Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов и система для его осуществления



Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов и система для его осуществления
Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов и система для его осуществления
Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов и система для его осуществления
Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов и система для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2556831:

Общество с ограниченной ответственностью "Аналитприбор" (ООО "Аналитприбор") (RU)
Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу и системе для определения магнитной массы железнодорожных вагонов. Способ заключается в том, что для определения магнитной массы железнодорожных вагонов сначала производят калибровку с учетом окружающей температуры, а также насыпной плотности груза в вагонах. Определяют последовательность подачи вагонов и их количество, начальный момент подачи в область измерений и выход из зоны измерений. Затем определяют изменения параметров тока катушки, мгновенные значения напряжения и тока в катушке, скорость движения вагонов, высоту вагона, уровень загрузки, температуру и вычисляют мгновенные величины добротности и индуктивности катушки. Затем по этим данным определяют интегральные индуктивность и добротность вагона и магнитную массу вагона. Для осуществления способа предложена система, включающая средства определения добротности и индуктивности 1, средства для измерения температуры 2, ультразвуковой датчик уровня вагона 4, фотоэлектрические датчики положения вагона 5, оптические датчики скорости 6, видеокамеру 7, датчики объемной плотности 8, а также блок обработки и управления 9. Технический результат заключается в повышении точности определения магнитной массы железнодорожных вагонов и других контейнеров. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам экспресс-измерения массы немагнитных грузов, автоматического контроля и экспресс-оповещения служб ОТК и входного контроля о прохождении железнодорожного вагона с грузом немагнитных материалов.

Известен способ определения массы ферромагнитного материала, включающий подачу контейнера с ферромагнитным материалом в зону измерения, имеющую электрические катушки, на которые подают ток определенной частоты и амплитуды (А.с. SU №1832927, кл. G01N 27/72, 1990 г.).

Недостатком данного способа является то, что способ предусматривает выявление наличия ферромагнетика в объеме железорудного сырья и не способен определить объем и массу содержащегося ферромагнетика.

Известен способ определения массы ферромагнитного материала, включающий подачу контейнера с ферромагнитным материалом в зону измерения, имеющую электрические катушки, на которые подают ток определенной частоты и амплитуды, в качестве электрических катушек берут одну катушку спирального типа и, по крайней мере, одну катушку винтового типа, при этом спиральную катушку располагают в верхней части зоны измерения, а обмотку катушки винтового типа располагают вокруг контейнера с ферромагнитным материалом под углом к его оси, зависящим от ориентации ферромагнитного материала, измеряют индуктивность винтовой катушки и определяют общую площадь сечения Se ферромагнитного материала по формуле

Se=L·le0·µi·N2,

где l - индуктивность электрической обмотки, Ie - длина средней линии ферромагнитного материала, µ0 - магнитная постоянная, µi - магнитная проницаемость ферромагнитного материала, N - число витков обмотки катушки, далее по известным формулам определяют массу ферромагнитного материала, после чего измеряют индуктивность спиральной катушки и в зависимости от полученного значения выбирают полученный опытным путем корректирующий коэффициент, по которому уточняют определенную ранее массу ферромагнитного материала. Кроме того, винтовые катушки берут в количестве, например, пяти штук, последовательно измеряют индуктивность каждой катушки, определяют среднее значение индуктивности, которое используют при расчете общей площади сечения Se ферромагнитного материала. Для осуществления этого способа предложено устройство, содержащее измерительный модуль, контейнер с ферромагнитным материалом, электрические катушки и вычислительный комплекс, в котором измерительный модуль выполнен в виде одной катушки спирального типа и, по крайней мере, одной катушки винтового типа, при этом спиральная катушка расположена в верхней части зоны измерения, а обмотка катушки винтового типа расположена вокруг контейнера с ферромагнитным материалом под углом к его оси, зависящим от ориентации ферромагнитного материала, катушки электрически соединены через электронный блок коммутации с измерителем индуктивности, который в свою очередь электрически связан с вычислительным комплексом, связанным с электронным блоком коммутации (патент РФ №2477466, G01N 27/72, G01R 33/12, опубл. 10.03.2013).

Недостатком этого решения является недостаточная точность измерений вследствие неполного учета параметров, влияющих на магнитные свойства материалов, состав и структуру ферромагнитного материала в контейнере, и невозможность определения магнитной массы контейнеров в динамике.

В основу изобретения положена задача создания более точного способа определения магнитной массы железнодорожных вагонов и других контейнеров и системы для его осуществления, что обеспечивается за счет учета факторов, влияющих как на магнитные параметры ферромагнитного материала, так и на окружающую магнитную обстановку, и учета состава и структуры ферромагнитного материала в вагоне. Также изобретение позволяет определять магнитную массу последовательности железнодорожных вагонов при их перемещении.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в способе определения магнитной массы железнодорожных вагонов, включающем подачу вагона с ферромагнитным материалом в зону измерения, имеющую электрическую катушку спирально-винтового типа, обмотка которой размещена вокруг вагона и на которую подают ток определенной частоты и амплитуды, а также измерение индуктивности и добротности катушки, перед подачей железнодорожных вагонов в область зоны измерения проводят однократно калибровку и определяют коэффициенты аппроксимации A, B, C, D, E, F для уравнения вычисления магнитной массы M M=A+B*L+C*Q+D*L2+E*Q2+F*L*Q, где L - интегральная индуктивность вагона, a Q - интегральная добротность вагона, которая соответствует определенной температуре при калибровке Тк, а также определенному ранее диапазону насыпной плотности груза в вагонах; определяют с помощью датчиков положения вагонов последовательность подачи контейнеров и их количество, начальный момент подачи контейнера в область измерений и момент выхода контейнера из зоны измерений, далее определяют с частотой, равной не менее 1/200 частоты изменения параметров тока катушки, мгновенные значения напряжения и тока Un и In в катушке, скорость движения вагона Wn, а также температуру, высоту вагона, уровень загрузки, затем определяют с использованием дискретного преобразования Фурье для каждого периода углы сдвига фаз между током и напряжением φn, а также с учетом корректировки по температуре мгновенные величины добротности и индуктивности катушки Qn и Ln по формулам

Qn=(1+α*(T1-Tк))*tg(φn)

Ln=√(Un/In)2-R2*(1+α*(T1-Tк))2,

где α - температурный коэффициент, T1 - температура при измерениях; затем по этим данным определяют интегральные индуктивность и добротность SL и SQ вагона и магнитную массу вагона по формулам

S Q = n = N 1 n = N 2 ( Q n * W n ) / n = N 1 n = N 2 W n

S L = n = N 1 n = N 2 ( L n * W n ) / n = N 1 n = N 2 W n

где N1 и N2 соответствуют началу и концу измерений одного вагона,

определяют насыпную плотность груза по уровню загрузки и данным по массе груза, полученной от весов,

затем определяют магнитную массу вагона по формуле M=A+B*SL+C*SQ+D*SL2+E*SQ2+F*SL*SQ, после чего повторяют процедуру измерений для каждого из вагонов железнодорожного состава.

Для осуществления способа предложена система определения магнитной массы железнодорожных вагонов, включающая систему измерения электрических параметров катушки, определения индуктивности и добротности, средства для измерения температуры, ультразвуковой датчик высоты вагона, фотоэлектрические датчики положения вагона, оптические датчики скорости, видеокамеру, датчики уровня загрузки вагона.

Наличие датчиков положения обеспечивает возможность определения характеристик материалов во всех вагонах.

Проведение процедуры калибровки системы, определение добротности и индуктивности катушки, измерения фоновых магнитных характеристик, температуры среды, мгновенной скорости движения контейнера позволяет более точно определять магнитную массу вагона.

На фигуре 1 показана блок-схема проведения измерений. На фигуре 2 приведена схема сканирования вагона, а на фиг.3 и 4 приведены графики 1, 2, отражающие зависимость индуктивности и добротности от времени при прохождении вагона через измерительную рамку.

Система, показанная на фиг.1, предназначена для измерения значений параметров процесса определения наличия немагнитных грузов в металлоломе непосредственно в железнодорожных вагонах и полувагонах. Система определения магнитной массы железнодорожных вагонов содержит средства определения добротности и индуктивности 1 в виде катушки, средства для измерения температуры 2, ультразвуковой датчик уровня вагона 4, фотоэлектрические датчики положения вагона 5, оптические датчики скорости 6, видеокамеру 7, датчики объемной плотности 8, а также блок обработки и управления 9.

Датчики уровня загрузки 8, уровня 4 и видеокамера 7 располагаются на ограждающей конструкции сверху над проходящим вагоном.

Датчики положения 5 и скорости 6 располагаются вдоль плоскости движения состава на вертикальной стороне ограждающей конструкции.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед подачей железнодорожных вагонов в область зоны измерения проводят калибровку и определяют коэффициенты аппроксимации A, B, C, D, E, F для уравнения вычисления магнитной массы M M=A+B*L+C*Q+D*L2+E*Q2+F*L*Q, где L - интегральная индуктивность вагона, a Q - интегральная добротность вагона. Коэффициенты аппроксимации определяются эмпирически для каждого из десяти диапазонов насыпной плотности груза в вагонах - 1 - диапазон 0-0.40 кг/м3, 2 - диапазон 0.40-0.45 кг/м3, 3 - диапазон 0.45-0.50 кг/м3, 4 - диапазон 0.50-0.55 кг/м3, 5 - диапазон 0.55-0.60 кг/м3, 6 - диапазон 0.60-0.65 кг/м3, 7 - диапазон 0.65-0.70 кг/м3, 8 - диапазон 0.70-0.75 кг/м3, 9 - диапазон 0.75-0.80 кг/м3, 10 - диапазон 0.80-1.00 кг/м3.

Далее по приходу в зону измерения вагонов на обмотки П-катушки 1 подается синусоидальное напряжение U заданной частоты и амплитуды. Синхронизированные АЦП (не показаны) фиксируют значения напряжений Un, токов In с максимальной дискретностью (но не менее 200 точек на период) и формируют цифровой файл X (n, Un, In) в виде таблицы. С использованием дискретного преобразования Фурье для каждого периода определяются углы сдвига фаз между током и напряжением φn, где n - номер периода. Для каждого отдельного периода вычисляются отношения Un/In, где n - номер периода.

Одновременно производится регистрация мгновенной скорости вагона Wn в течение каждого периода n, температуры и уровня загрузки вагона.

Когда файл X сформирован, вычисляются величины Qn и Ln для каждого периода n по формулам:

Qn=(1+α*(T1-Tк))*tg(φn)

Ln=√(Un/In)2-R2*(1+α*(T1-Tк))2

- где α - температурный коэффициент (например, для меди α=0.004), Тк - температура при калибровке, Т1 - температура при измерениях.

Затем по формуле среднего арифметического вычисляются средние фоновые уровни Qф и Lф, т.е. индуктивность и добротность рамки без вагона.

Вычисляются две суммы SQ и SL на промежутке времени от начала и до конца контейнера:

S Q = n = N 1 n = N 2 ( Q n * W n ) / n = N 1 n = N 2 W n

S L = n = N 1 n = N 2 ( L n * W n ) / n = N 1 n = N 2 W n

где N1 и N2 соответствуют началу и концу измерений одного вагона,

определяют насыпную плотность груза по уровню загрузки и данным по массе груза, полученной от весов, и выбирается соответствующий диапазону насыпной плотности набор коэффициентов.

Затем вычисляется магнитная масса вагона

M=A+B*SL+C*SQ+D*SL2+E*SQ2+F*SL*SQ.

Затем процедура измерений повторяется для каждого из последующих вагонов.

Полученные результаты измерения магнитной массы сопоставляются с результатами взвешивания вагона (контейнера) на тензометрических вагон-весах непосредственно после или перед измерением магнитной массы. Разница в величине магнитной и физической массы груза является массой немагнитного материала, помещенного в вагон.

1. Способ определения магнитной массы железнодорожных вагонов, включающий подачу вагона с ферромагнитным материалом в зону измерения, имеющую электрическую катушку спирально-винтового типа, обмотка которой размещена вокруг вагона и на которую подают ток определенной частоты и амплитуды, а также измерение индуктивности и добротности катушки, отличающийся тем, что перед подачей железнодорожных вагонов в область зоны измерения проводят калибровку и определяют наборы коэффициентов аппроксимации А, В, С, D, Е, F для уравнения вычисления магнитной массы М М=А+B*L+C*Q+D*L2+E*Q2+F*L*Q, где L - интегральная индуктивность вагона, а Q - интегральная добротность вагона, которая соответствует температуре при калибровке Тк, а также диапазону насыпной плотности груза в вагонах; определяют с помощью датчиков положения вагонов последовательность подачи контейнеров и их количество, начальный момент подачи контейнеров в область измерений и момент выхода контейнеров из зоны измерений, далее определяют с частотой, равной не менее 1/200 частоты изменения параметров тока катушки, мгновенные значения напряжения и тока Un и In в катушке, скорость движения вагона Wn, а также температуру и уровень загрузки, затем определяют с использованием дискретного преобразования Фурье для каждого периода углы сдвига фаз между током и напряжением φn, а также с учетом корректировки по температуре величины добротности и индуктивности катушки Qn и Ln для каждого периода измерения n по формулам
Qn=(1+α*(T1-Tк))*tg(φn)
Ln=√(Un/In)2-R2*(1+α*(T1-Tк))2,
где α - температурный коэффициент, Т1 - температура при измерениях;
затем по этим данным определяют интегральные индуктивность и добротность SL и SQ катушки совместно с вагоном и магнитную массу вагона по формулам

,
где N1 и N2 соответствуют началу и концу измерений одного вагона, определяют насыпную плотность груза по уровню загрузки и данным по массе груза, полученной от весов, и выбирается соответствующий диапазону насыпной плотности набор коэффициентов, затем определяют магнитную массу вагона по формуле М=А+B*SL+C*SQ+D*SL2+E*SQ2+F*SL*SQ, после чего повторяют процедуру измерений для каждого из вагонов железнодорожного состава.

2. Система определения магнитной массы железнодорожных вагонов, включающая систему определения индуктивности катушки и блок обработки и управления, отличающаяся тем, что в систему дополнительно включены средства определения добротности 1, средства для измерения температуры 2, ультразвуковой датчик уровня вагона 4, фотоэлектрические датчики положения вагона 5, оптический датчик скорости 6, видеокамера 7, датчики уровня загрузки 8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения магнитных свойств и толщины наноразмерных магнитных пленок и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п.

Использование: для определения намагниченности насыщения магнитной жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что помещают жидкость во внешнее магнитное поле, индукцию которого можно менять, измеряют напряженность H и индукцию B магнитного поля внутри жидкости и определяют намагниченность жидкости M=(B/µo)-H, при этом определяют намагниченность M=M1 при B=B1 на начальном участке кривой намагничивания, где выполняется закон Кюри, определяют намагниченность M=M2 при большей индукции B=B2 на участке кривой намагничивания, где закон Кюри не выполняется, из равенства (M2B1/M1B2)=3La(ξ2)/ξ2 находят функцию Ланжевена La(ξ2), затем определяют Mнас=M2/La(ξ2).

Изобретение относится к области измерений магнитных величин, затрагивает средства измерений механических свойств ферромагнитных материалов, имеющих корреляционную связь с их магнитными характеристиками, например коэрцитивной силой, и может быть использовано при неразрушающем контроле качества термической обработки ферромагнитных изделий.

Устройство для исследования магнитных свойств магнетиков, основанное на принципе регистрации нелинейных эффектов в параллельных гармоническом и постоянном магнитных полях, относится к области научного приборостроения, к технике исследования магнетиков на основе спин-эффектов.

Изобретение относится к физике магнетизма ферромагнетиков, предварительно намагниченных в магнитном поле до состояния, соответствующего максимальной магнитной восприимчивости ферромагнетика, а затем квазискачкообразно вводимого в сверхсильное насыщающее магнитное поле за промежуток времени, существенно меньший (например, на порядок) постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнетика.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова).

Изобретение относится к области теплотехнических измерений и может быть использовано для оценки температурного режима работы пароперегревательных котельных труб из аустенитных сталей.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магнитошумовой способ контроля состояния прочности силовых конструкций из ферромагнитных материалов и может найти применение при проведении технического освидетельствования силовых (несущих) конструкций.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство экспресс-контроля магнитных характеристик листовой электротехнической стали и предназначено для измерения динамической петли гистерезиса и основной кривой намагничивания стали на частотах от 1 до 10000 Гц.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения магнитных свойств и толщины наноразмерных магнитных пленок и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магнитное устройство для изучения сил внутреннего взаимодействия в растворе и может использоваться в физической химии.

Изобретение относится к системам магнитно-импедансной томографии. Система содержит систему возбуждения, имеющую несколько катушек возбуждения для генерирования магнитного поля возбуждения с целью наведения вихревых токов в исследуемом объеме, измерительную систему, имеющую несколько измерительных катушек для измерения полей, сгенерированных наведенными вихревыми токами, при этом измерительные катушки расположены в объемной (3D) геометрической компоновке, и устройство реконструкции, предназначенное для приема измерительных данных из измерительной системы и реконструкции изображения объекта в исследуемом объеме по измеренным данным.

Предложенное изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ определения магнитной индукции текстурированной электротехнической стали и может применяться в случаях, когда отсутствуют устройства измерения магнитных свойств или их невозможно использовать в силу таких причин, как слишком малые вес и размер образца или слишком плохое качество его поверхности.

Группа изобретений относится к области лабораторной диагностики и может быть использована для определения наличия аналита и его количества в биологических жидкостях.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на трубопроводах нефти и газа на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых и атомных энергоустановках.

Изобретение относится к области разработки способов локального измерения магнитных свойств ферромагнитных объектов различных размеров и форм, в частности для целей неразрушающего контроля.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания железнодорожного подвижного состава в движении. Способ заключается в следующем.
Наверх