Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока Советский патент 1993 года по МПК B23K11/24 

Изобретение относится к электрооборудованию для точечной контактной сварки и предназначено для измерения действующего значения сварочного тока и контроля режима сварки.

Известны устройства для измерения действующего значения сварочного тока. Устройство содержит датчик тока (пояс Роговского) с интегратором и функциональный преобразователь, осуществляющий операции квадратирования,интегрирования и извлечения квадратного корня. Сущность способа заключается в следующем. С выхода пояса Роговского напряжение, пропорциональное производной сварочного тока, подается на вход первого интегратора, с выхода которого снимается величина, пропорциональная мгновенному значению сва- рочного тока. Затем при помощи аналоговых функциональных преобразователей осуществляется возведение в квадрат, интегрирование, извлечение

квадратного корня и запоминание действующего значения тока. Такой способ и устройство для его осуществления имеют достаточно большие погрешности вследствие использования аналоговых функциональных преобразователей.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является устройство для измерения действующего значения сварочного тока, а также способ измерений действующего значения сварочного тока. Устройство содержит датчик тока, измеритель амплитуды тока, блок измерения угла горения вентилей силового тиристорного контактора, входы которых подсоединены соответственно к выходу датчика тока, к выходу фазовращателя и к выходным цепям тиристорного контактора, а выходы подключены к индикаторному прибору через вычислительный блок. На выходе датчика тока получается напряжение, пропорциональное мгновенному значению сварочного тока.

(Л

С

j со VJ о о о

со

Амплитуда тока измеряется и запоминается. Одновременно п, ./изводится измерение угла включения вентилей и угла горения. Сигналы, пропорциональные этим величинам, подаются на вычислительный блок, который по заданному алгоритму производит вычисление действующего значения сварочного тока. Недостатком прототипа является его низкая точность, так как в него входят аналоговые блоки для измерения трех величин: амплитуды тока, угла включения и горения тиристоров.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что предварительно для всего рабочего диапазона записывают в память однокристальной микроЭВМ таблицу действующих значений сварочного тока дт, каждому из которых соответствует величина

Qm

j 1

«(0.

0)

где k - число интервалов разбиения промежутка времени от 0 до Т/2, Т - период напряжения питающей сети; i(t) - сварочный ток; m(.,.n) - номер элемента таблицы, причем число элементов таблицы п выбирается из условия, при котором разность между соответствующими величинами дт и 1дт+1 не превышает требуемой погрешности измерения, затем определяют момент времени для начала вычисления из условия, что сумма р измеренных подряд мгновенных значений тока, где р 5 2, превышает наперед заданную величину, устанавливаемую с учетом помехозащищенности, равную (0,1- 0,5) 1д.мин, измеряют мгновенное значение сварочного тока Изм через равные промежутки времени и вычисляю величину k

S 2 изм.п 1(2) п - 1

а за действующие значение сварочного тока принимают элемент из таблицы 1дт, который соответствующий Qm, равному S или близкому к значению S.

Для вычисления действующего значения сварочного тока формируют массив величин дт, которым соответствуют величины Qm, расположенные с шагом, который обеспечивает требуемую точность измерения и который различен для разных участков массива. При этом поиск ближайшей к величине S суммы Qm производят, начиная с верхнего QI (или нижнего Qn значения из набора величин Qm с установленным шагом, сравнивают величины S и QI - i ШАГ (или Qn+if- хШАГ) и при очередном шаге поиска, когда

разность между этими величинами меняет знак на противоположный, за действующее значение сварочного тока принимают элемент из массива 1дт( ...п) с номером i, т.е.

|Д|.

В предлагаемом устройстве формирователь действующего значения содержит микроЭВМ, регистр адреса, постоянное запоминающее устройство, причем регистр

0 адреса подсоединен к шине адрес/данные, его выход подсоединен к адресной шине запоминающего устройства. Введены расширитель ввода-вывода и задатчик пределов тока, причем задатчик соединен с

5 первым портом расширителя ввода-вывода, а индикатор - с вторым.

В предлагаемом способе требуемая точность измерения обеспечивается выбором таблицы (т.е. массива значений 1дт) необхо0 димого объема,-причем элементами массива являются непосредственно коды для семисегментного индикатора. Таким образом, в таблице каждая ячейка (байт) соответствует одному значению дт из массива,

5 охватывающего весь рабочий диапазон, и нет необходимости хранить в памяти массив больших по величине чисел Qm, используемых при нахождении д. Кроме массива 1Дт в памяти хранятся первое (максималь0 ное) значение суммы Qi и набор шагов поиска, которые подбираются так, чтобы оптимально перекрыть весь рабочий.диапа- зон. В разработанном устройстве обеспечивается приведенная погрешность

5 измерения не более + 2% при использовании таблицы объемом 256 байт для каждого из диапазонов 0,3-10 кА и 10-100 кА (одна таблица для обоих диапазонов). Если использовать таблицу объемом 512 байт, обес0 печивается приведенная погрешность не более ±1%. Кроме того, точность измерений повышается за счет использования программного запуска, при этом исключается возможность пропуска начала сварочного

5 импульса, поскольку в микроЭВМ запоминается предыстория импульса тока и первые измерения не теряются, а учитываются при вычислении Qm, а следовательно, и при нахождении д.

0 Упрощение схемы устройства достигается тем, что при программном способе запуска отсутствует блок формирования сигнала начала измерения, так как нет необходимости измерять угол включения и горе5 ния тиристоров или формировать синхронизирующий импульс.

Расширение функциональных возможностей обеспечивается введенным расширителем ввода-вывода, с помощью которого осуществляются задание и изменение верхних и нижних уставок, индикация, выдача дополнительной информации о выходе действующего значения за поле допуска, выдача сигнала на разбраковывающее устройство.

На фиг. 1 показан принцип программного запуска устройства для измерения и контроля сварочного тока; на фиг. 2 изображена блок-схема устройства для измерения и контроля действующего значения сварочного тока.

Сущность способа заключается в том, что сразу после включения питания измеряется величина сигнала на выходе аналоговой части (интегратор и масштабирующий усилитель). Эти измерения выполняются с фиксированной частотой т , где т - интервал времени между последовательными измерениями мгновенных значений сварочного тока (фиг. 1).

Момент времени t0 соответствует моменту включения устройства и моменту первого измерения сварочного тока, После каждого такого пробного измерения вычисляется сумма р последних значений измеренного сигнала, которая сравнивается с величиной, соответствующей наперед заданному пороговому значению П. Для иллюстрации способа примем . Если j - последнее текущее измерение, то проверяется условие

J ij П .(3)

J-2

В том случае, когда эта сумма превышает П, то последние три пробных измерения считаются первыми тремя измерениями мгновенной величины сварочного тока, квадраты которых добавляются к искомой сумме для вычисления действующего значения.

Нахождение действующего значения сварочного тока основано на использовании таблицы. Объем таблицы выбирается исходя из требуемой точности измерения и рабочего диапазона.

Эффективное значение тока рассчитывается по формуле

1эфФ /I i2 dt

(4)

где Т - период, соответствующий частоте питающей сети.

При k намерениях с интервалом г за период интеграл преобразуется в сумму

DI т. i j i

(5)

Причем точность вычисления эфф определяется числом измерений. Здесь ток измеряется в условных единицах (i1), пропорциональных истинному значению то- ка (i) в килоамперах, т.е.

, где f - коэффициент пересчета.

После несложных преобразований можно получить

-----.

|.Фф4г| ч1)г

15

1 j

(6)

20Если обозначить коэффициент перед радикалом

то

WJ

. лг

2) (

(7)

(8)

т. е. для каждого возможного значения сумsi 2

:.1 2

мы s i: о/)

j 1

можно рассчитать соот5

0

0

5

ветствующее значение 1эфф в килоамперах. Эти значения эфф являются элементами таблицы. Элементы этой таблицы располагаются неравномерно с изменяющимся от- стоянием одного относительно другого с целью обеспечения заданной точности измерения и охвата заданного рабочего диапазона.

Нахождение Ьфф производится следующим образом. Максимальному значению измеряемого эфф (верхнее значение диапазона измерения) соответствует сумма 5Макс. Сумме So ШАГ соответствует величина 1эфф1. Любой другой величине S соответствует значение тока Ьффк При этом должно выполняться условие

ифф.1 1эфф.1 + 1s

эфф.верхи

где д - допустимая приведенная погрешность измерения;

S - сумма, полученная в результате работы программы после прохождения сварочного импульса.

Таким образом, элементы таблицы непосредственно являются величинами Ьфф в

килоамперах, предварительно рассчитанными в соответствии с выражением (8) и с выражением для сварочного тока при полнофазном сигнале

i lasinwt,

где la - амплитудное значение импульса сварочного тока.

Т.е. в таблице учитываются и коэффициент F и радикал, что значительно упрощает программное обеспечение устройства. Выбирая соответствующий объем таблицы, можно обеспечить требуемую точность измерения.

Устройство содержит датчик 1 тока, выполненный в виде пояса Роговского 1, выход которого соединен с входом аналогового блока 2, состоящего из интегратора и масштабирующего усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3, соединенного с портом микроЭВМ 4. Шина адрес/данные микроЭВМ соединена с регистром 5 адреса и адресным портом запоминающего устройства 6. Расширитель 7 ввода-вывода соединен с портом микро- ЭВМ, задатчик 8 пределов тока с первым портом расширителя ввода-вывода индикатор 9 - с вторым портом микроЭВМ.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания производится измерение сигнала, поступающего с интегратора и масштабирующего усилителя. Измерение осуществляется с фиксированной частотой под управлением микроЭВМ.

В случае выполнения условия запуска устройства, т.е. при поступлении сварочного импульса, микроЭВМ 4 накапливает данные за текущий период или полупериод сетевого напряжения и вновь переходит в режим ожидания следующего сварочного импульса. При этом производится обработка полученных данных: вычисление по таблице действующего значения сварочного тока, сравнение его с уставками и вывод на цифровой индикатор 9. В любой момент времени возможен просмотр и изменение

уставок с помощью задатчика 8 пределов тока.

Предлагаемый способ расчета действующего значения сварочного тока и способ запуска устройства позволяют повысить

точность измерения тока.

Предлагаемое устройство позволяет измерять действующее значение сварочного тока с требуемой точностью, сравнивать его с наперед заданными уставками, оперативно задаваемыми с органов управления, что расширяет его функциональные возможности без существенного усложнения схемы,

Формула изобретения

Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока, содержащее датчик тока, соединенный с входом интегратора с масштабирующим усилителем, аналого-цифровой преобразователь, формирователь действующего значения тока и цифровой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, формирователь действующего

значения содержит микроЭВМ, регистр адреса и постоянное запоминающее устройство, причем шина адрес / данные микроЭВМ соединена с регистром адреса и адресным портом запоминающего устройства, при

этом выход регистра адреса соединен с адресной шиной запоминающего устройства, причем в устройство дополнительно введен расширитель ввода/вывода, соединенный с микроЭВМ, и задатчик пределов тока, причем задатчик соединен с первым портом расширителя ввода/вывода, а индикатор - со вторым, при этом датчик тока выполнен в виде пояса Роговского.

Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока относится к электрооборудованию для точечной контактной сварки переменным током промышленной частоты и может быть использовано для автоматического контроля режима сварки. Сущность изобретения: измеряют производную сварочного тока, интегрируют измеренный сигнал и определяют действующее значение сварочного тока. Устройство содержит датчик тока, выполненный в виде пояса Роговского, интегратор и масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микро- ЭВМ, регистр адреса, запоминающее устройство, расширитель ввода-вывода, задатчик пределов тока и цифровой индикатор. 2 ил.