Электромагнитный датчик для контроля положения стальных изделий Советский патент 1980 года по МПК B21B38/00 

окапины, скапливающейся во внутренней полости датчика при его горизонтальной установке(по условиям эксплуатации корпус датчика часто приходится устанавли- йать в горизонтальном положении, при этом в его центральной части, в отверсти Ькапливается , окалина); а также смещения обмоток датчика относительно друг друга и отйосительно корпуса в процессе эксплуатации, например из-за вибрации. Это приводит к появлению напряжения небалан са на выходе сигнальной, обмотки датчика и необходимости увеличивать отрицательную обратную связь в датчике для предотвращения возможных паразитных генераций. Для нормальной работы датчика необходимо, чтобы рабочий сигнал , возникающий за счет воздействия на датчик контролируемого изделия, всегда в несколько раз превышал сигнал небала1юа. Следова тельно,величиной сигнала небаланса ограничивается чувствительность датчика и, соответственно .(Ограничиваетея такой важнейший параметр датчика, как рабочий зазор, т.е.максимальное расстоя ние между датчиком и контролиру емым изделием. Работать же при рабочих сигналах незначительно превышающих сигнал небаланса недопустимо,так : как это г приводит к резкому уменьшению надежно ти работы датчикаи появлению его лож. ных срабатываний. Цель изобретения - повышение чувствительное та и надежности работы датчи капутем Устранения влияния мешающих факторов - окалины на датчике, неточности расположения odMOTOK, воздействия корпуса на обмотки. Цель достигается тем, что в электромагнитный датчик введен фазочувствител ный выпрямитель (ФЧВ),в котором вход опорного напряжения (т.е. вход ФЧВ, к которому подключается источник опорног напряжения) через фазосдвигающую цепь подключен к генератору а рабочий вход к выходу усилителя переменного напря} жния сигнальной обмотки, возбуждающая. обмотка пощслючена через резистор к генератору. На фиг. 1 представлена функциональная схема электромагнитного датчика; на фиг. 2 - эпюры напряжений на выходе фазочувствитольно1Ч5 выпрямитег.й,, Датчик содержит генератор 1 синусоидального напряжения диффе тенциально включенные секции возбуждающей обмотки 2, которая через („«озихтор 3 подключена к выходу генерпт)1),ч .1. Сиг нальная обмотка 4 соединпна с усил телом 5 переменного напряжения, выход которого подключен к рабочему входу фЧВ 6. Вход опорного напряжения ФЧВ 6 подключён к генератору 1 через Р С-цепь 7 и 8. Йыход ФЧВ 6 подключен к выходному усилителю 9 формирующему стандар нь1й выходной сигнал UQYJI I. Датчик работает следующим образом. При отсутствии контролируемого изделия тОк, Протекающий через резистор 3 и возбуждающую обмотку 2 создает переменное магштное поле, которое в сигнальной обмотке 4 наводит напряжения, обусловленные мешающими факторами. Напряжение сигнальной обмотки 4 усиливается усилителем 5 и подается на рабочий вход ФЧВ 6. На другой вход ФЧВ от генератора 1 через 1 С-цёпь подается опорное напряжение, фазовый сдвиг которого может выбираться с помощью резистора 7 и конденсатора 8. На выходе усилителя 5 напряжения Е и Е, обусловленные мешающими факторами (Е -окалиной и - неточностью расположения обмоток и влияния корпуса) имеют фазо вый сдвиг относительно напряжения В, который складывается из сдвига тока Dg возбуждающей обмотки относительно напряжегшя генератора Ер (вследствие наличия резистора 3 и активного сопротивления возбуждающей обмотки датчика) на угол, меньший: 90° и сдвига напряжения сигнальной обмотки относ.ительно тока Ug (и напряженности Ц , создаваемого, им поля) на угол примерно равный 90° (так как напряжение на сигнальной o6ivroT- ке пропорционально производной напряженности Н поля). Опорное напряжение, поступарэщее от генератора 1 сдвигается цепочкой RC 7 и 8 на угол, равный фазовому сдвигу тока О р -относительно напрйжения генератора (что достигается соответствующим выбором параметров JRC-цепи). В результате этого разность Фзз Mon ivvcp межод- опорным напряжением и напряжениями, определяемыми мешающими факторами, равна ЭО. На выходе ФЧВ 6 получается выпрямленное напряжение, среднее значение которого определяется формулой: СрЦБ- Е ф ОЗ - Р г где К - коэффициент пропорционалыгости, зависящий от схомы ФЧВ (для изображетл.гх пп фиг. 2 одпополупориодной схемы пения К 4: ); Е - алгебраическая сумма иапряже.НИИ Etjj, II Е , определяемых мешающими, факторами. f 90 Очевидно, что при изведение (4ог,.0 и на выходе ФЧВ среднее значе}гае напряжения Офцр, , определяемого мешающими факторами, равно нулю. Напряжение с выхода ФЧВ 6 подается на вход выходного усилителя 9 на его вход подается также напряжение смещения Uj.;B результате чего напряжение на выходе усилителя 9 равно: нулю. При воздействии на датчик контролируемого изделия на выходе усилителя 5 появляется напряжение Е рабочего сигнала, разность фаз которого в зависимости от электропроводности и магнитной проницаемости материала изделия меняется в диапазоне О±60° и на выходе ФЧВ появляется напряжение рабочего сигнала Uc , причем Uc-(0,154 0,3) ЕС- . При уменьшении зазора между датчиком и изделием величина сигнала Oj-, воз растает, и при Uc выходе усили теля 9 появляется сигнал, свидетельствую щий о наличии контролируемого изделия .в рабочей зоне датчика. Исследования показывают, что при индикации стальных изделий указанный сдвиг фаз достигается в диапазоне частот 5... 15 кГц для любых реальных значений электропроводности и магнитной проницае мости материала изде1тй. В то же время сдвиг фаз ду опорным напряжением и напряжением от мешающих факторов, вызываемых наличием окалины, неточностью расположения обмоток чувствительного элемента, их сме Jf - W тт rчtЖt ТГ ТТГ rf Г ХГУЧО Т ТГЧЛЧВЛ. щением относительно друг друга и проводящего материала корпуса (выбирается с высоким значением электропроводности, например медь или алюминий) не меняетс и остается равным 90 . Вследствие этого несмотря на изменение амплитуды этих напряжений в процессе эксплуатации датчика среднее значение выпрямленного напряжения от мешающих факторов остается равным нулю, не влияет на работу датчика и не приводит к его ложным срабатываниям. Следует отметить далее, что в результате наличия отличительных особенносТЗвыпрямTeit в npeanorfaraeMOM датчике, фазовый , cдвигSQn f фПOддepживaeтcя весьматочно и практически не зависит от колебаний частоты (лЗ генератора .1. . Для тока 3 возбуждающей обмотки 2 имеем выражение В- R. фазовым сдвигом --arc.lgf где RT - сопротивпение резистора 3; 1 „и11п - активное сопротивление и индуктивность секций возбуждающей обмотки; - напряжение и частота генератора 1, Для RC - цепочки 7 и 8 имеем г 1- с фазовым сдвигом где R и Cg - сопротивление резистора 7 и емкость козденсатора 8. Так как нестабильность фазового сдвига определяется разностью то ,VUUR «« ct -|-arct ci;Tl C Устанавливая выбором величин R равенство тг л Q 18 получаем разность . Тем самым в предлагаемом датчике исключается влияние на его работу изменения частоты Ш генератора. Нестабильность фазового сдвига определяется лишь нестабильностью элемен тегко может быть по. irxот величины 4g, / Так как f р выбирается в пределах 0,1 ... 0,15 радиан, то нестабильность дЧв угла GO составляет (1 .,.2)-1О адиан. При этом нестабильность А.Е выпрямленногр ФЧВ напряжения меающих факторов составляет Полагая величину полезного сигнала и с на выходе ФЧВ в 2...3 раза более еличины имеем 2 .. -, (2 ...,i6...o.iitc-. тсв-..г.ю Е