Гидроэлектрический датчик Советский патент 1982 года по МПК B21B38/00 

1

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для контроля линейных размеров движущихся изделий, например проката.непосредственно в процессе его производства .

Известны устройства для измерения поперечных размеров движущихся объектов, принцип действия которых заключается в том, что на поверхность контролируемого изделия подают струю сжатого газа или жидкости и по их.расходу судят о поперечном размере 1 .

Однако диапазон измерения такими датчиками не превышает нескольких миллиметров.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, в котором к поверхности контролируемого объекта подводится струя,сформированная из электропроводной жидКОСТИ и являющаяся одним из плеч измерительного моста. Датчик содержит подводящую трубу с насадкой, изоляционные патрубки, трубчатые электроды, источник питания. Этот датчик имеет широкий диапазон измерений от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров 2 .

Недостатком этого гидроэлектри10ческого датчика является значительная погрешность измерений, вызванная нестабильностью удельного сопротивления жидкости от случайных колебаний концентрации и химическо15го состава растворенных примесей, температуры, наличия адсорбции на поверхности электродов и др.Несмотря на применение мостового метода измерения, при котором сопо20ставляются омические сопротивления плеч моста, образованных одной и той же проточной жидкостью, стабильность и точность градуировочной характеристики измерителя остаются недостаточно высокими. Одной и причин, ухудшающих стабильность градуировочной характерис тики датчика, является наличие боль шого числа электрических разъединений струи на участки с помощью длин ных патрубков, используемых в качестве цилиндрических электродов. Участки струи датчика с электродами представляют собой электрохимические ячейки, в которых на границе электрод-раствор образуется двойно электрический слой, который может быть уподоблен электрическому конденсатору. Значение емкости, а следовательно, и омическое сопротивление переменному току зависит от потенциала электрода и строения двойного электрического слоя, концентрации раствора и химического состава примесей, от силы постоянного тока, проходящего через границу раз дела электрод-раствор. В известном датчике можно выделить восемь переходных зон электрод струя, причем форма и площадь контактных зон струи с электродом во всех плечах .моста идентичны. Особенно отличается от остальных участок свободной струи, которая одной стороной контактирует с плоской поверхностью контролируемого проката, а другой - с внутренней цилиндрической либо конической поверхностью насадки, формирующей струю. Кроме того, различие в диаме рах отверстий насадки, штуцеров и подводящего патрубка приводит к раз личию контактных площадей, а следовательно, и к различному значению дифференциальной емкости, которая составляет примерно 18 мкФ/см у отрицательно заряженного электрода и 36, МКФ/см у положительно заряжен ного электрода. Нестабильность iемкостной состав ляющей омического сопротивления и различие их по величине приводит к тому, что в диагонали измерительног неравновесного моста связь между длиной свободной струи, определяемо линейными размерами проката, и элек трическими сигналами разбаланса становится неоднозначной. Цель изобретения повь1шение точ ности измерения. Указанная цель ло(. тигдется тем, что гидроэлек г pKifc.iHi /итик со4держит патрубок, подводящий электропроводную жидкость, насадку, направляющую струю жидкости на металл, электроды,диэлектрические патрубки, источник питания, два усилителя и два резистора, причем электроды датчика выполнены парно идентичными по форме и размерам контактирующей со струей площади, из них одна пара (плоские электроды) установлена перпендикулярно оси струи, а другая пара (миниатюрные цилиндрические электроды) охватывает струю по образующей окружности, один полюс источника питания через резисторы и усилители соединен с цилиндрическими электродами, с первым плоским электродом непосредственно, а второй полюс источника питания заземлен. На чертеже приведен гидроэлектрический датчик. Датчик содержит патрубок 1, соединенный с фланцем 2, электрод 3 из металлической сетки, диэлектрический патрубок 4, миниатюрный по высоте цилиндрический электрод 5, диэлектрический патрубок 6, миниатюрный цилиндрический электрод 7, диэлектрическую насадку 8, струю 9, контролируемый прокат 10, рольганг 11, усилители 12 и 13, нагрузочные резисторы и 15,источник 16 электрического питания. Устройство работает следующим образом. Электропроводная жидкость из питающей магистрали по патрубку 1 поступает с некоторым избыточным давлением к датчику. Через отверстие во фланце 2 вода достигает поверхности электрода 3, выполненного из металлической сетки, проходит сквозь сетку, последовательно заполняя полость диэлектрических патрубков А и 6, и с помощью диэлектрической насадки 8 формируется в компактную струю 9, которая направляется на поверхность измеряемого проката 10, транспортируемого по рольгангу 11, Струя гидроэлектрического датчика подключается к источнику 16 электрического питания парой плоских электродов, установленных перпендикулярно траектории полета струи. Струя заключена между плоской поверхностью электрода-сетки 3 и плоской поверхностью заземленного конт;ролируемого проката 10. Образующиеся площади контактных ЗОИ электродов со струей практически одинаковы и соответствуют поперечному сечению струи, форма электрического поля, создаваемого в приконтактной зоне струи с плоскостью электродов, идентична. Это приводит к созданию одинаковых дифференциальных емкостей, образующихс на контактных поверхностях струи с электродами. В связи с этим отсутствует постоянная составляющая электрического тока через струю,которая связана с перераспределением (перезарядкой) накопленной энергии. Устранение постоянного тока через границу раздела электрод-струя благоприятно сказываются на стабилизации во времени емкости двойного эле трического слоя, ослабляя ее влияние на омическое сопротивление пере менному току. Сигнал о контролируемом размере снимается и с миниатюрных по высоте цилиндрических электродов , ох ватывающих струю по образующей окружности. Эти электроды выполнены из фольги с отверстием, равным диаметру струи гидроэлектрического датчика. Они установлены на расстоянии а друг от друга и подключены в измерительную схему через электронные согласующие усилители 12 и 13 с большим входным сопротивлением. С нагрузочных резисторов 1 и 15 электронных усилителей снимается сигнал информации Ua который пропорционален падению напряжения на участке струи длиной о, за ключенной в диэлектрическом патрубке 6, и зависит от длины струи 9 меняющейся в соответствии с размером контролируемого проката 10. Использование миниатюрных по выс те цилиндрических электродов 5 и 7, охватывающих струю по образующей окружности, позволяет уменьшить чис ло переходных зон в цепи питания электрод-струя с восьми до двух. Вследствие малой толщины электродов изготовленных из фольги их влиянием на перераспределение продольного градиента в струе можно пренебречь, а ответвление токов на вход высокоомных усилителей практически не оказывает влияния на искажения электрического поля струи в целом и отдельных ее зон. Таким образом, оптимизация формы и площади контактируемых со струей электродов, охватывающих струю по окружности с толщиной линии, равной толщине фольги, позволяет уменьшить влияние электрохимических процессов, следовательно, повысить, стабильность и точность измерения гидроэлектрическим датчиком. Формула изобретения Гидроэлектрический датчик, содержащий патрубок, подводящий электропроводную жидкость, насадку,направляющую струю жидкости на металл, электроды, диэлектрические патрубки, источник питания, два усилителя и два резистора,отличающийс тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды датчика выполнены парно идентичными по форме и размерам контактирующей со струей площади, причем одна пара (плоские электроды) установлена перпендикулярно оси струи, а другая пара (цилиндрические электроды) охватывает струю по образующей окружности, один полюс источника питания через резисторы и усилители соединен с цилиндрическими электродами, с первым .плоским электродом непосредственно, а второй полюс источника питания заземлен. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Агейкин Д.Н. и др. Датчики контроля и регулирования. Металлургия, 19б5. 2.Авторское свидетельство СССР W 395137, кл. В 21 В 37/00, 1970.

lit

IS

JTa

/Г