Датчик генераторного типа для контроля положения металлических изделий Советский патент 1978 года по МПК B21B38/00 

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в снстемах автоматизации прокатного н трубного производства для контроля наличия проката, труб и механизмов металлургических машин.

Известен генераторный датчнк I) (бесконтактйый выключатель щелевого типа (КВД), который содержит два круглых Ш-образных феррнтовых магнитопровода. на центральном . сердечнике одного из которых расположены обмоткн-возбуждаюшая н положительной обратной связи (ПОС), а на другом - обмотка отрицательной обратной связи (OOG). Обмотки связи соединены последовательно между, собой н со входом усилителя. Возбуждающая обмотка соединена с выходом усилителя. Количество витков обмоток связи выбраны таким образом, чтобы действие обмотки ООС было сильнее действия обметки ПОС (т. е при подаче переменного напряжения на возбуждающую обмотку, например от внешнего генератора, ЭДС в обмотке ООС больше ЭДС в обмотке ПОС), в результате чего усилитель с обмотками является схемой с отрицательной обратной связью и поэтому в целом датчнк не возбуждается и не генерирует.

При введении электропроводного тела в рабочее пространство между магнитопроводамн обмотка ООС экранируется нм, действие ее существенно уменьщается (нлн прекращается совсем). Прн этом обмотка ПОС создает в дат«ке положительную обратную связь, датчнк возбуждается н генерирует отличное от нуля напряжение, появление которого нндивдрует нахождение в рабочем пространстве датчика контролируемого изделия.

Недостатками этого датчика являк)тся: ограниченное яримененне нз-за недостаточной ве10 личниы зазора, в который необходимо вводить не само контролируемое нзделие (механизм, трубу н т. п.), а связанные, с ннм щунты нли флажки; разделение воспринимающего элемента на две самостоятельные конструкции (как, например, у датчиков типа КВД-50 н

КВД-100).

Наиболее близким к описываемому изобретению до техннческой сущности н достигаемому результату является генераторный датчнк {2} плоского типа (накладного (КВП), в котором предусмотрен одни магннтопровод, на котором расположены возбуждающая н воспринимающая обмотки, которые вместе с уснлителем собрань по схеме генератора. Количество витков обмоток, нх расположение н коэффицнент усиления усилителя выбраны таким образом. Чтобы комплексный коэффициент К передачи напряжений по замкнутому контуру (по цепи: воспринимаюшая обмотка - усилитель - возбуждающая обмотка - воспринимающая обмотка) был близок к единице, т. е. /(1 При отсутствии контролируемого электропроводйого изделия выбирают з наченне и схема не .генерирует. При ноявленим изделия значение схема возбуждается и датчик срабатывает. Недостатком этого датчика является низкая чувствительность, так как колебания коэффициента передачи К (например, из-за темпера,-, турного изменения коэффициента усилений усилителя, магнитной проницаемости магнитопровода, разбросов параметров об.моток и т. д. не дают возможности в исходном состоянии получить значение коэффициента К зесьма близкое к 1, но меньшее. При возможно, ложное срабатывание датчика при отсутствии контролируемого изделия. Други.м недостатком датчика является зависимость его работы от наличия окалины, которая осаждается на поверхности датчика и приводит либо к уменьшению чувствительности .аатчика (уменьшению рабочего зазора), либо к ложному срабатыванию, что сужает область его применения. Отмеченные недостатки делают практически непригодным датчики плоского и ш,елевого типа (КВД и КВП) для контроля на.шчия проката и труб. Целью изобретения является, повышение чувствительности и зазора между датчиком и контролируемым изделием, а также исключение влияния окалины на работу датчика, повышение точности индикации. Указанная цель достигается тем, что в датчике возбуждаюшая и воспринимаюш,ая обмотки расположены взаимно перпендикулярно и симметрично; возбуждающая обмотка выполнена в виде секций прямоугольной формы (как правило, две или четыре секции), расположенных в плоскостях, параллельных вертикальной оси корпуса и удаленных от центра восприНИмаюшей обмотки к пространству, в котором находятся ее витки. Возбуждаюш.ая обмотка выполнена в виде четного количества секций, включенных попарно и встречно. Кроме того, в схеме лтатчика применен делитель выходного напряжения усилителя, воспринимающая обмотка соединена с выходом делителя и входом усилителя, что позволяет отстроиться от влияния электропроводных масс, расположенных в нижней части датчика (днище корпуса; основание, на которое устанавливается датчик и- т. п.). На фиг. 1 показано взаимное расположение обмоток датчика; на фиг. 2 - обп1ий вид, предложенного датчика; на фиг. 3 - графики магнитных полей, создаваемых возбуждающей обмоткой и вихревыми токами, наводимыми в контролируемом изделии. Датчик имеет возбуждающую обмотку 1 - в данном случае две секции, включенных встреч но, воспринимающих обмотку 2, усилитель 3, преобразователь 4 выходного сигнала усилителя в стандартный выходной сигнал .,, использус.мый в системах ). Параллс.ть ко с возбуждающей обмоткой 1 соединен конденсатор 5. Датчик контролирует наличие металлического изде.лкя 6. С выхода, усилителг 3 часть напряжения lepes .л,.1ь 7 подается на воспринимающую обмотку 2. Усил.ц--сль 3 литается постоянным нагфйжением Li;. Обмотки датчика намотаны На каркас 8 (фиг. 2), расположен1- ый в .металлическо.м корпусе 9 с крепежными лапами 10. Корпус экранирует обмотки от воздействий внеш1Н1х .металлических тел. Снизу кренится кольцевое днище 11. Пространство .между корпусом и каркасом залито эпоксидным компаундом. В корпусе Э Г|релуснотреи штуцер Л2 для вывода.кабеля 13.. , Датчик работает следующим образом. . При отсутствк.и контролируемого изделия 6 вследств че того, что восприни.мающая обмотка 2 перпе}1дикулярна возбуждающей обмотке i и обмотки расположены взаимно си.ммет-рично, они не ззаи.модействуют друг с другом. ЭДС, наводимая в воспринимающей об.мотке.. равна нулю. Вследствие этого, подаваемое на вход усилителя напряжение также равно нулю, на возбуждающей обмотке переменное напряжение отсутствует и генератор не возбуждается. Выход}1ое напряжение отсутствует и на выходе- преобразователя 4 сигнал Ugw.. При внесении в рабочее пространство датчика электропроводного изделия б появляются условия для возбу.ждения генератора. Это происходит вследствие того, что отражающийся от изде-иля 6 магнитный поток (т. е. поток, возбуждаемый Бозникак:)па.ими в изделии вихревыми TOKaruj) пронизывает Б;)cпpини aющyю обмотку 2 и наводит в ней ЭДС, которая усиливается усилителем 3., выходным напряжением которого пи .аегся возбуждающая обмотка, создающая магнитное поле. При этом обмотки 1 и 2 подключаются к }-силителю такил образо.м, чтобы соз.:,авялась положительная обратная связь. Э.лектромйг iiHTHoe по.те, которое взаимодействует с изделием 6 и отражается от него, создастся горкзс.птьльны.ми (параллельными плоскости изделия) участками обмотки возбуждения. Из графикой напряженности полей, отражаемых от электропроводного изделия 6 (фиг. 3) видно, что напряженность су.ммарного отраженного поля Н является суммой напряженностей полей, создаваемь;х верхними участками s и Г; возбуждающей об.мотки (соогветствен ю г;|)афикн Hg и Нз ) и нижними участками ее 1,; и „ i -им соответствуют графики И и /-/«), в которых намагничивающие токи направлены встречно. На фиг. 3 приведены также суммарные кривые напряженностей полей от верхних (кривая //.,) и нижних (кривая /-/„) участков секций возбуждающей обмотки. Поле, создаваемое .ми участкадш Ig и 1,об.уотки 1, направ./ено нротивоноложно полю, создавасмо.му нижними участками и н . iio так как первые распчложены ближе к изделик-,, чем вторые, напряженность //8 больше напряженности Н, вследствие чего разностное иоле, восприни.маемое обмоткой 2,не будет равно нулю и возникает пронизывающий ее магнитный поток Ф. создающий аолсжительную обратную связь в датчике. В зависимости от коэффициента усиления усилителя 3 условия возбуждения (генерации) будут зависеть от зазора между изделием 6 и датчиком. Этот коэффициент может быть весьма больщим, так как в исходном состоянии ЭД( воспри:-:имающей об.мотки практически равна нулю и не зависит от изменения размеров обмото1с и величины их активного сопротивления, вызванных, например, изменением температуры окружающей среды. Из-за отсутствия ЭДС изменение коэффициента усиления усилителя 3 не приводит к ложному самовозбуждению генератора и хотя при этом чувствительпоеть датчика будет несколько изменяться, она останегся вь1сокой. Форма кривой/-/i (фиг. 3) свидетельствует о локализации напряженности И и потока Ф 3 центре датчика. Это обстоятельство позволяет получить епде одно важное преимущество датчика -- повьииение точности индикации изделия при его перемещении в горизонтальной плоскости относительно датчика. Вследствие того что отраженное поле, возбуждающее датчик, появляется только в ограниченной центральной части датчика, в щироком диапазоне изменения зазора изменение координаты положения изделия, при котором происходит срабатывание датчика, меньще, чем диаметр воспринимающей обмотки (и существенно меньоде величины зазора). Тем самым повыщается точность индикации положения изделия. Конденсатор 5, подключенный параллельно возбуждающей обмотке 1, совместно с ней образует частотозадающий контур, в результате чего датчик может возбуждаться только на частоте ш (LC) (где L - индуктивность возбуждающей обмотки 1, С - емкость конденсатора 5), достаточно высокой (100-200 кГц), чтобы отражение поля происходило достаточно полно независимо от изменения в щироком диапазоне значений электропроводности изделия 6. Поскольку отражающееся от изделия поле создается горизонтальны.ми участками обмотки 1, наиболее целесообразной ее формой при наименьших габаритах датчика, является прямоугольная форма. Очевидно, что внесение электропроводных металлических масс снизу датчика создает противоположны эффект в датчике, т. е. эффект отрицательной обратной связи. Поскольку из конструктивных соображений в корпусе датчика необходимо днище, в нем предусмотрен делите.1ь 7 (фиг: 1), соединенный с усилителем 3, а воспринимающая обмотка 2 соединена с выходом делите; Я и входом усилителя. Те.м самым создается регулируемая положительная обратная связь, которая позволяет компенсиовать вносимую днищем отрицательную связь обеспечить высокую чувствительность датчиа при наличии днища. Отличительные особенности датчика обеспечивают весьма важное его преимущество - независимость его работы от окалины, падающей сверху на датчик. Это достигается тем, что плос-. кости секций возбуждающей обмотки 1 уда.1ЯЮТСЯ от центра воспринимающей обмотки 2, а внутреннюю часть датчика можно выполнить полой. При этом в верхней части корпуса предусмотрены выступы, которые экранируют воспринимающую обмотку от насыпающейся в виде кольца окалины, скапливающейся в верхней части датчика. Ввиду же наличия полости окалина в центре датчика собираться не может, так как она проваливается вниз за пределы датчика. В этом случае датчик устанавливается на основание, имеющее отверстие, благодаря чему исключается накопление окалины. Внешняя верхняя часть корпуса может быть выполнена наклонной, что исключит возможность скапливания окалины в верхней части датчика. Без этой особенности датчика окалина скапливалась бы в верхней части датчика и существенно снижала бы его чувствительность, так как слой окалины сверху создает эффект отрицательной обратной связи. Датчик имеет больщой рабочий зазор (равный 2-3 диаметрам воспринимающей обмотки, работает в широком диапазоне температур (последняя ограничивается предельной рабочей температурой деталей датчика); на его работу не влияет падающая окалина. Формула изобретения . Датчик генераторного типа для контроля положения металлических изделий, содержащий корпус, две обмотки - возбуждающую магнитное поле и воспринимающую его, усилитель сигнала воспринимающей обмотки, с выходом которого соединена возбуждающая обмотка, отличающийся тем. что, с целью увеличения чувствительности, тем самым зазора между датчиком и контролируемым изделием, повышения точности индикации изделия, исключения влияния окалины на работу датчика, в нем возбуждающая и воспринимающая обмотки расположены взаимно перпендикулярно, возбуждающая обмотка выполнена в виде секций прямоугольной формы, расположенных в параллельных плоскостях равноудаленных от центра восприн1 мающей обмотки, плоскости секций возбуждающей обмотки параллельны вертикальной оси корпуса. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что юзбуждающая обмотка содержит четное колиtECTBo секций, соединенных попарно и встречно 3. Датчик по п; Л отличающийся тем, что, с целью исключения влияния на чувствительность днища корпуса, в нем применен делитель выходного напряжения усилителя, воспринимающаяобмотка соединена с выходом делителя и входом усилителя. Источники НйНформацни, принятые во внимание при экспертизе: 1.Ивенский Ю. Н. Бесконтактные путевые переключатели в промышленной автоматике, М., «Энергия, 1971. с. 103-140. 2.Маш Д. М., Саарметс X. Ю. Новые бесконтактные путевые выключатели, «Механизация и автоматизация производства, 1973, № 3 с. 20-21.