАЗ(ВД Е 3) и соответствующих прямолинейных участков ВГ и ЗЖ преобразователь позволяет контролировать изделия, намагниченные как вдоль, так и поперек направления движения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил, 1748102

4, 10

45

55

Изобретение относится к определению магнитных свойств иэделий из твердых материалов, в частности к области измерения остаточной магнитной индукции в движущихся малогабаритных ферромагнитных изделиях (например, постоянных магнитах).

Известно применение магниточувствительных преобразователей (датчики Холла,. феррозонды) для измерения величины магнитной индукции движущихся намагниченных изделий из ферромагнитных материалов. О величине остаточной индукции в изделиях судят по сигналам, возникающим в преобразователях при движении мимо них намагниченных изделий, Недостаток известных преобразователей — низкая точность измерения остаточной магнитной индукции в движущемся изделии, обусловленная сильным влиянием на сигналы магниточувствительных преобразователей вибрационных смещений измеряемых изделий, неизбежно возникающих в процессе движения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь для измерения магнитной индукции в движущихся изделиях, состоящий из измерительной обмотки, сквозь которую движутся намагниченные изделия. Плоткость расположения обмотки перпендикулярна направлению движения изделий. В качестве информационного параметра сигнала обмотки используют интеграл от однополярной полуволны ЭДС, индуцирован ной в обмотке движущимся изделием. По сравнению с магниточувствительными .. преобразователями индукционная обмотка. сквозь которую движутся изделия, характеризуется меньшей чувствительностью к вибрационным смещениям измеряемых изделий, а интегрирование ее сигнала обеспечивает отстройку и от изменений скорости движения иэделий.

Недостаток известного преобразователя — в его ограниченных. функциональных возможностях, проявляющихся в том, что он не позволяет измерять величину магнитной индукции в изделиях, намагниченйых поперек своей продольной оси(например, в плоских постоянных магнитах), При движении таких иэделий вдоль направляющей (когда продольные оси изделия и направляющей совпадают) ЭДС в обмотке известного преобразователя не возникает. Измерение величины магнитйой индукции в таких изделиях при их движении вдоль направления намагничивания осуществить. при массовом поточном измерении и контроле изделий практически невозможно вследствие низкой точности измерений. обусловленной тем; что ориентация изделий относительно направляющей и, следовательно, относительно обмотки преобразователя будет меняться произвольным образом.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем измерения и продольно, и поперечно намагниченных изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе для измерения магнитной индукции в движущихся иэделиях, содержащем измерительную обмотку, сквозь которую движутся намагниченные изделия, обмотка выполнейа в виде двух П-образных полуобмоток, расположенных в параллельных плоскостях по разные стороны от соответствующих прямолинейных участков, соединяющих основания П-образных полуобмоток. С целью повышения чувствительности и селективности измерения преобразователь снабжен второй измерительной обмоткой, идентичной первой обмотке, участки которой расположены симметрично участкам первой обмотки относительно оси движения изделий; и переключателем, содержащим два синхронных коммутатора двух входов на один выход.

Первый выход коммутатора является одним из выходов преобразователя, вторым выходом которого является один иэ выводов первой обмотки, второй вывод которой присоединен к второму выходу переключателя, к первому и четвертому входам которого присоединен один из выводов второй обмотки, второй вывод которой присоединен к aiopoMy и третьему входам переключателя.

Конструктивные особенности предлагаемого преобразователя, определяющие конфигурацию его обмотки, обеспечивают измерение магнитной индукции как в продольно, так и в поперечно намагниченных изделиях при их движении сквозь преобразователь вдоль своей продольной оси. За счет этого и достигается расширение функциональных возможностей преобразователя. Конструктивные особенности второй обмотки в совокупности с использованием переключателя обеспечивают селективное измерение (в зависимости от положения переключателя) продольной или поперечной составляющей магнитной индукции в изделии, повышение чувствительности преобразователя, По сравнению с магниточувствительными преобразователями, использование которых возможно для измерения магнитной индукции как продольно, так и поперечно намагниченных изделиях в процессе их дви- . жения, предлагаемый преобразователь

1748102 обеспечивает повышений точности иэмере- 11 обозначен первый выход переключателя

- ния величины магнитной индукции в изде- 8, на который могут поочередно коммутиролиях эа счет снижение влияния на ваться его первый и второй входы 9 и 10. результаты измерения неизбежно возника- Третий и четвертый входы переключателя 8 ющих при движении поперечных смещений 5 обозначены позициями 12 и 13, э позицией намагниченных изделий, позволяет исполь- 14 обозначен второй выход переключателя зовать более простые технические средства 8, на который могут поочередно коммутиродля формирования и обработки информаци- ваться его третий или четвертый входы 12 и онного сигнала, получить более стабильные 13. Переключатель 8 может осуществлять эксплуатационные (временные и темпера- 10 коммутацию своих первого.й второго выхотурные) характеристики. дов 11 и 14 или соответственНо "на первый

На фиг. 1 изображены измеряемые иэ- вход 9 и третий вход 12, или с6ответственно делия, намагниченные в продольном (а) и на второй вход 10 и четвертый вход13(фиг. поперечном (б) направлениях (большой 5). Позициями 15 и 16 обозйачены выходы стрелкой показано направление движения 15 преобразователя, а точками на фиг.бусловизделий в процессе измерения); на фиг, 2 — но показаны начала обмоток 1 и 3. схема пространственного расположения Преобразователь работает следующим обмотки преобразователя, обозначенной образом. позицией 1 и расположенной вдоль контура Измеряемое намагниченное изделие, АБВГДЕЖЗА (позицией 2 обозначен на- 20 изображенное на фиг, 1, движется вдоль правляющий желоб, вдоль которого движут- направляющего желоба 2 и в процессе свося изделия в процессе измерения); на фиг. его движения проходит сквозь обмотку 1

3 — схема пространственного расположейия преобразователя (фиг. 2), вызывая появлевторой обмотки преобразователя, обозна- ние на его выходе индуцированной ЭДС ченной позицией 3 и расположенной вдоль 25 F. (t). По закону электромагнитной индукции контура А ЖЗЕ Д ВГБ А ; на фиг. 4 — обмот- d Ф ки преобразователя, изображенные совме- е(t) = — N, (1) стно; на фиг. 5 — электрическая схема где N — количество витков в обмотке 1, преобразователя; на фиг. 6 — временные ф = Фгдкжг + Фкгвзж + ФАБвзА, (2) диаграммы сигналов преобразователя при 30 ФгдБжг Фжгэзж и ФАБвзА-магнитныепоизмерении и о ольно а и поп ечн р р до но (а) и поперечно (б) токосцепления измеряемого изделия с соотнамагниченных изделий, ветствующим контуром.

При измерении продольно намагниченжелоб 2, вдоль которого движутся изделия ного изделия (фиг. 1 а) в процессе ecего в процессе измерения. Полувитки обмотки 35 движения изделия сквозь преобразователь

1 (П-образные полуобмотки) преобразова- фжгБзж= 0 теля расположены вдоль конт ов ЗАБВ и

ГДЕЖ в двух разных параллельных плоскод уров ЗАБВ и Тогда из (1) и (2) следует, что при измеУ Р Р е нь х с рении продольно намагниченных изделий стЯх, перпендикУлЯРнЫх напРавлению дви- ЭДС преобразователя будет равна жения изделия. Указанные полувитки 40 соединяются между собой участками обмот- е(t) =-N .. (3) Г ЕЖГ + АБВЗА ки, параллельными направлениЮ движения В

t ид этой ЭДС изображен на фиг. 6а (он изделий и расположенными вдоль отрезков соответствует виду ЭДС преобразовэтеляВто ая обмотка 3 т прототипа при измерении продольно намагтоРаЯ обмотка 3 также охватывает на- 45 ниченных издел ) М р ниченных изделий). Момент времени t ((фиг. правпяющий желоб 2 и ее полувитки расположены вдоль контуров ЖА Б Г и ЗЕ Д В измеряемого изделия с преобразователем. симметрично полувиткам обмотки 1 относи- B 3TO МОМеНТ в eM HN движениЯ изделий; олУвитки косцепление практически равйо нулю. Мообмотки 3 соединяются между собой участ- 50 мент в еме ни ками о отки, паРаллельными направле- симметричному положению изделия в обнию ДвижениЯ изделий и Расположенными . мотке и ео мотке преобразователя. В этот момент сумвдоль отрез о ЗЖ вЂ” ГВ, В оды первой марное потокосцепление Фг Бжг+ФАБцэА обмотки 1 обозначены позицйями 4 и 5, а максимально (если расстояние ЖЗ = ГВ выводы второй обмотки 3 обозначены пози- 55 циями 6 и 7. Пози ией 8 б меньше длины измеряемого иэделия, Моциями и . озицией8обозначенпереклюмент времени тз соответствует окончанию взаимодействия измеряемого иэделия с чатель, соде жащий два синхронных коммУтатоРа двУх входов на один выход. и еоб а ова прео разователем, когда их магнитное поервый и второй входы переключателя 8 обозначе о означены позициями 9 и 10. а позицией токосцепление становится равным нулю.

1748102

Информацию о величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь $1 однополярного импульса индуцированной ЭДС, соответствующая интервалу времени (с1, сг)(или (tz, сз)), величина которой пропорциональна макс (Фгдежг+ ФАьвзф т.е, величине магнитной индукции в изделии при прохождении его сквозь . преобразователь.

Измерение площади S> îäíîïoëÿðíoão импульса ЭДС е(с) осуществляется известными средствами(например, как в прототипе).

Преобразователь может быть расположен как в зоне воздействия продольного магнитного поля, так и в зоне, где магнитное поле скомпенсировано или отсутствует,В соответствии с этим будет осуществляться измерение индукции в изделии под воздействием магнитного поля заданной, величины, или остаточной магнитной индукции.

При.измерении поперечно намагниченного изделия (фиг. 1 б) в процессе всего движения изделия сквозь преобразователь

Фгдежг = ФАьвзА О, Тогда из (1) и (2) следует, что при измерении поперечно намагниченных изделий ЭДС преобразователя будет равна

g ц Фжг83ж

dt

Вид этой ЭДС изображен на фиг. 66.

Момент времени с4 соответствует началу взаимодействия поля рассеяния измеряемого изделия с преобразователем, момент времени t5 — моменту пересечения торцом изделия плоскости ГДЕЖ. Момент времени се соответствует симметричному положению изделия в преобразователе. В этот момент времени магнитное потокосцепление фжгазж изделия и преобразователя максимально. Момент времени с7 соответствует моменту пересечения задним торцом изделия плоскости АБВЗ, а момент времени te соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с,преобразователем.

Информацию о величине магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь

$2 однополярного импульса индуцированной ЭДС, соответствующая интервалу времени (а, св) (или (св, с7)), величина которой пропорционально макс Ф кгазж, т.е. величина магнитной индукции в изделии при прохождении его сквозь преобразователь.

Измерение площади $ однополярного импульса ЭДС (с) осуществляется, как и при измерении продольно намагниченных иэделий, известными средствами. Преобразователь может быть расположен как в зоне воздействия поперечного магнитного поля, так и в зоне, где магнитное поле скомпенсировано или отсутствует. В соответствии с этим будет осуществляться измерение индукции в иэделии под воздействием магнит5 ного поля заданной величины, или остаточной магнитной индукции, Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет измерять магнитную индукцию как в продольно, так и в поперечно

10 намагниченных изделиях в процессе их движения, за счет чего и достигается расширение его функциональных возможностей по сравнению с прототипом, ЭДС, индуцированные в предлагаемом преобразователе

15 продольно и поперечно намагниченными изделиями, имеют существенно различный вид (фиг. 6). Это позволяет определить не только величину, но и направление магнитной индукции в изделии по форме ЭДС пре20 образователя, Для обеспечения селективности измерения заданной (продольной или поперечной) составляющей - магнитной индукции в изделии и повышения чувствительности

25 преобразователя к измеряемым значениям индукции целесообразно использовать преобразователь по и. 2 формулы изобретения.

Преобразователь работает следующим образом.

30 При измерении продольно намагниченных изделий переключатель 8 устанавлива. ется в положение (изображенное на фиг. 5), в котором его первый и второй выходы 11 и

14 подключены соответственно к второму и

35 четвертому входам 10 и 13. При этом электрическое соединение преобразователя осуществляется по следующей схеме: первый выход 15 преобразователя — первый выход

11 переключателя 8 — второй вход 10 пере40 ключателя 8- второй вывод 7 второй обмотки 3 — первый вывод 6 второй обмотки 3— четвертый вход 13 переключателя 8 — второй выход 14 переключателя 8 — второй вывод 5 первой обмотки 1 — первый вывод 4 первой

45 обмотки 1 — второй выход 16 преобразователя. Измеряемое изделие, изображенное на фиг. 1а, движется вдоль направляющего желоба 2 и в процессе своего движения проходит сквозь обмотки 1 и 3 преобразовате50 ля,. вызывая появление на его выходах индуцированной ЭДС. Включение обмоток

1 и 3 преобразователя при помощи переключателя 8 осуществлено таким образом, что ЭДС, индуцируемая движущимся про55 дольно намагниченным изделием в полувитке ЖА Б Г второй обмотки 3 и полувитке

ГДЕ 6 первой обмотки 1, складываются друг с другом так же, как и ЭДС, индуцируемые продольно намагниченным изделием в полчвитках ВД E 3 и ЗАБВ второй и первой

1748102

10

20

30

40 обмоток 3 и 1. Суммарный вклад прямолинейных участков ЖЗ и ГВ первой и второй обмоток 1 и 3 в результирующий сигнал преобразователя равен нулю. Поэтому результирующий сигнал преобразователя в каждый момент времени определяется изменением магнитного потокосцепления изделия с контурами А Б ДЕА и АБД Е А, в которых расположены полувитки обмоток 1 и 3 преобразователя, Амплитудно-временная зависимость этого сигнала при движении продольно намагниченного иэделия сквозь преобразователь изображена на фиг, 6а, (Движение паперечна намагниченного изделия сквозь преобразователь при рассматриваемом его включении не вызывает появления ЭДС на его выходах).

Момент времени tp (фиг. 6а) соответствует началу взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем; В этот момент времени их магнитное потокосцепление практически равно нулю. Момент времени

tz соответствует симметричному положению изделия в обмотках преобразователя.

В этот момент времени их магнитное потакасцепление максимально, Момент времени тз соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем, когда их магнитное потокосцепление становится равным нулю, Информацию о величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь S< однополярного импульса индуцированной ЭДС. соответствующая интервалу времени ftl t2) (или (т, uD величина которой пропорциональна максимальному магнитному патокосцеплению измеряемого изделия с обмотками преобразователя, т.е. величине остаточной индукции в иэделии. Измерение полощади S> однополярного импульса ЭДС e (t) осуществляется известными средствами (например, как в прототипе).

Таким образам, предлагаемый преобразователь осуществляет селективное измерение магнитной индукции в продольно намагниченных изделиях, При этом чувствительность к величине индукции (площадь однополярного импульса S>) вдвое выше, . чем при использовании лишь одной первой обмотки 1.

Для измерения остаточной магнитной индукции в поперечно намагниченных изделиях (фиг. 1б) необходимо переключатель 8 установить в положение, в котором его первьгй и второй выходы 11 и 14 подключены соответственно к первому и третьему входам 9 и 12. При этом электрическое соединение преобразователя осуществляется по следующей схеме: первый выход 15 преобразователя — пе::вый выход 11 переключателя 8 — первый вход 9 переключателя 8— первый вывод 6 второй обмотки 3 — второй вывод 7 второй обмотки 3 — третий вход 12 переключателя 8 — второй выход 14 переключателя 8 — второй вывод 5 первой обмотки 1 — первый вывод 4 первой обмотки 1— второй выход 16 преобразователя.

Измеряемое иэделие, изображенное на фиг, 1б, движется вдоль направляющего же- . лоба 2 и в процессе своего движения проходит сквозь"обмотки 1 и 3 преобразователя, вызывая появленйе íà его выходах индуцированной ЭДС, Включение обмоток 1 и 3 преобразователя при помощи переключателя 8 осуществлено таким образом, что ЭДС, индуцируемое движущимся поперечно намагниченным изделием в полувитке ЖЕДГ первой обмотки 1 и полувитка ЖА .БТ второй обмотки 3, складываются друг с другом так же, как и ЭДС, индуцируемые движущимся паперечно намагниченным изделием в полувитках ЗАБВ и ЗЕ Д В первой и второй обмоток 1 и 3 (хотя соответствующие полувитки обмоток 1 и 3 и включены встречна, на и ЭДС в этих полувитках индуцируется паперечно намагнйчейным изделием противоположной полярности). Суммарный вклад прямолинейных участков ЖЗ и ГВ первой и второй обмоток 1 и 3 в результирующую ЭДС при движении измеряемых изделий сквозь преобразователь и в этом случае равен нулю, Результирующий сигнал преобразователя в каждый момент времени определяется практически изменением магнитного потакасцепления изделия с контуром

ЗЖГВЗ. Амплитудно-временная зависимость этага сигнала при движении поперечна намагниченного изделия сквозь преобразователь изображена на фиг. 6б (движение продольно намагниченного изделия сквозь преобразователь при рассматриваемом ега включении йе вызывает появления ЭДС на его выходах), Момент времени tp (фиг. бб) соответствует началу взаимодействия поля расСеяния измеряемого иэделия с преобразователем, момент времени ь — моменту пересечения передним торцом изделия плоскоСти А Б ДЕ. Момент времени ts соответству ет симметричному положению изделия в преобразователе. В этот момент времени магнитное патакосцепление изделия и преобразователя максимально. Момент времени тт соответствует моменту пересечения задним торцом изделия плоскости

АБД Е, а момент времени te соответствует окончанию взаимодействия измеряемого изделия с преобразователем. Информацию

1748102

12 о величине остаточной магнитной индукции в измеряемом изделии несет площадь $г однополярного импульса индуцированной

ЭДС, соответствующая интервалу времени (т, о)(или (с6. ст), величина которой пропор- 5 циональна максимальному магнитному потокосцеплению измеряемого изделия с обмотками преобразователя, т,е. величине остаточной индукции в изделии. Величина

$г вдвое больше, чем в случае использова- 10 ния одной лишь первой обмотки 1. Измерение площади $г однополярного импульса

ЭДС е (t) осуществляется, как и при измерении продольно намагниченных иэделий, известными средствами. 15

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет селективно измерять магнитную индукцию как в продольно, так и в поперечно намагйиченных изделиях в процессе их движения. 20

Формула изобретения

1. Преобразователь для измерения маг нитной индукции в движущихся изделиях, содержащий измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью 25 расширения функциональных возможностей преобразователей за счет контроля как продольно, так и поперечно намагниченных изделий, измерительная обмотка выполне4А на в виде двух П-образных полуобмоток и двух прямолинейных участков, при этом Побразные полуобмотки расположены в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси преобразователя, по разные стороны от прямолинейных участков, размещенных параллельно оси преобразователя и соединяющих концы П-образных полуобмоток, 2. Преобразователь по и, 1, отл и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен сдвоенным переключателем и второй измерительной обмоткой, идентичной первой измерительной обмотке, при этом П-образные полувитки второй измерительной обмотки расположены симметрично П-образным полувиткам первой измерительной обмотки относительно оси преобразователя, причем первый выход сдвоенного переключателя соединен с первым выходом преобразователя, второй выход которого соединен с первым выводом первой измерительной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым выходом сдвоенного переключателя, первый и четвертый входы которого подключены к первому выводу второй измерительной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым и третьим входами сдвоенного переключателя.

1748102

E(t) I

Составитель С. Сандомирский

Техред M.Морге нтал Корректор Т. Палий

Редактор С. Лисина

Заказ 2503 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101