Фотопирометрический датчик

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЬЕИтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЗТЙЛЬСТВУ (6)) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 19.05.76(2})2363509/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Союз Советскин

Социалистическин

Республик

Гесударатввннай немнтет

Саеета Мнннатрав CCCD еа делам нзабретенне н етнрнтнй (43) Опубликовано 25,07.78.Бюллетень № 27 (4б) Дата опубликования описания.23..06.78 (72) Авторы изобретения

В, П. Дв-Мнило, А, П. Лазарев и C М. Готсбан (74) Заявитель (54} фОГОПИРОМЯтрИЧЕСКИЯ ДАТЧИК

Изобретение может быть исподьзовано в трубной промышленности дна регупирования режима высокочастотной asap«u труб по потоку излучения яз очага сварки. ghana измерения .потока излучения нагретых тел при меняютса фотопирометр1 ческяв датчики. В. заэясимости от воопринямавмого-и мя спектра излучения я приннипа действия разпкчщот датчикя спектрапьного отношения (нветовые}, п чики частячного излучения и датчики суан» маркого язяучвняа. В качестве пряемни«os язпучвния испоюьзуютфотодяоды, фотосопротивлвниа, фотоэпемвнты, термоиэУ рые

Известны датчики спектрального отношения, которые обычно применяют в пвеTosHx пярометрах д31я aBMepeaaa TSMIIe

: ратуры (11. Дпя рвгунирования режима сварки по потоку излучения они ae Ilpuгодны, так как величина сигнала этих датчиков мапо зависит от абсопютнойввии чины потока излучения. Оаа зависят от мвмпвратуры тена. Кроме того, эти датчики чувсттнятвпьны к помехам в виде дыMBð паров жидкости я другим Ilpagpтстщ» юшям в зоне сварки.

Наибопев близким к изобретению по технически сущности авпнется фотопиромвт

5 рический датчик, основнымн эпементамя которого авпаются сфетофяяьеры, объектив, опорный источник свата, обтюратор в виде врашаюшвгосн диска, фотопривм» ник, усяпятепя, кпючэване. устройства, ге1а нератор опорного снгнана, гвявратор стробов, ббиок сравнения сигнапоВ )2).

Однако при иснояьзования этого фотопирометричвского датчи«а в системе esтоматического рвгупнрованиа режима свар»

>5 кир оы имеет низкую помвхоз&щяп1енностьр так как яв способен выделять в чистом виде поток излучения, создаваемый очагом сварки s зоне визярованиа

Белью язобрвтвняа авпиетса повышезВ низ помехоэашяяюнностн фотвпяремвтричввв кого датчика прн использовании вго в системе автоматического регу пирования режима высокочастотной cs&p«a труб.

Йостягавтса это путем введения в

25 схему датчика амн итудновремвнных

616535 преобразователей измеряемого и опорного сигналов„коплкмируюшего устройства, запоминающих устройств кзмеряемого и опорного сигналов и амплитудных селекторов. При этом вход амплитудно-временного преобразователя измеряемого сигнала соединен с выходом усипителя, вход амппитудно-вре менного преобразователя опорного сигнапа — с выходом генератора. опорного сигнала, а выходы амплитуд но-временных преобразователей через запоминающие к ключевые устройства соединены с блоком сравнения сигналов.

Выход запоминающего устройства измеряемого сигнала соединен с одним из вход к утируюш го урйва и че- 15 реэ амплитудный селектор с вторым вхо- дом того же устройства.- Амнпитудный се« пектор додкпючен,. паралпепьно ам ничуд:lo-временному преобраэоватепю измеряемого сигнала. Вход селектора соединен

20 с входом кшочевого устройства

Амплитудно-временные преобразователи, вырабатываюшие сигналы, амплитуды которых пропорциональны длительности входных импульсов, дают воэможность сравнить сигналы не по амплитуде, а по дпительности. При кспользсаании датчика

nns регуиированкя процесса высокочас тотной сварки в условиях помех длитель= ность импупьсов. на выходе датчика, пропропорциональная ширине разогретой зоны кромок, изменяется и меньшей степени, чем амплитуда, однако, зависимость длитепьности. импульсов от их амплитуды имеется. Дня уменьшения этой зависимости в датчик введен каскад усиления измеряемого сигнала до уровня ограничения. Благодаря введению амплитудно-временных преобразователей и усилителя or раничктепя резко снижается зависимость проюсса регупирования от таких помех, как охлаждающая жидкость, пары этой жидкости и дым.

Дпя зашиты от воздействия искр и датчик введен амплитудный селектор, биа-4 годара которому сигналы от искр, имеюшие бопьшую амплитуду, на бпок срав-. нен«я сигнапов не поступают. В этих сяучаях осушествляется рег уиирование ло

«нерции, т. е. по запомненному ранее си,-ч валу. В некоторых случаях в зоне сверк«происходят кратковременные яркие вспышки, имвюшие размеры, большие по сравнению с шириной раэагретой эоны кромоя.,Дня устранения влияния иа про- у цэсс регун«рован«я этих всаышек в даъ. чик введена селекция измеряемого сигнаиа по длительности, благодаря которой фнгнапы, превышаюшие цо диитеньности порог ограничения, в блок сравнения сиг . налов не посгупают, а регулирование в этих спучаях осушествляется по инерции, т. е. по запомненному ранее сигналу.

Введением перечиспенных дополнительных уэлса удается.зашитить датчик от бопьшинства видов помех.

На фиг. 1 представпена блок-схема предлагаемого фотопнрометрического датчика; иа фиг, 2 представкены эпюры строб импульсов, . вырабатываемых генератором стробов, которыми управпяется работа схемы е

Фотопирометрический датчик состоит иэ светофильтра 1, объектива 2, опорного источника света 3, обтюратора 4 в виде врашаюшегося диска со шеиями, фо топриемника 5, генератора. стробов B u блока преобразователя сигналов, который содержит усилители 7, 8, кнючевые устройства 9-14, блоки сравнения сигналов 15 и 16, эапомннаюшяе устройства

17-20, амплитудно-временныэ преобразо вате«и 21 и 22, амплитудные сеиекторы

23 и 24.

Схема датчика работает следуюшим образом.

Измеряемый поток излучения через светофииьтр 1, объектив 2, шель в диске 4 попадает иа фотолриемник 5. В дат чике при менены тепескопический объектив и узкая шель, формируюшие узкую приемную диаграмму, которая при вращении диска-сбтюратора 4 сканирует в направлении, перпендикулярном оси трубы, т. е. поперек шва. Or ширины диаграммы зависит точность измерения ширины разогретой эоны кромок. Чем уже диаграм ма по сравнению с шириной разогретой зоны, тем выше точность измерений.

Сигнал с приемника 5 поступает на усилитеиь 7, а затем через ключ 9 и усилктень-ограничитель 8 подается на амппитудно-временной преобразователь 21.

Ключ 9 управляется стробом 25, сов падаюшим во времени с измеряемым сиг налом 26, благодаря чему сигнал 27 опорного источника 3 в этот канал не посчу» пает. Усилитеиь -ограничитель 8 предназначен дпя уменьшения зависимости диитепьности импульсов от их амплитуды.

На выходе,амнлитудио-временного преобраэоватекя 21 получается импульсяый сигнал, амплитуда которого пропорционайь на дяительностн измеряемого сигнала 26.

Выходнойсигнап поступает иа започинающее устройство 17 и далее на вход коммутнруюшего устройства 10, с выхода которого on подается на вход блока сравнения сигналов 15. В качестве опор

616535 рого сигнала используется не сигнал от ,опорного источника света 3, и строб 25, вырабатываемый генератором стробов 6. йпитепьность строба 25 равна средней длительности измеряемого сигнапа 26, которая определяется выбранным режимом сварки, Строб 25 с выхода генератора стробов 6 подается на амнпитуднсьвременной преобразователь 22, а с его

Мы«ода — на запоминающее устройство 18.

С запоминающего устройства 18 строб

1О

25 через ключ 11, управляемый стробом

28, подается на второй вход блока срав нения сигналов 15. Коммутирующее уотройство 10 также,управпяетам стробом

28, бпагодаря чему преобразованные измеряемые сигналы 26 и строб 25, поступающие на вход блока сравнения сигпанов 15, где оии сравниваютси по амппитуде, имеют одинаковые дпичапьности.

Бпок сравнеяия сигнапов 15 вырабатывает сигнал, величина которого зависит от разницы длитепьносте% измеряемого сигнала 26 и стыдоба 25, а полярность опредепяется тем, какой иэ сигналов имеет боиыпую длитепьность, 25

Амплитудная сепекпяя измеряемого сиг нала 26 в датчике выполнена следующим образом.

Параппеньно усипитешо-ограничителю

8 измеряемый сигнал 26 подается иа 30 вход зацоминаюшего устройства 19, величина сигнала на выходе которого пропорционакьна амплитуде измеряемого сигнала 26. Выходной сигнап подаетси на амплитудный селектор 23, иа выходе кото.рого появляется сигнал лишь s, том случае, если амплитуда измеряемого сигнана превышает уровень селекции.

Выход сепектора 23 подключен к вхо35 ду коммутируюшего устройства 10, которое при наличии сигнала на выходе ам» ппитудного селектора 23, разрывает цепь прохождения измеряемого сигнала, подключенного к коммутирующему устройству

1 О. Иа блок сравнения сигналов 15 с ком муобразом. С выхода запоминающего устрой.ства 17 преобразованный сигнап с ампяитудой, пропорционапьной длитеньности измеряемого сигнала на выходе приемника

5, подаетси на амплитудный селектор 24, с выхода которого сигнал поступает иа тируюшего устройства 10 в этом спучае поотупает сигнал, которыйбып заложен в запоминающее устройство бпока 10so время предыдущего оборота диска 4. Сброса памяти, который.осушествняетса стробом 29, 50 в этом спучае не проФходит.

Селекция измеряемых импуиьсов по дцительности осушествпяетси спедуюшим вход коммутирующего устройства 10, На выходе амплитудного селектора 24 сигнал появляется лишь тогда, когда длительность измеряемого сигнала на выхо де приемника 5 превышает порог ограничения по длительности. B этом случае на бпок сравнения сигналов 15 с коммутируюшего устройства 10 поступает сигнал который имел место во время npeaH4ymsro оборота - диска.

При использовании предлагаемого дат-, чика в пирометрак для измерения темлерЬтуры тец работа схемы происходит спе дующим образом

С выхода приемника 5 измеряемый сигнал 26 и сигнал 27 от опорного иоточника 3 проходят через усинитель 7, к выходу которого подключены две паралцельных цепи. Первая цепь — ключевое устройство 9, запоминающее устройство

19, ключевое устройство 12, блок сравнения сигналов 16. По этой цепи проходит только измеряемый сигнал 26, так как ключевое устройство 9 управляется стробом 25, совпадающим во времени с измеряемым сигналом 26.

Вторая цепь — ключевое устройство

13, запоминающе устройство 20, ключевое устройство 14 и бпок сравнения сиг» налов 16. По этой цепи проходит только опорный сигнап 27 от опорного источника света 3, так как ключевое устройство

l3 управляется стробом 30, совпадающим во времени с опорным сигналом 27.

Величина сигнала на выходе блока сравнения сигналов 16 пропорциональна разности амплитуд измеряемого 25 и опорного 27 сигналов, а полярнооть зависит от того, какой иэ этих сигнапов имеет большую амплитуду. Так как сигналы на выходе запоминающих устройстц ° 19 и

20 пропорциональны соответственно амплитудамм измеряемого 26 и опорного 27 сигналов, а приемная диаграмма датчика узкая, применение датчика позволяет из»мерять ие усредненную по зоне виэиро» ванин температуру, а максимальную температуру в этой обпасти, то важно при измерении температуры неравномерно иаг ретой поверхностя и, и частности, при измерении температуры сварного шва, Испопьзование предлагаемого устройства позволяет so многих спучаях автоматизировать режим высокочастотной сварки труб без применения специальных мер по очистке зойы визирования. Процесс очистки воны визирования связан с необходимостью pssp96oTKH Hosopo об<фудования, изменения консирукцни сварочной клети и, следовательно, с дополнительными эатра616535 тами. В настоящее время вопрос очистки зоны визирования дЬ конца не решен; практически возможно очистить зону визирования лишь на короткий промежуток времени, Основная трудность связана с недопустимостью отключрния на длительный период охлаждающей жидкости и с удалением искр.

Процесс искрообразования происходит в области, расположенной до эоны визирования (по ходу трубной заготовки) 1о и искры, выиетая в сторону зоны визирования, заслоняют ее. Лля того, чтобы очистить зону вивирования от искр, необ ходимо сдувать их в противоположную сторону те ее в сторону икдухтора, что приводит к «ыхаду индуктора из строя.

Настойчивыв попытки совдать дия атой пели отсасываюшее устройство, оказаиись безуспешными и главным образом потому, что частички расплавленного. ме» таила, прилийая х стенкам всасывающего сопла, быстро забивсиот его, Иавестиые фотопиро ические да5 чики для регулирования pe3plM& высоко ч&стотпой сварки труб при наличии помех

«зоне визирования «большинстве чаев ие. применимы, поэтому предлагаемое устройство выгодно отличаетса o1 иевео тных устройств.

Формула ивобрeтения

1. Фотопирэмвтрический датчик, оодер к&яий сээ Рофилы р, обьектмв, источник 35 света, об@оратор в виде врашаошвгоси: диска оо шалями, фитоприемник,.усйлитель, генератор опорного сигнала, генераторы стробов, ключевые ycrpokersa, блок сравнения сигналов, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения помехоэашишенности датчика при регулировании режима высокочастотной сварки труб, в него введены амплитудно- ременные преобразователи измеряемого и опорного сигналов, коммутирующее устройство, эапо минаюшие устройства измеряемого и опорного сигналов и амплитудные селекторы, Иричем вход ампиитудновременного преобразователя измеряемого сигнала соединен с выходом усилителя, вход амплитудновременного преобразователя опорного сигнала - с выходом генератора опорного сигнала, а выходы амплитудно-временных

/ преобразователей через запоминающие и ключевые устройства соединены с блоком сравнения сигналов.

2, Да-чик по и. 1, о т л и ч а ю m и- и с я тем, что выход запоминающего устройства измеряемого сигнала соединен с одним as входов коммутирующего устроив& и через амплитудный селектор с вторым входом ого же устройства.

3, Йатчик:по пп. 1 и 2, о т л и ч аю ш и и с я тем, что параллельно аипуиудно-временному лреобразоватеию измеряемого сигнала подключен ампииууцный селектор, вход которого соединен с входом ключевого устройства.

Источники ИНФОРМ&пни, lIpa«RTble во внимание при экспертизе:

1, Гордов А, И, Основы пирометрии, М„, Металлургия, 1984, с. 381, 2 ПатентВелк итанииЭй 1. 101,971, ки. Су М,1968.