Устройство для измерения длины ферромагнитных изделий

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерениям длин протяженных ферромагнитных изделий и скорости их перемещения методом магнитных меток. Технический результат - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит узел записи магнитных меток, узел воспроизведения, блок первичного импульса и счетчик числа меток, в устройство дополнительно введены блок сравнения и генератор импульсов. Узел воспроизведения выполнен в виде двух феррозондовых магнитометров, блока сравнения состоит из схемы логического "И" и двух компараторов. Входы первого компаратора подключены к выходам феррозондовых магнитометров, а его выход к первому входу логического "И", второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, подключенного первым входом к выходу первого магнитометра, вторым входом - к опорному напряжению. Выход схемы логического "И", являющийся выходом блока сравнения, подключен к "счетному" входу счетчика меток и первому входу узла записи, второй вход которого подключен к блоку первичного импульса, а вход "обнуления" счетчика меток подключен к выходу генератора импульсов. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерениям длин протяженных ферромагнитных изделий и скорости их перемещения методом магнитных меток.

Известно устройство для определения глубины скважины, содержащее мерную базу, на которой на фиксированном расстоянии друг от друга размещены импульсный магнит и датчик магнитных меток, генератор тока меток и счетно-логический блок (авт. свид. N 1319666, кл. E 21 B 47/00). Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная низкой разрешающей способностью (1 м), что при регистрации геофизической информации в скважине с шагом квинтования 0,1 м и менее требует применения дополнительных устройств, вырабатывающих управляющие импульсы через каждый 0,1 м и менее длины опускаемого изделия.

Кроме того, известное устройство не позволяет измерить скорость перемещения протяженного ферромагнитного изделия.

Известно устройство для измерения длины ферромагнитных изделий, содержащее узел, записи магнитных меток, узел воспроизведения (выполненный с использованием магнитных головок, блок первичного импульса и счетчика числа меток (авт. свид. N 326439, кл. G 01 B 7/04). Недостатком известного устройства является низкая точность измерения при низких и непостоянных скоростях движения изделий.

Указанный недостаток обусловлен тем, что при движении магнитной метки относительно неподвижной магнитной головки узла воспроизведения ЭДС, возникающая в обмотке головки, прямо пропорциональна скорости движения, и при малых и непостоянных скоростях мала и соизмерима с уровнем шумов. Поэтому невозможно определить центр магнитной матки, а следовательно, невозможно получить и высокую точность измерения. Кроме того, известное устройство не позволяет измерять скорость перемещения протяженного ферромагнитного изделия.

Техническим результатом при использовании изобретения является повышение точности измерения длины ферромагнитных изделий, а также расширение функциональных возможностей устройства.

Указанный результат достигается тем, что в устройство, для измерения длины ферромагнитных изделий, содержащее узел записи магнитных меток, узел воспроизведения, блок первичного импульса и счетчик числа меток, дополнительно введены блок сравнения и генератор импульсов, а узел воспроизведения выполнен в виде двух феррозондовых магнитометров, причем блок сравнения состоит из схемы логического "И" и двух компараторов, при этом входы первого компаратора подключены к выходам феррозондовых магнитометров, а его выход к первому входу схема логического "И", второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, подключенного первым входом к выходу первого магнитометра, вторым входом к опорному напряжению, а выход схемы логического "И", являющийся выходом блока сравнения, подключен к "счетному" входу счетчика числа меток и первому входу узла записи, второй вход которого подключен к блоку первичного импульса, а вход "обнуления" счетчика числа меток подключен к выходу генератора импульсов.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид, на фиг. 2 схематическое изображение размеченного участка (магнитной метки) относительно узла воспроизведения.

Устройство содержит блок 1 первичного импульса, выход которого подключен к первому входу узла 2 записи, узел 3 воспроизведения, состоящий из двух магнитометров 4, 5 (первичные преобразователи, феррозонды которых обозначены на фигуре 1 стрелками I и II), выходы которых подключены ко входам блока 6 сравнения, состоящего из компараторов 7, 8 и схемы логического "И" 9, причем выход компаратора 7 подключен к 1-му входу схемы "И" 9, 2-ой вход которой подключен к выходу компаратора 8, 1-й вход которого соединен с 1-м входом компаратора 7. Выход схемы логического "И" 9 подключен ко 2-му входу узла записи 2 и 1-му ("счетному") входу счетчика 10, 2-ой вход компаратора 8 подключен к уровню И, а 2-ой вход ("обнуления") счетчика 10 подключен к выходу дополнительно введенного генератора 11 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении контролируемого изделия на исходную позицию по команде "пуск" на узел 2 записи, поступает с блока 1 команда на формирование магнитной метки. Узел 2 формирует на поверхности тела изделия магнитную метку, форма которой показана на фиг. 2. Сформированная метка вместе с изделием двигается по ходу движения. В момент прохождения метки через узел воспроизведения 3 на выходах магнитометров 4, 5 появляется соответствующий сигнал, изменяющийся по времени синхронно с движением матки. Величина сигнала зависит от величины "остаточной намагниченности" метки, зазор между поверхностью датчика и изделия, геометрических размеров метки (сигналы U₂-U₅ на фиг. 2). В момент, когда напряженность магнитного поля в зоне размещения феррозондов I и II сравняется (фиг. 2), на выходах узла 3 появятся одинаковые по величине напряжения, и на выходе компаратора 7 напряжение изменит полярность и поступит на первый вход схемы логического "И" 9.

В связи с тем, что метка "имеет" форму, симметричную относительно своего геометрического центра, а компаратор 7 изменяет свое состояние только при равенстве напряжений на выходах блоков 4 и 5 (соответственно уровня напряжений 1 и 1, 2 и 2, 3 и 3, 4 и 4 на фиг. 2), центр метки в момент изменения напряжения на выходе блока 7 всегда будет находится точно посередине между двумя феррозондами I и II независимо от скорости движения, зазора и других мешающих факторов. На выходе схемы логического "И" 9 напряжение появится только после поступления управляющего напряжения на втором входе этой схемы, которое поступает с выхода компаратора 8, порога срабатывания который установлен на уровне U₁. Введение компаратора 9 позволяет исключить срабатывание схемы 9 при отсутствии метки (при отсутствии матки на выходе компаратора 7 может присутствовать управляющее напряжение, т.к. напряженность магнитного поля в зоне феррозондов I и II одинаковая и близкая к нулю либо к земному полю. ) Уровень напряжения U₁ (порог компаратора 8) превышает уровень возможных шумов в 2^oC3 раза. После поступления управляющего напряжения с выхода блока 6 на вход узла 2, последний формирует новую метку на поверхности изделия.

В связи с тем, что магнитометры 4 и 5 измеряют напряженность магнитного поля в зоне феррозондов, включая постоянные магнитные поля, устройство устойчиво работает при скоростях движения, близких к нулю.

Кроме того, устройство автоматически определяет центр метки даже при изменении ее величины (U₁-U₅ на фиг. 2) в силу различных мешающих факторов (зазора между узлом 2 и поверхностью изделия, изменения магнитных характеристик изделия и пр.). Повышение точности работы устройства по сравнению с аналогами и прототипом объясняется тем, что базовое расстояние "b" измеряется с большей точностью, т.к. с большой точностью определяются геометрические центры меток.

Устройство работает в двух режимах: измерения длины и измерения скорости.

При измерении длины генератор 11 не работает и счетчик 10 работает в режиме подсчета меток. Подсчет длины изделия осуществляется путем умножения базового расстояния "b" в мм на количество меток.

При измерении скорости перемещения генератор 11 вырабатывает "обнуляющие" импульсы длительностью 1 мс каждую секунду. Подсчет скорости перемещения изделия осуществляется путем умножения базового расстояния "b" в мм на количестве импульсов в секунду. При этом скорость измеряется в мм/сек.

Все блоки в предлагаемом устройстве выполнены с использованием известных в технике технических решений феррозонды I и II представляют собой соленоиды длиной 5 мм диаметром 0,5а мм, намотанные проводом 0,04 мм, количество витков 200, сердечник пермаллой 80НХС диаметром 061 мм, блоки 7,8 компаратор К 554 САЗ, блок 9 микросхема К 561 ЛА7, блок 10 микросхема К 561 ИЕ8, блок 11 микросхема К 176 ИЕ5.

Испытания устройства проводились при "динамометрировании" на деталях типа "шток", используемых в станках нефтеканалах. Динамограмма, получаемая в результате динамометрирования, представляет собой график изменения нагрузки в точке подвеса насосных штанг в зависимости от их перемещения при глубиннонасосной эксплуатации нефтяных скважин. Форма динамограммы при нормальных условиях работы насоса близка к параллелограмму. По ее отклонению от нормальной судят о нарушении работы насоса.

Шток представляет собой протяженную ферромагнитную деталь длиной 5 м и диаметром 32 мм. Скорость движения "штока" в процессе работы изменяется по спираидальному закону от 9 до 1 м/сек. При движении "штока" зазор между поверхностью детали и датчиком изменялся в диапазоне от 0,3 мм до 2,5 мм в силу различных мешающих факторов.

При измерении участка штока длиной 300 мм погрешность не превысила ±2,5 мм, что удовлетворяет техническим требованиям. При измерении скорости погрешность не превысила ±3% что также удовлетворяет техническим требованиям.

Формула изобретения

Устройство для измерения длины ферромагнитных изделий, содержащее узел записи магнитных меток, узел воспроизведения, блок первичного импульса и счетчик числа меток, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены блок сравнения и генератор импульсов, а узел воспроизведения выполнен в виде двух феррозондовых магнитометров, причем блок сравнения состоит из схемы логического И и двух компараторов, при этом входы первого компаратора подключены к выходам феррозондовых магнитометров, а его выход к первому входу схемы логического И, второй вход которой соединен с выходом второго компаратора, подключенного первым входом к выходу первого магнитометра, вторым входом к опорному напряжению, а выход схемы логического И, являющийся выходом блока сравнения, подключен к счетному входу счетчика числа меток и первому входу узла записи, второй вход которого подключен к блоку первичного импульса, а вход обнуления счетчика числа меток подключен к выходу генератора импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2