Вихретоковое устройство для измерения размеров и концентрации металлических частиц в жидкости Советский патент 1989 года по МПК G01N27/74 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для раздельного определения размеров и счетной концентрации металлических неферромагнитных и ферромагнитных частиц непосредственно в потоке жидкости, может быть использовано для анализа степени загрязнения жидкости металлическими частицами, для оценки процесса приработки отдельных принудительно смазываемых механических узлов, а также процесса разрушения ;узлов при условии существенного разлчия электромагнитных свойств материалов деталей этих узлов.

Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности измерения размеров и счетной концентрации металлических частиц и расширение диапазона измеряемых счетных концентраций за счет возможности подбора оптимального числа измерительных обмоток .

На фиг„1 представлена блок-схема устройства для раздельного определения размеров и счетной концентрации металлических неферромагнитных и фер ромагнитньпс частиц в потоке жидкости на фиг.2 - конструкция ВТП с одной возбуждающей и группой измерительных катушек индуктивности; на фиг.З - зависимость среднего расстояния между частицами размером более 0,1 мм (сплошная линия) и зависимость оптимального числа измерительных катушек индуктивности, подключенных к усилителю, от класса жидкости по ГОСТ 17216-71 (пунктирная линия).

Устройство содержит высокочастот-- ньш генератор 1 напряжения, вихрето- ковый преобразователь 2 (ВТП), усилитель 3, блок 4 управляемых ключей, амплитудный детектор 5, блок 6 измерения частоты импульсов, блок 7 обработки и индикации, ВТП содержит корпус 8 с входным и выходным патрубками 9 и 10, возбуждающую катушку 11 индуктивности, корпус 12 из немагнитного диэлектрического материала, фер ритовый экран 13, предотвращающий рассеяние магнитного поля возбуждающей катушки 11, расположенной по периметру корпуса 12, В последнем выполнены параллельные каналы 14, вокруг которых расположены пары измерительных катушек 15 индуктивности, каждая из которых состоит из двух аксиально расположенных и встречнопоследовательно включенных катушек. Пары измерительных катушек соединены последовательно и подключены к усили-

телю 3 через блок 4 управляемых ключей. Выход усилителя 3 соединен с амплитудным детектором 5, блок 6 измерения частоты импульсов включен между выходом амплитудного детектора 5

и управляющим входом блока 4 управляемых ключей. Входы блока 7 обработки и индикации соединены с выходами высокочастотного генератора 1 напряжения, усилителя 3, блока 6 измерения

частоты импульсов и амплитудного детектора 5.

Вихретоковое устройство контроля загрязнения жидкостей работает следующим образом.

№я достижения оптимальных условий измерений в устройстве предусмотрены два режима работы. Первый режим - режим ориентировочного определения счетной концентрации металлических частиц в жидкости по частоте импульсов на выходе амплитудного детектора 5 и подключения к усилителю 3 оптимального числа пар измери- тельиьк катушек 15. При включении устройства сзгммарный сигнал от всех измерительных катушек 15 поступает на усилитель 3 и далее - на амплитудный детектор 5. Продетектированные импульсы, возникающие при прохождении металлических частиц через измерительные кат5Ш1ки 15 ВТП, поступают на блок 6 измерения частоты импульсов. В блоке 6 измерения частоты импульсов производится подсчет количества импульсов, поступивших от всех измерительных катушек 15 за время, установленное для контроля режима. Если количество импульсов не превысит заранее установленное число, устройст во автоматически переводится во вто рой режим и производит подсчет количества импульсов в течение времени, установленного для производства анализа. Если частота импульсов с измерительных катушек 15 вихретокового преобразователя 2 велика и измеренное количество импульсов за время контроля режима превысит заранее установленное число в блоке 6, по сигналу с выхода этого блока происходит переключение ключей в блоке 4 управляемых ключей. При этом часть измерительных катушек 15 отключается от входа усилителя 3 и производится

повторньй анализ частоты импульсов, Повторный анализ продолжается до те пор, пока количество импульсов за время,, установленное для первого режима, не станет меньше или равно преварительно установленному числу. На калодой стадии контроля режима происходит отключение части измерительных катушек 15 до тех пор, пока не будет достигнуто оптимальное соотношение между числом измерительных катушек 15 и классом чистоты анализируемой жидкости (фиг.З).

После срабатывания блока 4 управ- ляемых ключей устройство автоматически переходит зо второй режим работы - режим раздельного определения размеров и счетной концентрации металлических неферромагнитных и фер- ромагнитных частиц. На усилитель 3 поступает суммарный сигнал от тех измерительных катушек 15, которые поключены к нему блоком А управляемых Ключей. Сигнал усиливается и поступа ет в блок 7 обработки и индикации, где происходит обработка сигнала, определение раздельного числа металлических и неферромагнитных и ферромагнитных частиц разных размеров.

Работа устройства в первом режиме основана на использовании зависимости среднего расстояния между частицами от класса чистоты жидкости, т.е от числа частиц в определенном объеме жидкЬсти (фиг.З). Чем вьш1е номер класса чистоты, т.е. чем больше частиц в определенном объеме, тем меньше среднее расстояние между частицами, и, следовательно, тем выше вероятность одновременного нахождения в ВТП более чем одной частицы, т.е. тем выше погрешность измерения счетной концентрации частиц. Суммарное сечение всех измери- тельных каналов 14 должно быть не меньше сечения входного патрубка 9 преобразователя 2, а диаметр каналов. 14 должен соответствовать среднему расстоянию между частицами при максимальной измеряемой счетной концентрации загрязнений.

У.меиьшение контролируемого объема жидкости, проходящего через измерительные катзпики 15, за счет уменьше- ния сечения позволяет увеличить среднее расстояние между частицами и тем caMbiM повысить точность измерения числа частиц при больших концентра

Q

5 0 5 О

0 j 0

:

5

циях, но при этом повьш1ается вероятность прохождения частиц вне измерительных катушек 15, что может привести к существенной погрешности определения числа частиц при малых концентрациях.

Эксперименты показали, что для трубопровода диаметром 40 мм, в котором нужно обнаружить металлические частицы в жидкости диаметром более 60-100 МКМ) диаметр каждой измерительной катушки 15 должен составлять 3 мм, а всего ВТП должен содержать 180 пар измерительных катушек 15. В зависимости от концентрации частиц в жидкости к усилителю 3 подключается то или иное число измерительных катушек 15. Оптимальное число пар включенных катушек 15 определялось с учетом, с одной стороны, минимальной вероятности одновременного попадания в ВТП более, чем одной частицы, с другой стороны, минимальной вероятности прохождения частиц вне подключенных измерительных катушек 15.

График (фиг.З) показьгоает, что при контроле чистоты жидкости ниже 7 кл асса необходимо включать все 180 пар измерительных катушек, при контроле более грязных жидкостей - не все, например, при контроле жидкости 7-10 класса чистоты оптимальным является включение 115 пар изме-( рительных катушек, а при контроле жидкости 13 класса чистоты нужна всего 1 пара измерительных катушек. В любом из этих случаев ВТП фиксируют 5 - 25 частиц размером более 100 мкм при прохолодения через него 100 см жидкости.

Расширение динамического диапазона измеряемых счетных концентраций в предлагаемом устройстве происходит за счет включения оптимального числа измерительных катушек, что позволяет осуществлять измерения как при больших, так и при малых концентрациях частиц. При этом повьшгается точность измерения размеров и счетной концентрации частиц за счет выбора относительно малого (по сравнению с прототипом) диаметра измерительных катушек. Формула изобретения

Вихретоковое устройство для измерения размеров и концентрации металлических частиц в жидкости, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, викретоковый преобразователь, усилитель, амплитудный детектор и блок обработки инфор- мац{ш, отличающееся тем, что, с целью повглвения чувствительности и точности измерения расширения диапазона измерения, оно снабжено блоком управляемых ключей и блоком измерения частоты импульсов, вход которого « дянен с выходом амплитудного детектора, а выход - с управляю- врш входом блока управляемых ключей, вйхрет( преобразователь выполнен «

в виде немагнитного диэлектрического корпуса с п параллельными каналами для контролируемой жидкости, возбуждающей катушки индуктивности, охватывающей корпус так, что ее ось параллельна осям каналов, и п последовательно-согласно соединенных пар измерительных катушек индуктивности, включенных в каждой паре последова- тельно-йстречно а размещенных в паре аксиально, каждая пара измерительных катушек индуктивности охватывает соответствующий канал и соединена с усилителем через управляемый коммутатор.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения размеров и счетной концентрации металлических частиц и расширение диапазона измерения. Устройство содержит вихретоковый преобразователь ВТП 2, усилитель 3, высокочастотный генератор 1 напряжения, амплитудный детектор 5, блок 7 обработки информации. В устройство введены блок 6 измерения частоты импульсов и блок 4 управляемых ключей, а ВТП 2 содержит возбуждающую катушку 11 и группу пар измерительных катушек. Устройство работает в двух режимах: первый - режим ориентировочного определения счетной концентрации частиц в жидкости и подключения к усилителю оптимального числа измерительных катушек в зависимости от концентрации частиц, второй - режим раздельного определения размеров и счетной концентрации металлических частиц. В зависимости от концентрации частиц в жидкости к усилителю подключается то или иное число пар измерительных катушек ВТП 2. При контроле загрязнения жидкости 7-10 классов оптимальное число пар измерительных катушек равно 115, при контроле 13 класса - всего 1 паре измерительных катушек. 3 ил.

«гли«|

RWKfc