СПОСОБ ПРОВЕРКИ АРМАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01F7/00 

Изобретение касается способа проверки арматуры, приводимой электромагнитом, содержащим якорь. Оно касается также устройства для проверки такой арматуры.

Возможно, что элементы арматуры с электромагнитным приводом изменяют свои эксплуатационные свойства. Это может быть объяснено износом механически подвижных деталей. Отсюда может произойти нанесение вреда уплотнительным свойствам, а в экстремальном случае отказ арматуры. Поэтому необходимо, чтобы все предохранительные элементы арматуры повторно проверялись на их работоспособность. Это имеет место, в частности, для арматуры ядерного реактора.

До сих пор для повторной проверки работоспособности арматуры включалась или выключалась питающая ее цепь тока, а затем устанавливалось, закрывает или открывает арматура.

В основе изобретения лежит задача указания способа проверки арматуры, который для оценки работоспособности арматуры привлекает параметр, который позволяет всегда надежную оценку. Сверх того должно было бы быть указано пригодное устройство для проверки арматуры.

Первая задача согласно изобретению решается тем, что во время процесса включения арматуры величина силы тока в магните в момент, когда начинается перемещение якоря магнита арматуры, определяется как сила пускового тока, причем из определенной силы пускового тока с помощью калибровочной функции сила, воздействующая посредством магнита на якорь в момент, когда начинается его перемещение, определяется как пусковая сила и как критерий состояния арматуры. Как правило, якорь магнита соединен с запорной деталью арматуры.

С помощью ранее определенной калибровочной функции сила, действующая магнитом на запорную деталь, может определяться преимущественно для того момента, когда начинается перемещение запорной детали. Значение этой так называемой пусковой силы может быстро и достоверно определяться простыми средствами. Пусковая сила сверх того очень хорошо пригодна для достоверной оценки состояния арматуры. При отклонении пусковой силы от номинального значения необходимы техническое обслуживание повторно проверенной арматуры и даже ее замена.

Для определения силы пускового тока, например, во время процесса включения арматуры, когда, например, прикладывается номинальное напряжение арматуры, снимается характеристика силы тока на магните. Из этой характеристики сила тока при первой прерывности определяется как сила пускового тока. Это возможно, так как после приложения напряжения на магнит характеристика силы тока сначала непрерывно повышается и тогда, когда начинается перемещение якоря магнита запорной детали, имеет первую прерывность. Характеристика силы тока имеет вторую прерывность, когда перемещение якоря магнита закончено. Между двумя прерывностями характеристика силы тока может сниматься за короткий промежуток времени. После второй прерывности характеристика силы тока снова непрерывно поднимается, пока не достигнет постоянного значения. Таким образом, характеристика силы тока во времени имеет первую прерывность, соответствующую пусковой силе тока.

Характеристика силы тока, например, дифференцируется и определяется первая прерывность дифференцированной характеристики силы тока. Прерывность дифференцированной характеристики силы тока должна быть яснее распознана, нежели прерывность характеристики силы тока. Тогда пусковая сила тока представляет собой силу тока в момент первой прерывности дифференцированной характеристики силы тока.

При обычных процессах включения сила тока быстро возрастает. При этом появляются вихревые токи, влияющие на функциональную взаимосвязь между силой и силой тока. Для корректирования этого влияния сила тока, измеренная на проверяемой арматуре, уменьшается на силу вихревого тока, которая зависит от силы тока и временного изменения силы тока. Сила вихревого тока может содержать также другие силы тока утечки.

С целью определения силы вихревого тока, например, наряду с силой тока измеряется также изменение силы тока. С помощью поправочного коэффициента может определяться тогда сила вихревого тока и тем самым корректироваться сила тока.

Корректированием достигается преимущество в том, что при быстром увеличении силы тока в магните и даже при явно отличающемся от номинального напряжения напряжении должна быть определена сила, действующая на подвижные части арматуры, в частности пусковая сила. При приложении большого напряжения подъем силы тока больше, нежели при приложении малого напряжения.

Для определения пусковой силы должны быть подготовлены калибровочная функция и поправочный коэффициент. Для этого необходимы базовые измерения, которые выходят из собственной проверки и должны быть проведены, например, в лаборатории.

Калибровочная функция выявляется, например, на арматуре аналогичного типа посредством измерения силы, действующей магнитом на зафиксированный якорь, в зависимости от силы тока в магните.

Для выявления калибровочной функции, например, подвижные в арматуре подобного типа части фиксируются силовым приемником. Тогда к магниту прикладывается электрическое напряжение, которое затем медленно повышается. Возрастающая с напряжением сила тока и произведенная магнитом сила одновременно регистрируются. Соотношение силы и силы тока выражается в калибровочной функции.

Эта калибровочная функция позволяет для каждого измеренного значения силы тока определить мгновенно действующую силу, в случае если не появятся вихревые токи. С помощью калибровочной функции достигается то преимущество, что одного простого измерения силы тока достаточно для определения силы, в частности пусковой силы арматуры.

Так как для выявления калибровочной функции используется арматура типа, аналогичного позднее проверяемым элементам арматуры, калибровочная функция должна использоваться неограниченно. Правда для каждого проверяемого типа арматуры должна сниматься своя калибровочная функция.

Вследствие того, что подвижные части арматуры для выявления калибровочной функции фиксируются силовым приемником, действующая сила может точно измеряться. Получают значения силы не только для значений силы тока ниже пусковой силы тока, но и для более высоких значений силы тока.

Калибровочная функция представляется, например, в виде полинома:
F= а₀+а₁^.I+а₂^.I²+. +а_n^-n, где F сила магнита, действующая на подвижные части;
I сила тока в магните;
а коэффициенты полинома.

Одним полиномом хорошо представляема найденная калибровочная функция.

Для коррекции влияния вихревого тока в полиноме калибровочной функции, который представляет функциональную взаимосвязь между силой, действующей на подвижные части арматуры, с одной стороны, и силой тока в магните арматуры, с другой стороны, в качестве силы I тока должна быть использована разность измеренной силы I_t тока и силы I_w вихревого тока. Согласно этому для силы I в качестве корректирующей вихревой ток силы I_К тока должно быть использовано следующее выражение:
I_К=I_t-I_w.

Известно, что вихревой ток I_w пропорционален измеренному току I_t и его времен- ному изменению Отсюда следует
I_w= c· I_t· где с поправочный коэффициент.

Из двух ранее указанных соотношений через математическое преобразование для скорректированной силы I_К тока следует
I_к= I1 -c ·
Это уравнение для скорректированной силы I_К тока вставляется в калибровочную функцию, вследствие чего получают скорректированную относительно вихревого тока калибровочную функцию, которая имеет, кроме того, вид полинома.

Для возможности проверки арматуры способом согласно изобретению необходимо определить коэффициент коррекции. Для этого сначала определяются за два шага с двумя различными постоянными напряжениями, которые прикладываются к магниту, характеристика силы тока, характеристика временного изменения силы тока и силовая характеристика в процессе включения на зафиксированной силовым приемником арматуре подобного типа. Таким образом, для каждого из двух напряжений получают характеристику силы тока, характеристику изменения силы тока и силовую характеристику во времени.

Кроме того, отсюда выходит, что при одинаковой силе должна быть одинаковой скорректированная относительно вихревого тока сила I_К тока. Поэтому для определенной, одинаковой силы определяются измеренные силы тока I_t(U₁) и I_t(U₂), а также их изменения U₁ и U₂
Так как I_К(U₁) и I_К(U₂) равны, отсюда следует
I_t(U₁)1-CU I_t(U₂)1-CU.

Отсюда следует для поправочного коэффициента
C
Найденное значение коэффициента с коррекции должно быть вставлено в уравнение для скорректированной силы I_К тока и тем самым в калибровочную функцию.

С помощью калибровочной функции из измеренной силы I_t тока может определяться соответствующая сила К, а из пусковой силы тока I_А пусковая сила К_А.

Способом согласно изобретению, в частности способом дополнительной коррекции, достигается преимущество в том, что лишь одним простым измерением силы тока может даваться достоверное указание на состояние арматуры.

Вторая поставленная задача создание надежно и просто работающего устройства для проверки приводимого электромагнитом элемента арматуры, который содержит якорь магнита, согласно изобретению решается тем, что в электрической цепи магнита расположен амперметр, связанный с вычислительным устройством, а также имеется запоминающее устройство для калибровочной функции, которая показывает зависимость действующей на якорь магнита силы от силы тока в электрической цепи магнита, при этом запоминающее устройство связано с вычислительным устройством.

В вычислительном устройстве измеренная сила тока связывается с запоминаемой калибровочной функцией, так что на выходе вычислительного устройства имеется значение для силы. Это значение сравнивается с номинальным значением и при отклонении выдается сигнал, например, датчиком сигналов. Запоминающее устройство для калибровочной функции может быть подвижным запоминающим устройством, например дискетой.

Вычислительное устройство соединено с индикаторным устройством, например с экраном электронно-лучевой трубки или с графопостроителем, которые могут представлять временную характеристику силы тока или дифференцированной силы тока. Показанная на индикаторном устройстве точка разрыва, например максимум, признается как момент включения.

Для этого может служить курсор. Значение силы тока в момент включения определяется в вычислительном устройстве. Для этой силы тока включения вычисляется тогда сила в момент включения (пусковая сила). Сила пускового тока может выявляться также автоматически из характеристики измеренной силы тока посредством вычислительного устройства без анализа персоналом характеристики силы тока.

Дополнительным устройством анализируется в качестве пусковой силы та сила, которая действует на подвижные части арматуры тогда, когда начинается перемещение. Эта сила дает оптимальное указание о состоянии арматуры.

Для коррекции влияния вихревого тока на измеренную силу тока служит вычитающее звено, которое включено после амперметра и, как правило, интегрировано в вычислительном устройстве. На второй вход вычитающего звена подается сопряженное значение вихревого тока. Для определения этого значения вихревого тока амперметр связан с вычислительным устройством, в которое подается поправочный коэффициент. Из него, а также из значения силы тока и дифференцированной силы тока в вычислительном устройстве определяется величина вихревого тока.

Для выявления необходимой калибровочной функции служит расположенное, например, в лаборатории калибровочное устройство. Последнее содержит арматуру подобного типа, подвижные части которой, в частности ее магнитный якорь или запорная деталь, фиксированы силовым приемником. Магнит типовой арматуры соединен с датчиком переменного напряжения. В электрической цепи магнита находится амперметр. В остальном калибровочное устройство соответствует устройству, которое используется для проверки арматуры. Автоматически или от руки могут прикладываться различные напряжения. Затем для каждого значения напряжения определяется пара значений из силы тока и силы, а из пар значений образуется калибровочная функция в корреляционном звене, которое может быть частью вычислительного устройства. После корреляционного звена подключено запоминающее устройство для калибровочной функции. Запоминающее устройство может быть переносным запоминающим устройством, таким как, например, дискета.

Для определения поправочного коэффициента, например, силовой приемник непосредственно, а амперметр арматуры подобного типа непосредственно и через дифференцирующее звено соединены с запоминающими устройствами для перезаписи токовых характеристик, характеристик изменения силы тока и силовых характеристик в процессе включения для двух различных постоянных напряжений. Запоминающие устройства соединены с выбирающим и вычисляющим блоком для выбора сил тока и изменений сил тока для обоих напряжений при одной постоянной силе и для вычисления поправочного коэффициента. Дифференцирующее звено, запоминающее устройство и выбирающий и вычисляющий блок могут быть частью одного вычислительного устройства для определения поправочного коэффициента. После выбирающего и решающего блока или вычислительного устройства расположено запоминающее устройство для поправочного коэффициента, например переносное запоминающее устройство, например дискета. Поправочный коэффициент может быть перезаписан также для более позднего использования на носителе информации.

Устройством согласно изобретению для проверки приводимого электромагнитом элемента арматуры достигается преимущество в том, что после произошедшей калибровки должна измеряться лишь характеристика силы тока в магните. Несмотря на это, получают достоверное указание о действующей на подвижные части арматуры силе в момент начала перемещения. Эта сила позволяет однозначное высказывание о состоянии арматуры в данный момент.

На фиг.1 показана характеристика силы тока I_t на магните магнитно приводимой арматуры при включении во времени t; на фиг.2 электрическая схема устройства для проверки одного приведенного одним электромагнитом элемента арматуры; на фиг.3 электрическая схема лабораторного устройства для подготовки калибровочной функции и поправочного коэффициента.

Когда одно напряжение подается на магнит 1(фиг.2) магнитно проводимой арматуры 2, согласно фиг.1 сила тока I_t в электрической цепи магнита сначала поднимается. Когда начинается перемещение подвижных частей, например якоря 3 или запорной детали 4 арматуры 2, сила тока I_t быстро падает или после разрыва поднимается менее быстро, нежели раньше. Затем сила тока I_t после следующего разрыва опять поднимается как раньше и достигает постоянного значения. Для определения так называемой пусковой силы I_А тока, которая представляет собой силу тока в момент, когда начинается перемещение подвижных частей арматуры 2, достаточно определить первую точку разрыва, соответственно максимум на характеристике силы тока. Для этого токовая характеристика дифференцируется и затем определяется первая точка разрыва или прохождения через ноль. Из пусковой силы тока I_А с помощью калибровочной функции КF определяется действующая при пуске арматуры 2 сила К_А, которая дает оптимальное указание о работоспособности арматуры 2.

Для определения калибровочной функции КF и поправочного коэффициента служит арматура 2' аналогичного типа (фиг.3), при которой подвижные части, например запорная деталь 4' и якорь 3' блокированы приемником 5 силы.

Для улучшения точности оценки может осуществляться коррекция влияния вихревого тока.

Согласно фиг.2 устройство для проверки арматуры согласно изобретению содержит амперметр 6 в электрической цепи магнита проверяемой арматуры 2. Для коррекции влияния вихревого тока амперметр 6 соединен с вычитающим звеном 7, другой вход которого принимает значение I_w силы вихревого тока. На выходе вычитающего звена 7 выдается скорректированная сила I_К тока. Для определения пусковой силы I_А тока арматуры 2, при которой начинается движение арматуры 2, выход вычитающего звена 7 соединен с выбирающим блоком 8. В выбирающем блоке 8 определяется максимум или прерывность токовой характеристики согласно фиг. 1 или дифференцированной токовой характеристики. На выходе выбирающего блока 8 выдается скорректированная относительно вихревого тока сила I_А пускового тока. Выход выбирающего блока 8 соединен с вычислительным устройством 9, на которое может подаваться от одного запоминающего устройства 10 калибровочная функция КF. Вместо выбирающего блока 8 может быть установлен экран электронно-лучевой трубки или чертежный прибор, с помощью которого персонал производит выбор пусковой силы I_А тока. Пусковая сила I_А тока затем должна вводиться в вычислительное устройство 9. На выходе вычислительного устройства 9 выдается соответствующая пусковой силе I_А тока пусковая сила К_А, действующая на подвижные части, например на запорную деталь 4 арматуры 2. Выход вычислительного устройства 9 соединен через сравнивающее с номинальным значением устройство 11 с датчиком 12 сигналов, который показывает отклонение значения силы от номинального значения и тем самым дает указание о состоянии арматуры 2. Вычитающее звено 7, выбирающий блок 8 или экран электронно-лучевой трубки и вычислительное устройство 9 и т.д. вместе могут образовать вычислительное устройство высшей иерархии.

Для вычисления силы I_w вихревого тока амперметр 6 соединен с дополнительным вычислительным устройством 13, которое содержит дифференцирующее звено и в которое подается поправочный коэффициент с. Вычислительное устройство 13 может быть частью указанного выше вычислительного устройства.

Согласно фиг. 3 для определения калибровочной функции КF в лаборатории служит арматура 2' одного типа с проверяемой арматурой 2. В арматуре 2' аналогичного типа подвижные части, например запорная деталь 4' или якорь 3' магнита, заблокированы силовым приемником 5. В электрической цепи магнита 1' находятся амперметр 6' и датчик 14 переменного напряжения. Приемник 5 силы и амперметр 6' соединены с корреляционным звеном 15, в котором из пар измеренных значений для силы К и силы тока I определяется калибровочная функция КF. Корреляционное звено 15 соединено с запоминающим устройством 10 для калибровочной функции КF. Корреляционное звено 15 может быть вычислительным устройством.

Для определения поправочного коэффициента с, который необходим для определения силы I_w вихревого тока, амперметр 6' и силовой приемник 5 арматуры 2' аналогичного типа, которая уже служит для определения калибровочной функции КF, соединены с лабораторным вычислительным устройством 16. Там для двух различных напряжений U₁ и U₂, выработанных датчиком 14 напряжений, перезаписываются токовые характеристики, дифференцированные токовые характеристики и силовые характеристики. Для определенной постоянной силы из обеих токовых характеристик выбираются две соответствующие силы I_U1 и I_U2 тока. Из обеих дифференцированных токовых характеристик выбираются соот- ветствующие изменения U₁ и U₂ силы тока. Из названных значений определяется поправочный коэффициент с, который необходим для коррекции вихревого тока. Выход вычислительного устройства 16 соединен с запоминающим устройством 17 для поправочного коэффициента. Вычислительное устройство 16 может содержать корреляционное звено 15. Вычислительное устройство 16 может содержать экран электронно-лучевой трубки или чертежный прибор, с помощью которого затем персонал снимает с кривых значения силы тока I_U1 и I_U2 и изменения U₁ и U₂ силы тока. Эти значения должны затем вводиться в вычислительное устройство 16. Лабораторное вычислительное устройство 16 может быть аналогичной конструкции с вычислительным устройством, которое используется при проверке на арматуре 2.

Способом и устройством для проверки арматуры 2 может преимущественно после определения калибровочной функции КF и поправочного коэффициента с лишь из измеряемой простыми средствами силы тока I_t в электрической цепи магнита 1 надежно и точно определяться действующая при пуске арматуры 2 сила К_А на подвижные части, например на запорную деталь 4, арматуры 2. Эта пусковая сила К_А дает однозначное указание о состоянии арматуры 2.

Изобретение касается способа проверки приводимой электромагнитом арматуры, содержащей запорную деталь. Оно касается также устройства для проверки такой арматуры. Предусмотрено, что во время процесса включения арматуры значение силы I_t в магните в момент, когда начинается перемещение запорной детали, регистрируется как сила I_A пускового тока. Из этой регистрируемой силы I_A пускового тока с помощью калибровочной функции (KF) сила, действующая на запорную деталь через магнит в момент, когда начинается движение, определяется как пусковая сила K_A. Эта сила K_A сравнивается с номинальным значением и при отклонении выдается сигнал. Калибровочная функция определяется в арматуре аналогичного типа, в которой запорная деталь зафиксирована. Устройство для проверки арматуры отличается тем, что амперметр в электрической цепи магнита соединен с вычислительным устройством, которое соединено также с запоминающим устройством для калибровочной функции (KF). После вычислительного устройства включен блок сравнения с номинальным значением и, например, датчик сигналов. 2 с.и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ проверки арматуры, приводимой электромагнитом, содержащим якорь магнита, при котором во время процесса коммутации арматуры определяют значение силы тока (I_t) в магните в момент времени, когда начинается движение якоря магнита арматуры, в качестве силы тока срабатывания, отличающийся тем, что из определенной силы тока срабатывания с помощью калибровочной функции (kF) определяют в качестве силы срабатывания (KA) силу, воздействующую через магнит на якорь магнита в момент времени, когда начинается его движение, и определяют ее в качестве меры состояния арматуры. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время процесса коммутации арматуры снимают характеристику силы тока (I_t) магнита и в качестве силы тока срабатывания (I_A) определяют силу тока при первом разрыве характеристики силы тока (I_t). 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что характеристику силы тока (I_t) дифференцируют и в качестве силы тока срабатывания (I_A) определяют силу тока при первом разрыве дифференцированной характеристики силы тока (I_t). 4. Способ по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что силу вихревого тока (I_w) определяют из измеренной силы тока (I_t), временного изменения измеренной силы тока (dI_t/d_t) и из коэффициентов коррекции (c). 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для коррекции влияния вихревого тока I_w измеренные значения силы тока I_t уменьшают на силу вихревого тока I_w, которая пропорциональна измеренной силе тока I_t и временному изменению измененной силы тока (dI_t/d_t). 6. Способ по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что калибровочную функцию (kF) определяют на арматуре аналогичного типа посредством изменения действующей через магнит на арретированный якорь магнита силы (K) в зависимости от силы тока в магните. 7. Способ по одному из пп.1 6, отличающийся тем, что для определения калибровочной функции (kF) на арматуре аналогичного типа якорь магнита блокируют посредством измерительного преобразователя силы к магниту, прикладывают электрическое напряжение, которое затем медленно увеличивают, одновременно регистрируют силу тока (I), созданного приложенным напряжением, и силу (K), измеренную измерительным преобразователем силы, и в качестве калибровочной функции (kF) определяют силу (K) в отношении к току (I). 8. Способ по одному из пп. 1 7, отличающийся тем, что калибровочную функцию (kF) представляют в виде полинома. 9. Способ по одному из пп.1 8, отличающийся тем, что для определения коэффициента коррекции (c) при блокированной посредством измерительного преобразователя силы арматуре аналогичного типа к магниту прикладывают одно за другим два различных напряжения (U₁) и (U₂) и в процессе включения измеряют характеристику силы тока (I), временное изменение силы тока (dI/dt), а измерительным преобразователем силы силу (K), причем для обоих постоянных напряжений (U₁ и U₂), для равновеликой силы (K) из характеристик силы тока (I) определяют мгновенные значения силы тока и мгновенные изменения значений силы тока и из этих пар значений определяют коэффициент коррекции (c). 10. Устройство для проверки арматуры, приводимой с помощью электромагнита арматуры, которая содержит якорь магнита, причем в токовой цепи магнита расположен измеритель силы тока, отличающееся тем, что измеритель силы тока соединен с вычислительным устройством, причем предусмотрено запоминающее устройство для калибровочной функции (kF), которое показывает зависимость действующей на якорь магнита силы от силы тока в токовой цепи магнита, при этом запоминающее устройство соединено с вычислительным устройством. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что измеритель силы тока соединен с блоком выбора для значения силы тока разрыва, или максимума характеристики силы тока (I_t), или дифференцированной силы тока (dI/dt) непосредственно или через дифференцирующее звено, причем блок выбора соединен с вычислительным устройством. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что для коррекции влияния вихревого (I_w) тока измеритель силы тока соединен с первым входом вычитающего звена и с дополнительным вычислительным устройством, которое содержит дифференцирующее звено, причем в дополнительное вычислительное устройство может подводиться коэффициент коррекции (c), при этом выход дополнительного вычислительного устройства, на котором выдается значение вихревого тока (I_w), соединен с вторым входом вычитающего звена, а вычитающее звено, на выходе которого выдается скорректированная сила тока (I_k), соединено с блоком выбора. 13. Устройство по одному из пп.10 12, отличающееся тем, что для определения калибровочной функции (kF) предусмотрена арматура аналогичного типа, якорь магнита которой арретирован измерительным преобразователем силы, причем магнит арматуры аналогичного типа соединен с переменным датчиком напряжения, а в электрической цепи магнита расположен измерительный преобразователь силы и измеритель силы тока арматуры аналогичного типа связан со звеном корреляции для образования корреляционной функции (kF), которое связано с запоминающим устройством для калибровочной функции (kF). 14. Устройство по одному из пп.10 13, отличающееся тем, что для определения коэффициента коррекции (c) измерительный преобразователь силы и измеритель силы тока арматуры аналогичного типа соединены с лабораторным вычислительным устройством для запоминания характеристики силы тока (I), измерения силы тока (dI/dt) и силы (K) в процессе включения для двух различных постоянных напряжений (U₁, U₂), для выбора двух сил тока и двух изменений силы тока для постоянной силы (K) и обоих напряжений (U₁, U₂) и для вычисления коэффициента коррекции (c) из сил тока и изменений силы тока для двух значений напряжения (U₁, U₂) и для постоянной силы (K), причем выход лабораторного вычислительного устройства для подготовки коэффициента коррекции (c) соединен с запоминающим устройством для коэффициента коррекции (c).