Гидроэлектрический датчик Советский патент 1982 года по МПК B21B38/04 

(5) ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для непрерывного контроля размеров движуцихся изделий, например проката в процессах непрерывной про.катки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидроэлек-. трический датчик, содержащий трубу, подводящую электропроводную жидкость, насадку, являющуюся электродом, формирующим свободную струю из электропроводящей жидкости, и электрод, выполненный в виде, оголенного конца проводника с водостойкой изоляцией, расположенной коаксиально в свободной струе электропроводящей жидкости. Датчик такой конструкции обладает высокой эксплуатационной надежностью в тяжелых металлургических условиях Р .

Однако в известном датчике точность и стабильность преобразования

линейного размера в электрический сигнал недостаточна. При подключении струи датчика к генератору электрической энергии переменного тока на границах контакта струи с металлическим электродом - насадкой и металлом контролируемого изделия возникают скачки электрического напря-. жения. Предельные значения скачков потенциала на границах контакта + 0...3. Скачок напряжения образуется на двойном электрическом слое, который может быть уподоблен электрическому конденсатору, одной обкладкой которого является электрод, а другой - слой прилегающих к Электроду ионов. Эти напряжения суммируются напряжениями электрических сигналов информации образующихся на участках струи Е и Е2 . Ввиду большой разницы длин участков струи Е и

2 а также различия геометрической формы и площади контактных зон струи

(у насадки - полость, у измеряемого

изделия - плоскость) образующиеся скачки напряжения оказывают различное воздействие на участки струи 2 и Е2 представляющие электрические сопротивления плеч измерительного моста. Кроме того, величина скачка напряжения в приэлектродной зоне зависит от концентрации раствора, температуры, наличия специфической адсорбции, а также от силы постоянного тока, проходящего через границу раздела электрод-раствор. Все эти влияющие факторы трудно контролировать и стабилизировать в реальных условиях эксплуатации гидроэлектрического датчика.

Цель изобретения - повышение точности и стабильности преобразующей характеристики гидроэлектрического. датчика.

Эта цель достигается тем,что датчиJK снабжен подводящим патрубком, трубкой из изоляционного материала, штуцером, электродом-насадкой, опорным патрубком, электродом в виде оголенного конца проводника с водостойкой изоляцией, расположенного коаксиально в сободной струе электропроводной жидкости, источником питания, двумя усилителями, а также дополнительным проводником, установленным совместно с первым по оси струи и образующим своей оголенной частью второй дополнительный электро охватывающий проводник по кольцевой образующей, причем первый проводник выступает из насадки больше, чем второй дополнительный проводник.

На фиг. 1 изображен гидроэлектрический датчик; на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема датчика; на фиг. 3 и - векторная диагпамма напряжений.

Датчик состоит из подводящего патрубка 1j соединенного с трубкой 2 из изоляционного материала, которая соединена со штуцером 3 насадки-электрода k, закрепленной на опорном изоляторе 5. Через уплотнительное устройство 6 в насадку вве даны два параллельных проводника 7 и 8, покрытых водостойкой изоляцией. Оба проводника находятся у оси струи и выступают из насадки, один - на расстоянии , а другой - на F ее торца. Концы тонких проводников очищены от изоляции и образуют размеиенные коаксиально в струе 9

электроды 10 и 11, причем электрод 10 своей оголенной частью охватывает по кольцевой образующей проходящей совместно с ним изолированный проводник. Источник питания 12 подсоединен одним полюсом к заземленному патрубку 1 к рольгангу 13, а другим - к электроду-насадке Ц. Проводники 7 и 8 подсоединены ко входам усилителей 14 и 15 с большим входным сопротивлением. Общий провод усилителей подключен к электродунасадке 4 через резисторы R и R , являющиеся нагрузочными элементами эмиттерных повторителей. Датчик располагают над транспортируемой полосой 1б.

При замыкании струи 9 на поверхность контролируемого проката 1б, перемещаемого по рольгангу 13, струя оказывается подключенной к источнику питания 12. В осевом направлении струи устанавливается некоторый градиент напряжения, который зависит от суммарной длины струи напряжения источника питания 12 и нестабильности скачков электрического напряжения на границе контакта струи с металлическим электродом-насадкой k и поверхностью контролируемого изделия 16. При соотношении длины струи к ее Д1 аметру, равному десят1, которое обычно применяется в гидроэлектрических датчиках, можно пренебречь влиянием проводников 7 и 8 миниатюрных электродов 10 и 11, помещенных в струю. Эквивалентную электрическую схему датчика можно представить как последовательное соединение конденсаторов,образованных емкостью двойного электрического слоя и омического сопротивления раствора, сформированного в струю. На фиг.2 представлена эквивалентная электрическая схема с использованием иг.точника переменного тока, где С - эквивалентная емкость, образованная на границе контакта струи с насадкой; С - эквивалентная емкость образованная на границе контакта струи с измеряемой полосой; U. падение напряжения на емкостном сопротивлении струи в зоне контакте с насадкой; . падение напряжения на емкостном сопротивлении s зоне контакта с полосой; Ug - общее падение напряжения на участке струи, опред- ляемом положением электрода 10 5 относительно торца электрода-насадки 4; Ug +Ug - оГщее падение напряжения на участке струи, определяе мом положением электрода 11 относи.тельно торца электрода-насадки ; 1) падение напряжения на участке струи между электродами 10 и 11; Ug - общее падение напряжения на участке струи между электродом 11 и заземленным полюсом источника пит ния 12; Up - напряжение источника питания переменного тока. На фиг. 3 представлена векторная диаграмма напряжений на участках струи гидроэлектрического датчика, соответствующая конкретным парамет рам свойств электропроводной жидкос ти в случае, когда эквивалентная емкость GI на границе контакта стр с насадкой в два раза меньше, Мем на границе контакта струи с измеряе мой полосой С(-| . Если под,влиянием произвольного неконтролируемого фактора в системе электрод-струя произойдет, например увеличение падения напряжения на эквивалентных емкостях и U , как представлено вектороной диаграммой на фиг. it, то в соответствии с этим изменением происходит сущес венное увеличение падения напряжения на участках струи 2 и + , , заданных длиной двух выступающих из насадки проводников. В то же время на участке струи длиной g падение напряжения практически сох раняется неизменным. Из сопоставления фиг. 3 и фиг. k можно записать ё.и, (2) .Uf/ (3) (М ue.cue Следовательно, использование тол ко одного электрода, установленного е струю, приводит к неоднозначному воздействию влияющего фактора на эталонный, примыкающий к торцу насадки участок струи. Практически фактор :1еконтролируемого напряжения и и,. вносит существенные колеб См t. и ния только на эталонном участке струи, 3 на преобразующем участке струи его влияние почти не отражается. Это приводит к снижению точности и стабильност.и преобразования 0 6 Для обеспечения практически одинакового влияния неконтролируемых изменений напряжения на эталонный участок и преобразующую струю в конструкцию датчика введен дополнительно миниатюрный кольцевой электрод 10, охватывающий изолированный проводник первого дополнительного миниатюрного электрода и разделяющий струю совместно с ним на три участка 1, . Электрический сигнал, соответствующий первому участку струи длиной 2., снимается электродом 10 и проводником 8 подключается на вход согласующего.усилителя 15, выполненного по схеме составного эмиттерного повторителя, обладающего большИМ входным сопротивлением. На нагрузочном резисторе R. этого усилителя выделяется напряжение ир. -лЭлектрический сигнал, соответствующий суммарной длине участка струи о снимается с электрода 11 и проводником 7 подключается на вход согласующего усилителя , идентичного по параметрам с усилителем 15. На нагрузочном резисторе R2 выделяется напряжение Up + g.,. Нагрузочное резисторы R и R, лителей 1 и 15 включены по дифференциальной схеме, чт(1 позволяет получить разность двух сигналов, поступающих с миниатюрных электродов. Эта разность соответствует напряжению Uf , образующемуся на втором участке струи длиной Р. и используемой в качестве эталонного плеча измерительного моста. Таким образом, при установке двух дополнительных электродов, размещенных в струе, функцию эталонного плеча моста выполняет участок струи , который пространственно удален от торца насадки, а преобразующего плеча моста - участок струи ,,, причем оба они подвержены ослабленному влиянию неконтролируемых факторов в системе электрод-раствор. Такое техническое решение, наряду с высокой эксплуатационной надежностью в тяжелых металлургических условиях, позволяет повысить точность и стабильность преобразующей характеристики гидроэлектрического датчика. формула изобретения Гидроэлектрический датчик, включающий подводящий патрубок, трубку

из изоляционного материала, штуцер, электрод-насадку, опорный изолятор, электрод в виде оголенного конца проводника с водостойкой изоляцией, расположенного коаксиально в свободной струе электропроводной жидкости, источник питания, два усилителя и двй резистора, примем подводящий патрубок соединен со штуцером электрода-насадки, источник питания подсоединен одним полюсом к заземленному патрубку и рольгангу, а другим - к электроду-насадке, проводник соединён со входом усилителя, выход которого через резистор соединен с электродом-насадкой, отличающийс я тем, что, с целью повышения

Фиг.1

точности и стабильности преобразующей характеристики, он снабжен дополнительным проводником, установленным совместно с первым по оси струи и образующим своей оголенной частью дополнительный электрод, охватывающий первый проводник по кольцевой образующей, причем первый проводник выступает из насадки больше, чем дополнительный проводник, а дополнительный проводник через вторые усилитель и резистор соединен с электродом - насадкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

фиг-2