Способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии

 

Сущность изобретения; в переменное электромагнитное поле вихретокового преобразователя (ВТП) помещают ферромагнитное изделие. Изменяют глубину проникновения магнитного поля в изделие путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля ВТП. Для каждой глубины измеряют сдвиг фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре между изделием и катушками ВТП, суммарный магнитный поток и магнитный поток в зазоре между катушками , по которым определяют глубину проникновения магнитного поля и электропроводность изделия. По полученным значениям определяют распределение температуры по сечению изделия. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!! !! цэ G 01 К 7/38

ГОСУДАРСТВЕН<ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782903/10 (22) 15.01.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) Пермский политехнический институт (72) В.А, Панов, С,А, Панов, Б.С. Игнатьев и

A.Н. Сорокина (56) Заявка Японии № 54 — 794, кл. G 01 К 13/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 1125479, кл. 6 01 К 7/38, 1982, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В

ЭЛ Е КТРОПРО ВОДНОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ИЗДЕЛИИ (57) Сущность изобретения; в переменное электромагнитное поле вихретокового преИзобретение относится к области термометрии и может быть использовано для бесконтактного измерения температуры ферромагнитных цилиндрических изделий в процессе их технологической обработки.

Известен способ определения температуры, заключающийся в размещения цилиндрического изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии и определении

его электропроводности с последующим вычислением по измеренным величинам искомой температуры (1).

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная определением осредненной температуры по сечению изделия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому реобраэователя (ВТП) помещают ферромагнитное изделие. Изменяют глубину проникновения магнитного поля в изделие путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля ВТП. Для каждой глубины измеряют сдвиг фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре между изделием и катушками ВТП, суммарный магнитный поток и магнитный поток в зазоре между катушками, по которым определяют глубину проникновения магнитного поля и электропроводность иэделия. По полученным значениям определяют распределение температуры по сечению иэделия. 1 ил. эультату является способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии, заключающийся в размещении изделия в д переменном магнитном поле катушек вихретокового преобразователя, изменении глубины проникновения магнитного поля в изделие, измерении сдвига фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным 4 потоком в зазоре между изделием и катуш- ОО ками, суммарного магнитного потока и магнитного потока в воздушном зазоре между катушками при спотеетстаующеи теубиие проникновения магнитного поля. определе- в нии этой глубины и электропроводности материала иэделия с последующим определением по полученным значениям распределения температуры по сечению изделия (2).

1770781

20 tg p (5) а

Ео сов p> — (1 — — Е1

2/ ао,и = 1/Н, (2) (7) Недостатком известного способа является низкая точность определения температуры вследствие изменения сопротивлений реактивных элементов вихретокового преобразователя при изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля, Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения распределения температуры в сечении изделия изменение глубины проникновения магнитного поля в изделие осуществляют путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля вихретокового преобразователя, На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство содержит вихретоковый преобразователь (ВТП) 1, состоящий из возбуждающей 2 и измерительной 3 обмоток, и обмотки 4 подмагничивания, в котором размещено ферромагнитное изделие 5, источник 6 опорного напряжения, потенциометр

7., операционный усилитель 8, генератор 9, амперметр 10, вольтметр 11, фазометр 12 и трансформатор 13, Устройство работает следующим образом, Контролируемое ферромагнитное изделие 5 размещают в переменном электромагнитном поле ВТП 1 и потенциометром 7 фиксируют ток обмотки 4.

Известно, что напряженность магнитного поля где 1 — ток обмотки 4 подмагничиаания;

Nl — число витков обмотки;

1 — длина обмотки где,и — магнитная проницаемость изделия

5.

Таким образом, задавая ток подмагничивания, задают напряженность постоянного магнитного поля, а следовательно, и магнитную проницаемость и . Затем фазоме ром 12, опорный сигнал для которого снимается со вторичной обмотки трансформатора 13, первичная обмотка которого включена последовательно с амперметром

10 и возбуждающей катушкой 2, измеряют угол уЪ сдвига фаз между суммарным магнитным потоком Фо и магнитным потоком

Ф1 в воздушном зазоре между изделием 5 и катушками ВТП. Затем определяют магнитный поток Ф2 в самом изделии из соотношения: (щ = ф +ф — 2(рой>cospo (3)

Величину магнитного потока Ф1 в зазоре можно определить из соотношения

Ф = ао -а Но, (4) () где а — радиус иэделия; ао — радиус катушек ВТП; ,ио — магнитная постоянная;

Но — напряженность магнитного поля в

15 зазоре.

Далее определяют тангенс угла сдвига . фаз между магнитными потоками в изделии и вне его. где Š— измеряемая вольтметром 11 суммарная ЭДС, связанная с магнитным потоком Фо, 30 Е1 — значение ЭДС, полученное в отсутствии изделия 5, Кроме того, комплексную величину магнитного потока в изделии можно выразить зависимостью:

Но yi Г!1 у Я Но о у где Io, Il — модифицированные функции Бес40 селя первого рода нулевого и первого порядков от комплексного аргумента (Y i);

f — частота возбуждающего электромагнитного поля;

o — удельная электрическая проводи"5 масть материала иэделия;

Z — безразмерный параметр, фаза которого совпадает с фазой магнитного потока в изделии;

Y — обобщенный параметр, связанный с глубиной д проникновения магнитного поля в изделие у =аЧ2л рроо= — —, 2 а

С помощью справочных данных по функции Бесселя можно рассчитать зависимость tg p и модуля параметра Z от обобщенного параметра У, по которым, ис1770781

: т — -@ 121

21а . Ho (8) пользуя полученное значение g у, можно определить глубину д про .икновения магнитного поля и усредненную по этой глубине величину электропроводности о для данноГо значения магнитной проницаемости:

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

Дискретно, движком потенциометра 7. изменяют ток в обмотке 4, изменяя напряженность постоянного магнитного поля

ВТП. Определяют Ф2 и tg p при каждом фиксированном значении,и иэделия и получают новые значения д и а, соответствующие этим значениям р .

Определяя среднюю температуру в двух соседних слоях изделия, соответствующих двум глубинам проникновения магнитного поля — д1 и 02 при двух достаточно близких значениях магнитной проницаемости,и1 u pz определяют действительную температуру узкого слоя изделия толщиной

Лд =д1 — д, а для множества дискретных значений р — профиль распределения температуры по сечению изделия.

Систематическая погрешность измерения, обусловленная изменением сопротивлений паразитных емкостей ВТП, исключена благодаря сохранению постоян5 ства частоты электромагнитного поля, Максимальная измеряемая температура Тмакс = (0,6 — 0.8), Тк, где Т, — точка Кюри, Формула изобретения

Способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии, заключающийся в размещении изделия в переменном магнитном

15 поле катушек вихретокового преобразователя, изменении глубины проникновения магнитного поля в иэделие, измерении сдвига фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре

20 между изделием и катушками, суммарного магнитного потока и магнитного потока в воздушном зазоре между катушками при соответствующем глубине проникновения магнитного поля, определении этой глуби25 ны и электропроводности материала изделия с последующим определением по полученным значениям распределения температуры по сечению иэделия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

30 точности, изменение глубины проникновения магнитного поля в изделие осуществляют путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля вихретокового преобразователя.