Устройство для контроля температуры внутренних слоев детали Советский патент 1992 года по МПК G01K7/36 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в системах контроля технологических процессов.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее детектирующую катушку, дифференциальный усилитель, балластную катушку, потенциометр обратной связи, генератор, фазосдвигающую схему, фазовый детектор, причем первый вывод детектирующей катушки соединен с земляной шиной, а второй подключен к нс- иивертирующему входу дифференциального усилителя и к первому выводу балластной катушки, второй вывод которой соединен с выходом -дифференциального усилителя и первым крайним выводом потенциометра отрицательной обратной связи, средний выход .которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а второй крайний вывод потенциометра - с выходом генератора и входом фэзосдвигаю- щей схемы, выход которой соединен с входом фазового детектора, второй вход

которого соединен с выходом дифференциального усилителя.

Недостатком устройства является невозможность определения факта прогрева детали по глубине контролируемого слоя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для контроля температуры внутренних слоев детали, содержащее первый, второй, третий и четвертый аналоговые коммутаторы, управляемый генератор, дифференциальный усилитель, потенциометр, балластную и детектирующую катушки, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй задатчики фазы, первый, второй и третий блоки вычитания, первый и второй интеграторы, масштабный усилитель, индикатор, источник опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, первый и второй двухпозиционные ключи, трехпози- цианный ключ, соединенные определенным образом 2.

Устройство позволяет установить факт прогрева детали по глубине контролируемого слоя. Недостатком устройства является

СП

с

VJ

СП

оо ел о

низкая точность контроля вследствие влияния паразитных емкостей вихретокового преобразователя на результат контроля из- за изменения частоты электромагнитного поля.

Целью изобретения является повышение точности контроля температуры внутренних слоев детали.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля температуры внутренних слоев детали, содержащее индикатор, два фазовых детектора, выход одного из которых соединен с входом блока вычитания, а один из входов связан с выходом генератора, который через потенциометр отрицательной обратной связи подключен к выходу дифференциального усилителя и к выводу балластной катушки, подключенной другим выводом к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и выводу детектирующей катушки, другой вывод которой соединен с земляной шиной, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя связан со средним выводом потенциометра отрицательной обратной связи, введены две фазосдвигающие схемы и дополнительные балластная и детектирующая катушки, дифференциальный усилитель и потенциометр отрицательной обратной связи, выход генератора соединен с другим входом фазового детектора через фазосдвмгающую схему, вход другой фазосдвигзющей схемы соединен с выходом генератора, а выход - с входом другого фазового детектора, другой вход которого связан с выходом дополнительного дифференциального усилителя, а выход - с другим входом блока вычитания, соединенного выходом с входом индикатора, один вывод дополнительной детектирующей катушки соединен с земляной шиной, а другой - с неинвертирующим входом дополнительного дифференциального усилителя и выводом дополнительной балластной катушки, связанной другим выводом с выходом дополнительного дифференциального усилителя и крайним выводом дополнительного потенциометра отрицательной обратной связи, к другому крайнему выводу которого подключен выход генератора, средний вывод дополнительного потенциометра отрицательной обратной связи соединен с инвертирующим входом дополнительного дифференциального усилителя, а детекти- рующие катушки выполнены различного диаметра.

На чертеже изображена структурная схема устройства для контроля температуры внутренних слоев детали.

Устройство для контроля температуры внутренних слоев детали содержит первую детектирующую катушку 1, первый дифференциальный усилитель 2, первую балластную катушку 3, первый потенциометр 4 отрицательной обратной связи, первый фазовый детектор 5, блок 6 вычитания, второй фазовый детектор 7, индикатор 8 вторую детектирующую катушку 9, второй диффе0 ренциальный усилитель 10, вторую балластную катушку 11, второй потенциометр 12 обратной связи, генератор 13, первую 14 и вторую 15 фазосдвигающие схемы, деталь 16, причем первый вывод первой детектиру5 ющей катушки соединен с земляной шиной, а второй подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 2 и к первому выводу балластной катушки 3, второй вывод которой соединен

0 с выходом дифференциального усилителя 2 и первым крайним выводом потенциометра 4 отрицательной обратной связи, средний вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциально5 го усилителя 2, фазовый детектор 5, выход которого соединен с первым входом блока 6 вычитания, первый вывод детектирующей катушки 9 соединен с земляной шиной, а второй подключен к неинвертирующему

0 входу дифференциального усилителя 10 и к первому выводу балластной катушки 11, второй вывод которой соединен с выходом дифференциального усилителя 10 и первым крайним выводом потенциометра 12 отри5 цательной обратной связи, средний вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10, а второй крайний вывод потенциометра 12 соединен с выходом генератора 13, с вто0 рым крайним выводом потенциометра 4. с входами фазосдвигающих схем 14 и 15, выходы которых соединены соответственно с первыми входами фазовых детекторов 5 и 7, вторые входы которых соединены соответ5 ственно с выходами дифференциальных усилителей 2 и 10, вход индикатора 8 соединен с выходом блока 6 вычитания, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 7.

0Катушки 1, 3, 9, 11 могут быть выполнены, например, в виде известных конструкций (В.Г.Герасимов и др. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами. М.: Энергия, 1978,

5 с. 166).

Дифференциальные усилители 2, 10 могут быть, например, типа К 544 УД2.

Фазовые детекторы 5. 7 могут быть выполнены, например, по известной схеме (Щербаков В.И. и Грездов Г.И. Электронные

схемы на операционных усилителях. К.: Техника, 1983, с.110).

Блок 6 вычитания может быть выполнен, например, по известной схеме (там же, с.34).

Индикатор 8 может представлять собой, например, вольтметр.

Генератор 13 и фазосдвигающие схемы 14, 15 могут быть выполнены, например, в виде известных конструкций (там же, с.87, 68).

Устройство для контроля температуры внутренних слоев работает следующим образом, В процессе контроля используют два накладных вихретоковых преобразователя (ВТП), причем радиусы их детектирующих катушек различны. Деталь 16 (например, то- копроводящий лист) при известной температуре помещают в зону контроля. Фазосдвигающие схемы 14 и 15 настраивают таким образом, чтобы на выходах фазовых детекторов 5 и 7 были нулевые сигналы. Годографы относительного вносимого напряжения накладного ВТП при контроле неферромагнитного и ферромагнитного листов имеют известный вид (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий / Под ред. В.В.Клюева. Т.2, М.: Машиностроение, 1986, с. 98-100).

.Изменение температуры контролируемый детали приводит к изменению фазы относительного вносимого напряжения ВТП.

Известно, что глубина проникновения электромагнитного поля, возбуждаемого накладным ВТП, зависит от радиуса ВТП (там же, с.87) при малых значениях обобщенного параметра / ft)fia о (чем меньше радиус, тем меньше глубина проникновения),

где /3- циклическая-частота тока возбуждения ВТП;

/.1а - абсолютная магнитная проницаемость;

а - удельная электрическая проводимость материала детали.

Выбрав ft 5 и взяв детектирующие катушки различных радиусов можно получить при одной и той же частоте электромагнитного поля два различных значения глубины проникновения электромагнитного поля в деталь, т.е. получить два контролируемых слоя различной толщины При этом на выходе фазового детектора 5 будет сигнал, пропорциональный температура первого слоя, а на выходе фазового детек ора 7 - сигнал, пропорциональный температуре второго слоя. Если деталь прогрелась полностью, то температуры слоев буд/т равны, и на

выходе блока 6 вычитания будет нулевой сигнал, индицируемый блоком 8. Если деталь прогрелась не полностью, то температуры слоев будут различны, и на выходе

5 блока 6 вычитания будет отличный от нуля сигнал. При этом нет необходимости вычислять значения толщин контролируемого слоя, важен сам факт различия этих толщин для определения факта прогрева материала

10 по глубине. Таким образом, в процессе контроля частота электромагнитного поля неизменна. Это приводит к исключению влияния сопротивлений паразитных емкостей ВТП на результат контроля, что приво15 дит к повышению точности контроля.

Формула изобретения Устройство для контроля температуры внутренних слоев детали, содержащее ин0 дикатор, два фазовых детектора, выход одного из которых соединен с входом блока вычитания, а один из входов связан с выходом генератора, который через потенциометр отрицательной обратной связи

5 подключен к выходу дифференциального усилителя и к выводу балластной катушки, подключенной другим выводом к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и выводу детектирующей катушки,

0 другой вывод которой соединен с земляной шиной, причем инвертирующий вход дифференциального усилителя связан со средним выводом потенциометра отрицательной обратной связи, отличающееся тем,

5 что, с целью повышения точности контроля температуры внутренних слоев детали, в него введены две фазосдвигающие схемы и дополнительные балластная и детектирующая катушки, дифференциальный усили0 тель и потенциометр отрицательной обратной связи, выход генератора соединен с другим входом фазового детектора через фазосдвигающую схему, вход-другой фазосдвигающей схемы соединен с выхо5 дом генератора, а выход - с входом другого фазового детектора, другой вход которого связан с выходом дополнительного дифференциального усилителя, а выход - с другим входом блока вычитания, соединенного вы0 ходом с входом индикатора, один вывод дополнительной детектирующей катушки соединен с земляной шиной, а другой - с неинвертирующим входом дополнительного дифференциального усилителя и выво5 дом дополнительной балластной катушки, связанной другим выводом с выходом дополнительного дифференциального усилителя и крайним выводом дополнительного потенциометра отрицательной обратной связи, к другому крайнему выводу которого

подключен выход генератора, средний вывод рующим входом дополнительного диффе- дополнительного потенциометра отрица- ренциального усилителя, а детектирующие тельной обратной связи соединен с инверти- катушки выполнены различного диаметра.

Использование: температурные измерения в информационно-измерительных системах, контроль технологических процессов. Сущность изобретения: устройство содержит детектирующие катушки 1, 9, дифференциальные усилители 2,10, балластные катушки 3, 11, потенциометры 4, 12, фазовые детекторы 5, 7, блок 6 вычитания, индикатор 8, генератор 13, фазосдвигающие схемы 14, 15. 1 ил.