Гидроэлектрический датчик Советский патент 1982 года по МПК B21B38/04 

(5) .ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова для непрерывного контроля размеров движущихся изделий, проката в проце сах непрерывной прокатки. Известен гидроэлектрический датчик, в котором струя воды, подводимая к поверхности контролируемого объекта, является одним из плеч мос та. Датчик содержит подводящую труб с насадкой, изоляционные патрубки, трубчатые электроды, источник питан и усилитель l. Недостатком этого устройства является значительная погрешность измерений, связанная с тем, что струя датчика подключается в электрическую цепь с помощью цилиндрических полых электродов. Наиболее близким по технической сущности является устро 1ство гидроэлектрического датчика, содержащее миниатюрный электрод, помещенный коаксиально в свободную струю и разделяющим ее на два участка, и обладающее более стабильной характеристикой, так как оно содержит лишь один полый цилиндрический электроднасадку 2 . Таким образом, несмотря на использование компенсационного метода измерения, при котором сопоставляются омические соротивления эталонного участка и преобразующей части струи, образованные одндй и той же проточной жидкостью, известные гидроэлектрические датчики имеют значительную погрешность измерения, вызываемую колебаниями электропроводности жидкости. Это связано с тем, что струя датчика подключается в электрическую цепь питания с помощью полого цилиндрического электрода, охватывающего струю по образующей ее поверхности. Вследствие значительного различия электропроводимости жидкости и металла (в 10 , ..., 10 раз) электоодом замыкается полностью только поверхностный слой струи. Участки струи, располагающиеся ближе к ее оси,контактируют с электродом через частицы электропроводной жидкости, что соответствует введению дополнительных омических сопротивлений и пр1 водит к фиктивному увеличению длины внутренних слоев струи по сра нению с наружными с максимальной пр бавкой длины по оси струи. В такой струе устанавливается различный по сечению продольный градиент напряже ния: в наружном слое на образующей поверхности он максимален, а на оси струи минимален.Это приводит к создан различного уровня шаговых напряжени в различных по сечению цилиндрических элементах струи, появлению поперечного градиента напряжений и, соответственно, поперечной составля ющей .электрического тока. Этот ток течет в радиальных направлениях в электропроводной жидкос ти и в свою очередь оказывает взаимное влияние на распределение продольного градиента. Взаимодейств поверхностных и внутренних слоев электропроводной жидкости приводит К снижению градиента напряжений на образующей поверхности струи и повы шению градиента в центральной (осев зоне струи так, что в процессе измерения используется некоторое среднее действующее значение продольного градиента напряжений в струе. Чем больше количество полых цилиндрических электродов охватывае и разделяет струю на участки, тем более размытым (флюктуирующим) будет среднее действующее значение градиента напряжений и, следователь но, тем менее стабильным и точным будет преобразование гидроэлектрического датчика . Цель изобретения - повышение стабильности и точности преобразова ния гидроэлектрического датчика. Эта цель достигается тем, чт.о гидроэлектрический датчик состоит из насадки с электродом, помещенным коаксиально в свободную струю и разделяющим последнюю на два участка, причем электрод снабжен дополни тельным контактирующим элементом, размещенным во внутренней полости насадки, электрически замкнутым с насадкой и выступающим над ее торцо 8 4 На чертеже приведено устройство предлагаемого гидроэлектрического датчика. Датчик содержит полый корпус 1, электрод-насадку 2, втулку 3, цилиндрический электрод А, проводник 5 в водостойкой изоляции, точки А, в - подвод электропитания, точка С - съем информации. Электрод Ц посредством втулки 3 образует электрический контакт с электродомнасадкой 2. Корпус 1 выполнен из диэлектрического, материала и используется в качестве опорного изолятора, фиксирующего положение датчика относительно базовой плоскости. Проводник 5 в во/зостойкой изоляции установлен во внутреннюю полость цилиндрического электрода k. Датчик работает следующим образом. Электропроводная жидкость из магистрали поступает в полость корпуса 1, затем через отверстия в стенке электрода-насадки 2 - к формирунэщему соплу. Непосредственный электрический контакт с электродом осуществляется в двух зонах - в зоне наружной поверхности струи и в осевой (центральной) ее части. Электрод-насадка 2, формирующий свободную струю, подключен к источнику электрического питания и соединен с зоной наружной поверхности струи, а электрод h контактирует с центральной зоной, расположенной У продольной оси струи. Электрод. 4 коаксиально размещен во внутненней поласти электрода-насадки 2 и выступает над ее торцом на величину ,15 Дс, где Дс - наружный диаметр свободной струи. Наружный диаметр дополнительного цилиндрического электрода 4 составляет величину d, которая определяется соотношением ,35 Дс. Величина выступающей части дополнительного электрода и наружный диаметр его d определены из условия полной компенсации поперечной составляющей градиента напряжений в струе. Числовые коэффициенты получены из условия равенства площадей эквипотенциальных поверхностей в струе, образованных в приэлектродной зоне электродом-насадкой 2 и электродом 4 с учётом их пространственной ориентации и совмещения линии взаимного пересечения этих эквипотенциальных поверхностей по окружности, диаметр 5 которой (Др) равен диаметру цилинд рической поверхности, разделяющей площадь поперечного сечения струи на две равновеликие площади кольца и круга. Проведено экспериментальное опробование гидроэлектрического датчика, у которого диаметр струи До 6 мм, базовая длина свободной струи 100 мм, наружный диаметр цилиндрического электрода, удерживающего проводник в струе d 2 мм выступающая часть над торцом из сопла в струю h 0,8 мм. Результаты лабораторных испытан показывают высокую стабильность и значительное (в 10 раз) повышение точности измерений предлагаемым датчиком в сравнении с известным. Если в последнем датчике точнрсть составляет не выше 1% от базовой длины струи, то с дополнительным, контактирующим электродом в центра ной осевой части струи (предлагаем точность составляет около 0,1 от базовой длины струи, а при тщатель ной юстировке величины, выстуНающе 8 части h над торцом насадки, достигается еще более высокая точность и стабильность измерений. Формула изобретения Гидроэлектрический датчик, включающий насадку с электродом, помещенным коаксиально в свободнуб струю и разделяющим последнюю на два участка, отличающийся, тем, что, с целью повышения стабильности и точности преобразования гидроэлектрического датчика, электрод снабжен дополнительным контактирующим элементом, размещенным во внутренней полости насадки, электрически замкнутым с насадкой и выступающим над ее торцом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 395137, кл. В 21 В 37/0.0, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 622525, кл. В 21 В 37/00, 1977