Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий Советский патент 1992 года по МПК G01K7/38 

Изобретение относится к термометрии, может быть использовано для бесконтактного контроля температуры электропроводящих изделий в процессе их технологической обработки в случаях, когда неизвестен радиус изделия или нет возможности измерить его контактным способом, и является усовершенствованием способа гто основному авт.св. № 1125479.

Известен спо.соб бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий, заключающийся в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении его электропроводности и последующем вычислении величины измеряемой температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий, заключающийся в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, дискретном изменении частоты возбуждающего поля при поддерживании постоянной его амплитуды, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении глубины проникновения магнитного поля и электропроводности изделия на каждой фиксированной частоте и нахождении по полученным значениям темпернатуры и ее распределения в сечении контролируемого изделия.

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная невозможностью определения

XI

СО

ю

го

ю

температуры изделий, у которых радиус неизвестен, изменяется в процессе технологических (термических) воздействий (нет доступа к изделию, деталь находится в зоне открытого огня и раскалена, проводящее из- делие покрыто слоем изоляции, размытость граничной поверхности проводящих газообразных сред и др.), при этом нельзя определить электромагнитные параметры, а по ним и температуру изделия.

Цель изобретения - повышение точности бесконтактного измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в раз- мещении изделия в переменном электромагнитном поле, дискретном изменении частоты поля при поддержании постоянной его амплитуды, измерении амплитуды магнитного потока в изделии, при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля, определяют приращения амплитуды магнитного потока в изделии для следующих один за другим дискретных значений чстот возбуждающего электромагнитного поля, а измерение амплитуды магнитного потока в изделии осуществляют на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнит- ного потока в изделии, определяют радиус изделия, его электропроводность и глубину проникновения возбуждающего электромагнитного поля на каждой фиксированной частоте, находят температуру и по получен- ным значениям определяют распределение температуры в сечении изделия, Это позволяет достичь положительного эффекта, заключающегося в повышении точности измерения температуры электропроводя- щих цилиндрических изделий, радиус которых неизвестен либо нет возможности определить его контактным способом.

Сущность способа заключается в определении радиуса электропроводящих ци- линдрических изделий бесконтактным методом с последующим нахождением электропроводности изделия на каждой фиксированной частоте возбуждающего электромагнитного поля, и определении по полученным результатам измерений температуры и ее распределения в сечении контролируемого изделия, радиус которого неизвестен.

На фиг.1 изображена блок-схема уст- ройства, реализующая предложенный способ; на фиг.2 - зависимость параметра N от обобщенного параметра X изделия.

Устройство для реализации способа (фиг, 1) содержит два идентичных вихретоковых преобразователя 1 и 2 проходного типа с одинаковыми числами витков намагничивающих 3,4 и измерительных 5,6 катушек, перестраиваемый генератор 7 синусоидальных колебаний, амперметр 8, частотомер 9, интегратор 10, усилитель 11, вольтметр 12 и переключатель 13. Контролируемое изделие 14 размещено в полости преобразователя 1. Намагничивающие катушки 3 и 4 преобразователей 1 и 2 соединены последовательно-согласно и через амперметр 8 подключены к выходу генератора 7, куда также подключен частотомер 9. Измерительные катушки 5 и 6 преобразователей 1 и 2 соединены между собой через переключатель 13 последовательно-встречно и подключены к интегратору 10. Последний выходом соединен с вольтметром 12 через усилитель 11.

Известно, что вносимая ЭДС ЁВн, обусловленная вносимым магнитным потоком Фвн равна

ЁВН /Ог /«эфф -1 )ЕО , (1)

где « - коэффициент заполнения, г -а /а о, где а и а0 - радиусы соответственно контролируемого изделия 14 и измерительных катушек 5 и 6 вихретоковых преобразователей 1 и 2;

/иг - магнитная проницаемость изделия, ir 1;

йэфф - эффективная магнитная проницаемость, определяющая степень ослабления магнитного потока за счет вихревых токов;

Ео - ЭДС, обусловленная магнитным потоком Ф0 преобразователя 1 без изделия.

Из (1) можно найти комплексный нормированный безразмерный параметр

й -| - Сиэфф-1)(2)

Амплитуда комплексного параметра N записывается в виде

N

Евн Фвн

Ео И Ф0П

V ( R е/МЭфф - 1 f + ( I m //эфф )2

(3)

где Re и Im действительная и мнимая части Дэфф .

В таблице приведен фрагмент табличных данных зависимостей Re /иэфф. 1т/1эфф , амплитуды параметра N и приращений амплитуды А N комплексного параметра N от величины обобщенного параметра X изделия, полученных с помощью справочных данных по функции Бесселя, Из таблицы видно, что максимальное значение приращения AN параметра N соответствует величине обобщенного параметра X 1,6. Поскольку амплитуда N связана с амплитудой вносимого магнитного потока Фен соотношением (3), то и максимальное значение приращения AN соответствует максимальному значению приращения амплитуды вносимого магнитного потока ДФвн (при поддерживании постоянной амплитуды магнитного потока Ф0 ). При этом известно значение амплитуды N параметра N, N 0,2929802 (см. таблицу ), и радиус изделия находят по формуле

а aoliSb 1,84774847- а0 №-

N ЧУо

(4)

где Фвн - амплитуда вносимого магнитного потока, соответствующая максимальному значению приращения (А Фвн )макс.

Электропроводность а изделия определяют по формуле

( 2тгт),(5)

используя графическую (либо табличную) зависимость амплитуды ft комплексного параметра N от обобщенного параметра X, полученную также с использованием справочных данных по функции Бесселя; где /АО - магнитная постоянная, и0 4л:10 7Гн/м,

f - частота, на которой определяют температуру изделия.

Глубину проникновения д возбуждающего электромагнитного поля в изделие находят из соотношения

д Ц/2 а/Х. (6)

Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий осуществляется следующим образом. Переключатель 13 (фиг.1) устанавливают в положение а. Контролируемое изделие 14 размещают в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя 1 и фиксируют амплитуду возбуждающего поля Ф0 (силу тока генератора 7) и начальную частоту fi поля (генератора 7). Вольтметром 12 измеряют амплитуду вносимого магнитного потока Фвн1 Далее с постоянным интервалом Af изменяют частоту генератора 7 и фиксируют ее новое значение f2, поддерживая при этом амплитуду возбуждающего поля Ф0 постоянной (контроль по амперметру 8), Вольтметром 12 измеряют следующее значение вносимого магнитного потока Фвн2 при этом определяют первое приращение амплитуды вносимого магнитного потока

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

(АФвн)1 соответствующее частоте fi. Затем аналогичным образом измеряют амплитуды потока Фвн при дискретном с постоянным интервалом изменении частоты возбуждающего поля до момента нахождения максимального значения приращения вносимого магнитного потока (АФвн)макс .соответствующего определенной (измеренной частотомером 9) частоте Г поля и измеренному вольтметром 12 значению вносимого магнитного потока Фвн . Затем переводят переключатель 13 в положение б и вольтметром 12 и измеряют величину магнитного потока Ф0.

По формуле (4) определяют радиус а изделия.

Из соотношения (5) находят электропроводность а (с учетом, что f f , X 1,6).

По формуле (6) рассчитывают глубину проникновения д электромагнитного поля в изделие (при этом полученное значение о является усредненным по этой глубине проникновения).

По полученному значению электропроводности а, используя градуировочный график или известную зависимость, определяют среднюю температуру контролируемого слоя изделия, соответствующего данной глубине проникновения магнитного поля.

После этого переводят переключатель 13 в исходное положение а и, дискретно изменяя частоту генератора 7 и поддерживая постоянной амплитуду магнитного потока Ф0 преобразователя без изделия, измеряют амплитуду вносимого магнитного потока Фвн на каждой фиксированной частоте. По формуле (3) находят значение амплитуды N параметра ft, по графику (фиг.2) либо рассчитанной с помощью справочных данных по функциям Бесселя табличной зависимости N f(x) определяют величину па- раметра х и получают новые значения о и 5 соответствующие фиксированным частотам возбуждающего поля. Далее по градуи- ровочному графику или известной зависимости определяют температуру соответствующего слоя изделия.

Определяя среднюю температуру в двух соседних слоях изделия, соответствующих двум глубинам проникновения магнитного поля 5i и 62 при двух достаточно близких частотах f и f2 генератора 7, можно с требуемой точностью определить действительную температуру узкого слоя изделия толщиной (5i- 62, а для множества дискретных значений частот возбуждающего электромагнитного поля - профиль распределения температуры по сечению изделия.

Изобретение позволяет с высокой точностью измерять температуру и распределение температур по сечению электропроводящих изделий бесконтактным методом, радиус которых неизвестен или нет возможности измерить его контактным методом.

Формула изобретения Способ бесконтактного измерения температуры электропроводящих цилиндрических изделий по авт.св. № 1125479, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности бесконтактного измерения температуры, при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля определяют приращения амплитуды магнитного поля в изделии для следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного поля, а измерение амплитуды магнитного поля в изделии осуществляют на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного поля в изделии.

Изобретение относится к термометрии. Цель изобретения - повышение точности бесконтактного измерения температуры. Способ состоит в размещении изделия в переменном электромагнитном поле вихре- токового преобразователя, определении при дискретном изменении частоты и поддержании постоянной амплитуды возбуждающего электромагнитного поля приращения амплитуды магнитного поля в изделии для следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного поля, измерении амплитуды магнитного потока в изделии на частоте возбуждающего электромагнитного поля при максимальном значении приращения амплитуды магнитного поля в изделии, определении радиуса и электропроводности изделия с последующим нахождением по полученным значениям температуры и глубины проникновения возбуждающего поля в изделие. 2 ил., 1 табл. СО С

Фиг. I