Датчик генераторного типа для контроля положения металлических изделий

(и) 613832 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата онублик вкисудврствеккмк квмктетваата Мекстрвв СССРвв делам кзавретекккн вткрыткк тень Ме 25 ,З оВ. 78 7,78,6 юллеприятие Уралчерметавтома Опытное производственно техническоеи Синарский трубный завод(54) ДАТЧИК ГЕНЕРАТОРНОРО РИПА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙИзобретение относится к средствам автоматизации н может быть использовано в системах автоматизация прокатного и трубного ироизвод.ства для контроля наличия проката, труб н механизмов металлургических машин.Известен генераторный датчик) (бескоитактйый выключатель щелевого типа (КВД), который содержит два круглых Ш-образных.феррнтовых магнитопровода, на центральном , сердечнике одного из которых расположены обмотки-возбуждающая и положительной обрат ной связи (ПОС), а на другом - обмоткаотрицательной обратной связи (ООС). Обмотки . связи соединены последовательно между собой и со входом усилителя. Возбуждающая обмотка соединена с выходом усилителя. Количество витков обмоток связи выбраны таким образом, чтобы действие обмотки ООС было сильнее действия обмотки ПОС (т. е при подаче переменного напряжения на возбуждающую обмотку, например от внешнего генератора, ЭДС в обмотке ООС больше ЭДС в об. 20 мотке ПОС), в результате чего усилитель с обмотками является схемой с отрицательной . обратной связью и поэтому в целом датчик не возбуждается и не генерирует.При введении электропроводного тела в рабочее пространство между магиитопровода 25 ми обмотка ООС экраннруется им, действие ее . существенно уменьшается (или прекращается совсем) . Прн этом обмотка ПОС создает в датчике положительную обратнуюсвязь, датчик . возбуждается и генерирует отличное от нуля напряжение, появление которого индицирует нахождение в рабочем пространстве датчика контролируемого изделия.Недостатками этого датчика являются," огра. ниченное нрименение из-за недостаточной величины зазора, в который необходимо вводить ие само контролируемое изделие (механизм, трубу и т, п,), а связанные с ннм шунты илн флажки; разделение воспринимающего элемента иа две самостоятельные конструкции(как, например, у датчиков типа КВД - 50 и КВД - 100) .Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемо.му результату является генераторный датчик 23 плоского типа (накладного (КВП), в котором предусмотрен один магиитопровод, на котором расположены возбуждающая и воспринимающая обмотки, которые вместе с усилителем собраны по схеме. генератора. Количество витков обмоток, их расположение и коэффициент. усиления усилителя выбраны таким образом, чтобы комплексный коэффициент К передачи напряжений по замкнутому контуру (цо цепи: воспринимающая обмотка - усилитель - возбуждающая обмотка -- воспринимаощая оомотка) был близок к единице, т. е.К=1При отсутствии контролируемого электропроволпого изделия Вь)бирают значение К.: 1 и схема не .генерирует. При появлении изделия значение К 1 схема возбуждается и датчик срабатывает.Недостатком этого датчика является низкая чувствительность, так как колебания коэффициента передачи К (например, из-за температурного изменения коэффициента усилений усилителя, магнитной проницаемости магнцтоцровода, разбросов параметров обмоток и т. д. не дают возмокности в исходном состоянии получить значение коэффициента К Весьма близкое к 1, но меньшее. При К)1 Возможно ложное срабатывание датчика при отсутств)и контролируемого изделия.Другим недостатком даа чика является зави. симость его работы от наличия окалины, которая осаждается ца поверхности датчика и приводит либо к уменьшению 1 увстВРтельцости датчика (у)еньшению рабочего зазора), либо к ложному срабатыванию, что сужает область его применения.Отмеченные недостатки делают практР 1 ески непригодным датчики плоского и щелевого типа (КВД и КВП) для контроля наличия проката и труб.Целью изобретения является, повышение чуВствительности ц зазора между датчиком и контролируемым изд(.Лием, а также исключение влияния окалины на работу датчика, повышение точности индикации.Указанная цель достигается тем,;то в датчике возбуждающая и воспринимающая 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 воспринимающей обмотки к пространству, в котором находятся ее витки.Возбуждающая обмотка выполнена в виде четного количества секций, вклк)ченных попарно и встречно. Кроме того, в схеме датчика применен делитель выходного напряжения усилителя, воспринимающая обмотка соедицеца с выходом делителя и входом усилителя, что позволяет отстроиться от влияния электропроводных масс, расположенных в нижней части датчика (днище корпуса; основание, ца оторое устанавливается датчик и т, п.).На фиг. 1 показано взаимное расцоложе:ше обмоток датчика; на фиг. 2 - обпИй вил, предложенного датчика; на фиг. 3 - графш(и магнитных полей, создаваемых возбуклавшей оомоткой и вихревыми токами, наводимыми в контролируемом изделии.Датчик имеет возбуждающую обмотя 1 в данном случае две секции, включенных встреч но, Воспринимающих обмотку 2, усилитель 3. преобразователь 4 выходного сигнала усилиТЕЛИ В СааНда 1)а НЫЙ ВЫХОЛПОЙ СРГРВЛ 1 , ИС- пользусмый В системах автоматики. Параллель ео с Возоуждак)пгей ОомоткОЙ 1 сое )Р)цец конденсатор 5. Датчпк контролирует ПалиПе металлического изделия 6. С выхода усцлцтел 3 часть напряжения ерез делигли 7 полетсяана Воспинцмню 1 цую ОбмОтку 2. Ус:)лц"е,ь 3,1 итается постоянным напряжением 1.Обмотки датчика РахОтацы на каркас 8(фиг. 2), расположсцпый в металлическом корПуЕ 9 С КПЕПСЖНЫМИ,)ацаИ 1 О. КОрпуС ЭКрапирует обмотки от ноэлейтвия внешних металлических тел. СИРзу к)рсИтся кольцевое дни:це 1. Пространство между корпусом ц каркаОМ 3(1,1 итО эп 01.сцдным компандом. В корпусе 9 црелу 1 Отрец штуцер 12 лля вывода.кабеля )3.Датчик )абпгет следующим образом.При отс, гстьи)1 контролируемого изделияб Вследств. тогс, что воспринимающая обмотка 2 перпендикулярна возбуждающей обмотке 1 и обмотки расположены взаимно симметрично, они не взаимодействуют друг с другом.ЭДС, наводимая в восгринимающей обмотке.равна нулю. Вследствие этого, подаваемое на вход усилителя напряжение также равно нул)о, ца возбуждающей обмотке переменное 25;апрякение отсутствует и генератор не возбужла(тся. Выходное напряКение Отсутствъ- ет и ца Выход(. преобразователя 4 сигцаа 1)и =ОПри внесении в рабочее пространство датчика электропроводного изделия б появляются условия для возбукленця генератора. Это происходит вследствие того. что отражающийся От изде 1 ц 6 магииПый цсго (т. е. Поток, ВОЗ- буждаемый ознцкаюц,имц в издеИи Вихревыми ТОкамп) прОнизывает В)принимающую Обмотку 2 и наводит В цей ЗДС. которая усцлиается р илителем 3. выходным напряжением которого питаегся возбукдаюшая обмотка, созл 1 ющая ъагцРТРОе поле. При этом обмотки 1 и 2 подкл 1(, аак)тся к 1 сил ител)0 таким ОбразОм, чгобы создав,)ась по Ожите ьцая обратная )О связь.ЭлектР)омв)(итное голе, которое взаимолействуе с изделием б и отражается от него, создается гориз,ц :.льными (параллельными плоскости изделия у)астками оомотки возбуждения. Из графиков напряженности полей, отражаемы:( от электропроводпого изделия б (фиг. 3) видно, что напряженность суммарного отраженного полн Н., является суммой напряженностей полей, создаваемьп( верхними учасгками 1, и .; Возбуждающей обмотки (соответственно, )афикц Н, и /У ) и нижними участками ее 1., и 1 им соответствуют графики Н и О), в (оторых намагничивающие токи направлены встречно. На фиг. 3 приведены также сухМарные криВые напряженностей полей сп верхних (кривая )1) и нижних (кривая Ч) участков секций воз)ужлающей обмотки. )1 олс., создаваемое )герхнимц участкази 1 и 1,",Об)Отки 1, нарав,ецО противо- полокцо полю, созда ВР 11 0)Пг Р и ж ни 1 Р уч а ст/ Урками 1, и 1. Но так как первые раси - ложены блике к изделию, чем вторые, цагря3832 10 20 35 Форму.га изобретения 40 45 50 55 616женность В, больше напряженности Н, вследствие чего разностное )ю)ле, воспринимаемоеобмоткой 2,пе будет равно нулю и возникаетиронизывзюший ее магнитный поток Ф . создающий полсжительну)о обратную связь в датчике.В зависимости от коэффициента усиленияусилителя 3 условия возбуждения (генерации)будут зависеть от зазора между изделием 6 идатчиком, Этс)т коэффициент может быть весьма большим, так как в исходном состоянииЭДС воспри-.има)ошсй обмотки практически раВна нулю и )1 е зависит от изменения размеровобмотоквеличины их активного сопротивления, вызвьных, например, изменением температуры окру)как)шей среды. Из-за отс,.твияЭДС изменение коэ 1 рфициента усилениясилйтеля 3 не приводит к ложному самовозбуждению генератора и хотя при этом чувствительность датчика будет несколько изменяться, онаостане)ся высокой,Форма кривойН (фиг. 3) свидетельствуето,юкализации напряженности )Ч и потока Фв центре датчика. Это обстоятельство позволяет получить еше одно важное преимушестводатчикаповышение точности индикации изделия при его переме)цении в горизонтальнойплоскости относительно датчика, Вследствиетого что отраженное поле, возбуждающее датчик, появляется только в ограниченной центральной части датчика, в широком диапазонеизменения зазора изменение координаты положения изделия, при котором происходит срабатывание датчика, меньше, чем диаметр воспринимающей обмотки (и сушественно меньшевеличины зазора). Тем самым повышается точность индикации положения изделия,Конденсатор 5, подключенный параллельновозбуждаюшей обмотке 1, совместно с ней образует частотозадаюШий контур, в результатечего датчик может возбуждаться только начастоте- 1/2и) = (1.С)(где 1. - индуктивность возбуждающей обмотки 1, С - емкость конденсатора 5), достаточно высокой (100 в 2 кГц), чтобы отражение поля происходило достаточно полно независимо от изменения в широком диапазоне значений электропроводности изделия 6.Поскольку отражающееся от изделия полесоздается горизонтальными участками обмотки1, наиболее целесообразной ее формой принаименьших габаритах датчика, является прямоугольная форма. Очевидно, что внесение электропроводных металлических масс снизу датчика создает противоположный эффект в датчике, т. е. эффект отрицательной обратной связи. Поскольку из конструктивных сообрахкений в корпусе датчика необходимо днише, в нем предусмотрен делитель 7 (фиг. 1), соединенный с усилителем 3, а воспринимающая обмотка 2 соединена с выходом делите;)я и входом усилителя. Тем самым создается регулируемая положительная обратная связь, которая позволяет компенсировать вносимую днищем отрицательную связь и обеспечить высокую чувствительность датчика при наличии дниша.Отличительные особенности датчика обеспечивают весьма важное его преимушество - нензависимость его работы от окалины, падаюшеи сверху на датчик. Это достигается тем, что плоскости секций возбуждаюшей обмотки 1 уда,)яются 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 насыпаюшейся в виде кольца окалины, скапливаюшейся в верхней части датчика. Ввиду же наличия полости окалина в центре датчика собираться не может, 15так 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 бьгть выполнена наклонной, что исключит возможность скапливания окалины в верхней части датчика,Без этой особенности датчика окалина скапливалась бы в верхней части датчика и сушественно снижала бы его чувствительность, так как слой окалины сверху создает эффект отрицательной обратной связи,Датчик имеет большой рабочий зазор (равный 2 - 3 диаметрам воспринимающей обмотки), 30 работает в широком диапазоне температур (последняя ограничивается предельной рабочей температурой деталей датчика); на его работу не влияет падающая окалина. 1. Датчик генераторного типа для контроля положения металлических изделий, содержаший корпус, две обмотки - возбуждающую магнитное поле и воспринимаюшую его, усилитель сигнала воспринимающей обмотки, с выходом которого соединена возбуждающая обмотка, от.гггчающийся 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 воспринимаюгцая обмотки расположены взаимно перпендикулярно, возбуждаюшая обмотка выполнена в виде секций прямоугольной формы, расположенных в параллельных плоскостях равноудаленных от центра воспришгмаюшей обмотки, плоскости секций возбуждающей обмо гкп па раллельны вертикальной оси корпуса. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, чтовозбуждаюшая обмотка содержит четное коли чество секций, соединенных попарно и встречнос,Редактор Е, Братчикова Заказ 358118 Составитель Ю. РыбьТехред О. Луговая Тираж 1087орректор СГарасиняПодлисное ИИПИ Го ов СССР рствениого комитета Совета Миниделам изобретен ий и открытийМосква, Ж 5, Раушская наб., дП Патент, гужгород, ул. Про13035,или ал П тная 6138323, Датчик по п; 1, отличающийся тем, что,с целью исключения влияния на чувствительность днища корпуса, в нем применен делительвыходного напряжения усилителя, воспринимающаяобмотка соединена с выходом делителин входом усилителя,Источники Мйформацни, принятые во внимание прн экспертизе: 81. Ивенский Ю. Н. Бесконтактиые путевые переключатели в промышленной автоматике, МЭнергия, 197. с. 103 - 140. 2, Маш Д. М., Саарметс Х. Ю, Новые бесконтактные путевые выключатели, Механизация и автоматизация производства, 1973,3, с. 20 - 21.