Способ бесконтактного измерения температуры поверхности металла Советский патент 1985 года по МПК G01K7/38 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть испол зовано в информационно-измерительных системах, а также в системах контроля технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности измерения температур поверхности неравномерно прогретого тела за счет устранения изменения глубины проникновения электромагнитного поля в испытуемый образец при изменении его температуры. На фиг.1 показана структурная схе ма устройства, реализующего способ; на фиг.2 - схема цифрового фазометра. Устройство для реализации способа содержит одновибратор 1, двоичный счетчик 2, ключ 3, генератор 4 для прямоугольных импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6, управляемый генератор 7 гармонических колебаний, усилитель 8 мощности, трансформатор 9 тока, возбуждающую катушку 10, цифровой фазометр 11, схему 12 совпадения, триггер 13, регистр 14, выход 15 которого является выходом устройства Цифровой фазометр 11 с входами 16, входящий в состав устройства, содержит генератор 17 прямоугольньк импул сов, компараторы 18 и 19, инверторы 20 и 21, схемы 22, 23 и 24 совпадения, дЕоичные счетчики 25 и 26, цифр аналоговые преобразователи 27 и 28, умножакяций аналого-цифровой преобразователь 29. Кроме того, в состав устройства для реализации способа входят регист 30, одновибратор 31, кнопка 32, схе ма ИЛИ 33 и регистр 34. Способ бесконтактного измерения температуры реализуется следующим образом. В режиме замера и запоминания угл сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания катушки при начальной температуре изделия и начальной частоте питающего напряжения устройство функционирует следующим образом. Нажатие кнопки 32 Установка запускает одновибратор 31, положительный импульс которого через схему ИЛИ 33 сбрасьшает счетчик 2 в О. При этом генератор 7 гармонических колебаний, управляемьсй напряжением с выхода ЦАП 5, начинает вьфабатывать колебания с начальной частотой, которые поступают на возбуткдающую катушку 10. Испытуемый образец, обладающий начальной температурой и помещенньй в катушку 10, создает некоторый начальный угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания катушки 10, который измеряется фазометром 11 и в виде кода подается на вход регистра 34. По заднему фронту, импульса одновибратора 31 этот код запоминается в регистре. 34. Схема готова к режиму измерения температуры поверхности нагретого образца. Фазометр работает следунвдим образом. Напряжения, между которыми измеряется фаза, подаются на один из входов компараторов 18 и 19, другой вход которых заземлен. В интервале времени , когда оба входных сигнала отрицательны, компараторы 18. и 19 находятся в состоянии логического О, при этом на выходе схемы И 24 присутствует сигнал логической 1, который обнуляет при этом счетчики 25 и 26. В момент , когда величина входного напряжения, поступающего на вход компаратора 18, становится положительной, срабатьгоает компаратор 18, который через схемы И 22 и 23 разрешает счет импульсов генератора 17 двоичными счетчиками 25 и 26. В момент, когда величина входного напряжения. поступающего на вход компаратора 19, становится положительной, срабатьюает компаратор 19, который запрещает подачу импульсов в счетчик 26. Преобразование заканчивается, когда величина напряжения, поступаимдего на вход компаратора 18, становится снова отрицательной. В этот момент запрещается, подача импульсов в счетчик 25 и подается синхросигнал, запускающий в работу АЦП 29, на вход опорного напряжения которого поступает напряжение с выхода ЦАП 27, величина которого пропорциональна длительности полупериода входного напряжения, а на вход преобразования поступает напряжение с выхода ЦАП 28, величина которого пропорциональна времени, на которое сдвинуты один относительно другого входные сигналы. При этом на выходе АЦП 29 появляется код, значение которого пропорционально углу сдвига фаз между входными напряжениями. Импульсы генератора 7 через от31185

крытый ключ 3 увеличивают значение кода в счетчике 2, что приводит к увеличению частоты гармонических колебаний в катушке 10. В зависимости от частоты и температуры поверхности j изделия меняется угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания катушки 10, меняется и соответствунмдий этому углу код на выходе фазометра 11. При некоторой частоте ю колебаний генератора 7 значения кодов на выходе фазометра 11 и в регистре 34 совпадают, что соответствует моменту равенства угла сдвига фаз при начальной температуре поверхнос- (5 ти изделия и начальной частоте и текущего угла сдвига фаз. При этом на выходе схемы 12 срвпадения появляется

224

положительный импульс, KOTopt сбрасьшает триггер 13. Сброс триггера 13 осуществляется по переднему фронту этого импульса. Триггер 13 запрещает прохождение импульсов через ключ 3 на счетчик 2 и тем самым зафиксирует в счетчике 2 код, соответствующий конечной частоте. Этот код поступает в ПЗУ 6, где записаны таблицы соответствия отношения конечной и начальной частот и измеряемой температуры поверхности изделия. Выходной код ПЗУ 6, соответствующий измеренному значению температуры , по сигналу схемы 12 совпадения запоминается в регистре. 14 и поступает на выход 15 устройства. 9

фиг. 2

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ TE fflEPATУPЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА путем возбуждения в нем вихревых токов и измерения угла сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания возбуждающей катушки, о т личающийс. я тем, что, с целью повышения точности, предварительно производят измерение угла сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания катушки при начальной температуре и начальной частоте питающего напряжения, после нагрева детали изменяют частоту напряжения питания катушки до тех пор, пока угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи питания катушки не станет равным углу сдвига фаз при начальной температуре и начальной частоте, после чего по отношению конечной и начальной частот судят о температуре поверхности металла.