Способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии Советский патент 1992 года по МПК G01K7/38 

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для бесконтактного измерения температуры ферромагнитных цилиндрических изделий в процессе их технологической обработки.

Известен способ определения температуры, заключающийся в размещения цилин- дрического изделия в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразователя, измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии и определении его электропроводности с последующим вычислением по измеренным величинам искомой температуры 1.

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная определением осредненной температуры по сечению изделия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии, заключающийся в размещении изделия в переменном магнитном поле кзтушек вихретокового преобразователя, изменении глубины проникновения магнитного поля в изделие, измерении сдвига фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре между изделием и катушками, суммарного магнитного потока и магнитного потока в воздушном зазоре между катушками при соответствующей глубине проникновения магнитного поля, определении этой глубины и электропроводности материала изделия с последующим определением по полученным значениям распределения температуры по сечению изделия 2.

Ё

XI

3

ч

00

Недостатком известного способа является низкая точность определения температуры вследствие изменения сопротивлений реактивных элементов вихретокового преобразователя при изменении частоты возбуждающего электромагнитного поля.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения распределения температуры в сечении изделия из- менение глубины проникновения магнитного поля в изделие осуществляют путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля вихретокового преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство содержит вихретоковый преобразователь (ВТП) 1, состоящий из возбуждающей 2 и измерительной 3 обмоток, и обмотки 4 подмагничивания, в котором размещено ферромагнитное изделие 5, источник б опорного напряжения, потенциометр 7, операционный усилитель 8, генератор 9, амперметр 10, вольтметр 11, фазометр 12 и трансформатор 13.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое ферромагнитное изделие 5 размещают в переменном электромагнитном поле ВТП 1 и потенциометром 7 фиксируют ток обмотки 4.

Известно, что напряженность магнитного поля

Н

I W I

0)

где I - ток обмотки 4 подмагничивания; W - число витков обмотки; I - длина обмотки

р f/H ,

(2)

где - магнитная проницаемость изделия 5.

Таким образом, задавая ток подмагничивания, задают напряженность постоянного магнитного поля, а следовательно, и магнитную проницаемость ft. Затем фазометром 12, опорный сигнал для которого снимается со вторичной обмотки трансформатора 13, первичная обмотка которого включена последовательно с амперметром 10 и возбуждающей катушкой 2, измеряют угол ро сдвига фаз между суммарным магнитным потоком Ф0 и магнитным потоком

Ф1 в воздушном зазоре между изделием 5 и катушками ВТП. Затем определяют магнитный поток Ф2 в самом изделии из соотношения:-

+ $ -2ФОФ1 . (3)

Величину магнитного потока Фч в зазоре можно определить из соотношения

10

Ф - а2)Н0 , (4)

где а - радиус изделия;

а0 - радиус катушек ВТП;

fio - магнитная постоянная;

Н0 - напряженность магнитного поля в зазоре.

Далее определяют тангенс угла сдвига фаз между магнитными потоками в изделии и вне его.

г л Л - - Фо stri р0

Ф0сОЗу о -Фз

Ео Sin Ф

Ео COS - (12) Ё1

(5)

где Ео - измеряемая вольтметром 11 суммарная ЭДС, связанная с магнитным потоком Ф0;

EI - значение ЭДС, полученное в отсутствии изделия 5.

Кроме того, комплексную величину магнитного потока в изделии можно выразить зависимостью:

-Й

ytfrhfrfTL a

1о(уП)2f(7

Z, (6)

где 10,1| - модифицированные функции Бес- селя первого рода нулевого и первого порядков от комплексного аргумента (Y I);

f - частота возбуждающего электромагнитного поля;

а - удельная электрическая проводи- мость материала изделия;

Z - безразмерный параметр, фаза которого совпадает с фазой магнитного потока в изделии;

Y - обобщенный параметр, связанный с глубиной д проникновения магнитного поля в изделие

55

у -а 2л1цр0а-У- -.

(7)

С помощью справочных данных по функции Бесселя можно рассчитать зависимость tg p и модуля параметра Z от обобщенного параметра Y, по которым, используя полученное значение ;д р, можно определить глубину д проникновения магнитного поля и усредненную по этой глубине величину электропроводности а для данного значения магнитной проницаемости:

(3

- 2)3 . „ Но

6r-2T Etzl(8)

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

Дискретно, движком потенциометра 7 изменяют ток в обмотке 4, изменяя напряженность постоянного магнитного поля ВТП. Определяют 02 и tg p при каждом фиксированном значении /г изделия и получают новые значения д и а , соответствующие этим значениям/г.

Определяя среднюю температуру в двух соседних слоях изделия, соответствующих двум глубинам проникновения магнитного поля - 5i и д% при двух достаточно близких значениях магнитной проницаемости р и 12 определяют действительную температуру узкого слоя изделия толщиной A( - 52. а для множества дискретных значений fi- профиль распределения температуры по сечению изделия.

:

10

15

20

25

зо

Систематическая погрешность измерения, обусловленная изменением сопротивлений паразитных емкостей ВТП, исключена благодаря сохранению постоянства частоты электромагнитного поля.

Максимальная измеряемая температура Тмакс (0,6-0,8). Тк, где Тк - точка Кюри.

Формула изобретения

Способ определения распределения температуры в электропроводном цилиндрическом изделии, заключающийся в размещении изделия в переменном магнитном поле катушек вихретокового преобразователя, изменении глубины проникновения магнитного поля в изделие, измерении сдвига фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре между изделием и катушками, суммарного магнитного потока и магнитного потока в воздушном зазоре между катушками при соответствующем глубине проникновения магнитного поля, определении этой глубины и электропроводности материала изделия с последующим определением по полученным значениям распределения температуры по сечению изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, изменение глубины проникновения магнитного поля в изделие осуществляют путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля вихретокового преобразователя.

Сущность изобретения; в переменное электромагнитное поле вихретокового преобразователя (ВТП) помещают ферромагнитное изделие. Изменяют глубину проникновения магнитного поля в изделие путем дискретного изменения напряженности постоянного магнитного поля ВТП. Для каждой глубины измеряют сдвиг фаз между суммарным магнитным потоком и магнитным потоком в зазоре между изделием и катушками ВТП, суммарный магнитный поток и магнитный поток в зазоре между катушками, по которым определяют глубину проникновения магнитного поля и электропроводность изделия. По полученным значениям определяют распределение температуры по сечению изделия. 1 ил.

гЈГХУн