Способ измерения напряжения на сварочных электродах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 04 В 1 2 ВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСК ССР 198 00 Ж Ри ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Научно-исследовательский институт санитарной техники и оборудования зданий и сооружений(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДАХ, (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к электрооборудованию для контактной сварки, и может быть использовано для измерения активного падения напряжения на сварочном контакте в различных системах контроля качества сварки. Изобретение позволяет повысить точность изменения. Способ измерения напряжения на сварочных электродах заключается в следующем: производят измерение суммарного напряжения полезного сигнала и помехи и производят компенсацию сигнала помехи, помещая измерительный контур в сварочный контур, Изменение геометрических размеров измерительного контура под действием перпендикулярной составляющей магнитной индукции, действующей на него, преобразуется в электрический сигнал. Затем полученный электрический сигнал дифференцируют, определяют момент времени равенства его нулю и в этот момент производят измерение напряжения на сварочных электродах,. Такое решение позволяет повысить качество сварного соединения за счет повышения точности измерения напряжения на сварочных электродах, что достигается исключением погрешности от влияния нелинейности сопротивления сварочного промежутка электрод - электрод. 5 ил.1Изобретение относится к сварочному производству, а именно к электрооборудованию для контактной сварки, и может быть использовано для измерения активного падения напряжения на сварочном контакте в различных системах контроля качества сварки.Целью изобретения является повышение точности измерения.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - структурная схема блока измерения индуктивности; на фиг. 3 - 5 - временные диаграммы работы устройства, реализующего предлагаемый способ.Суть изобретения заключается в следующем.Напряжение., снимаемое с измерительного контура, представляет собой сумму напряжений полезного сигнала 3 э и напряжения помехиОк=Уээ+и (1) при этом . представляет собой падение напряжения на сварочных электродах, а- это напряжение помехи, наведенное магнитным потоком Ф, которым охвачен измерительный контур, т.е.1 иДФ(2) Величину потока Ф магнитной индукции В через поверхность Я, натянутую на контур, охватыва.ощий этот поток, можно определить, если известен векторный магнитный потенциал А по этому контуру, Для определения потока достаточно вычислить циркуляцию этой величины по контуруФ = фАд 1, (3) где А - проекция векторного магнитногопотенциала на направление интегрирования;д 1 - элемент контура.Физическое измерение величины А затруднительно, однако, из выраженияА = го 1 В (4)следует, что между величинами А и В существует жесткая зависимость, что может быть использовано для оценки величины А по результатам измерения ВИз (4) следует, что В и А взаимно перпендикулярны. Контур по направлению интегрирования имеет измеряемый физический параметр Р, величина которого зависит от В 1, т.е.Р= КВ(, (5) где В - модуль составляющей индукции,перпендикулярной к направлению интегрирования;К - постоянный коэффициент.Если Ф - магнитный поток, не меняющий направление в пределах поверхности 5 контура, то, используя выражения (3 и 5),запишемФ= фР д 1. (6)Из (6) следует, что магнитный поток Ф можно косвенно измерить в определенные промежутки времени, когда его направление 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2относительно контура не изменяется. Физическим параметром Р может быть относительное удлинение Л 1/Г под действием магнитного поля (эффект магнитострикции) . Действие эффекта магнитострикции приводит к изменению длины контура и, как следствие, к изменению его индуктивности. Изменения индуктивности, пропорциональные модулю магнитного потока, преобразуются в напряжение, дифференцируя которое, можно определить момент времени, когда напряжение помехи равно нулю. Измерив в этот момент напряжение на сварочном промежутке, определяют амплитуду напряжения электрод - электрод в момент времени, когда напряжение помехи равно нулю,Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит измерительный контур 1, блок 2 измерения индуктивности, блок 3 дифференцирования, нуль-орган 4, датчик 5 тока, умножитель 6, сумматор 7, схему 8 совпадения, усилитель 9 слежения и запоминания. Блок 2 измерения индуктивности содержит мостовую схему О, выпрямитель 11, фильтр 12 верхних частот, генератор 13 частоты. Контур 1 соединяет сварочный промежуток электрод - электрод с входом блока 2 измерения индуктивности и первым входом сумматора 7, а выход блока 2 измерения индуктивности подключен на вход блока 3 дифференцирования и первый вход схемы 8 совпадения, а выход блока 3 дифференцирования подключен на вход нуль-органа 4, выход которого соединен с вторым входом схемы 8 совпадения, при этом выход схемы 8 совпадения соединен с первым входом усилителя 9 слежения и запоминания, выход которого подключен к первому входу умножителя 6, при этом выход умножителя 6 соединен с вторым входом сумматора 7, а второй вход умно- жителя 6 подключен на выход датчика 5 тока, соединенного со сварочной цепью, а выход сумматора 7 соединен с вторым входом усилителя 9 слежения и запоминания. Выход генератора 13 частоты подключен на вход мостовой схемы 10, выход которой присоединен к выпрямителю 11, при этом выход выпрямителя 11 подключен на вход фильтра 12 верхних частот.Измерение напряжения осуществляется следующим образом.Магнитный поток Ф (1) (фиг. 1), возникающий под действием тока сварки, воздействует на измерительный контур 1, выполненный из магнитострикционного материала, например никеля, и измеряет его линейные размеры, т.е, длину о, на величину Ь 1(1). Сокращение магнитных размеров контура вызывает пропорциональное изменение индуктивности, которое, в свою очередь, пропорционально изменению магнитного потока /Ф (1)/ (фиг. За, б). Если начальная (без поля) длина контура была о, а начальная индуктивность 1.о, то относительное изме.40 45 50 55 С 1-14 (1) то нение индуктивности под воздействием потока Ф (1) составляет;- - = )Ф ,что отражено графиками на фиг. За, б. Наличие модуля объясняется четкостью эффекта магнитострикции, т.е. любое направление потока вызывает уменьшение длины контура, а следовательно, его индуктивности. Измерение индуктивности выполняется блоком 2 (фиг. 2). К мостовой схеме 10 подводится напряжение высокой частоты 1) (фиг. За) от генератора 13. При отсутствии магнитного потока мост уравновешен, т.е.Ко= Ко, 1-о= 1-о,а его выходное напряжение 11= О, (фиг. Зг) что имеет место в промежутке между импульсами сварочного тока. При наличии тока сварки, а следовательно, и магнитного потока, начальная индуктивность 1 о измерительного контура 1 уменьшается пропорционально амплитуде потока, что вызывает соответственный разбаланс мостовой схемы и появление на ее выходе напряжения Б высокой частоты (к промодулированной потоком Ф (1. Так как удлинение, а следовательно, и индуктивность определяются модулем потока, то фаза выходного напряжения 11 (фиг. Зг) не зависит от направления потока, поэтому, выпрямив 1)з выпрямителем 11, получая однополярное напряжение 11 з (фиг. Зд), соответствующее огибающей модуля потока: Отфильтровав фильтром 12 верхних частот однополярное напряжение 11, получаем напряжение 1 А (фиг. 4 а), соответствующее модулю потока114= 1 Ф (1)1,которое позволяет после дифференцирования в соответствии с формулой (2) получить напряжение, пропорциональное напряжению помехи Эта операция выполняется блоком 3 дифференцирования, а выходное напряжение блока 3 представлено на фиг. 4 б, Если и напряжение помехи в формуле (1) в моментвремени 1 о, также равно нулюЬ (1)= О,поэтому измеряя Ьз= 1 к (фиг. 4 д) в моментвремени 1 о, получаем11 з= (1 о) = 11 ээ(1 о) (7)Для определения момента 1 о используетсянуль-орган 4, куда поступает напряжение1)з. На выходе нуль-органа 4 при переходе 5 10 15 20 25 30 35 входного напряжения через нулевое значение, образуются короткие импульсы т= = 0 мксо (фиг. 4 в), которые через схему 8 совладения подаются на первый (управляющий) вход усилителя 9 слежения и запоминания. Усилитель 9 - это устройство, представляющее собой усилитель только при наличии напряжения на управляющем входе, т.е. на время действия стробирующего импульса (т=О мкс). При пропадании напряжения на управляющем входе выходное напряжение усилителя 9 фиксируется по заднему фронту стробирующего импульса. Стробирующие импульсы 1)7 (фиг. 4 г), это импульсы, вырабатываемые нуль-органом в момент времени 1 о и пропускаемые схемой 8 совпадения на управляющий вход усилителя 9. При этом схема совпадения не пропускает импульсы, вырабатываемые нуль- органом по переднему и заднему фронтам импульса тока сварки. Стробирующие импульсы 117 открывают усилитель 9 в моменты времени 1 о на время т= 10 мкс. На это время его коэффициент передачи К. становится постоянным, т.е.Кз(1 о) = сопз 1В измерительном контуре 1 под действием потока Ф (1) наводится напряжение помехи Ъ, которое складывается с полезным сигналом 11 и подается на первый вход сумматора 8 в виде напряжения 11 з (фиг. 4 д). На входе датчика 5 тока действует сварочный ток, при этом на выходе образуется напряжение 1 о (фиг. 5 а),119= К) 1 св, (8) где К) = постоянный коэффициент;1 с. - ток сварки.Таким образом, на выходе датчика 5 тока действует сигнал, геометрически подобный полезному сигналу11 эз= Кэ 1 св, (9) где К. - сопротивление сварочного контакта. Напряжение 1)о подается на вход умно- жителя 6, выходное напряжение 11)о которого (фиг. 5 б) определяется произведением напряжений, поданных на первый и второй входы1)о = КЖ 9 1) 2 (10) где К - постоянный коэффициент.Таким образом, 1.1 о и 11)о имеют одинаковую форму, так как 11) постоянное напряжение (кроме времени действия стробирующего импульса). В момент 1 о стробирующего импульса выходное напряжение усилителя 9 определяется как1)(1 о) = Кз .1 ) ) (1 о) (11) где Кз - коэффициент передачи усилителя 9в момент времени 1 о.Выходное напряжение 11)о с умножителя 6 подается на инверсный (второй) вход сумматора 7, при этом на выходе сумматора 7 образуется напряжение 11 (фиг. 5 в)1. (1 о) = 1 з(1 о) - 1)о(1 о) (12)(13)Величину К Кг Кг 1 можно записать как1 13(10) 1+ К 1 Кг Кз св (То)= 1 1 ээ (1 о)или с учетом (11)Б 1 го) 1(о) К 1 Кг = 11о). (15)В моменты стробирования 1 о происходитизменение выходного напряжения устрой.ства 11 о, что отражено ступенькой на Офиг. 5 б. После пропадания импульса стробирования величина 1.1 г (фиг. 5 г) фиксируется на уровне, определяемом (15). Подставив в (10) значение Бо из (8) и 01 г из (15),получаем, что выходное напряжение устройства, определяемое как3о ( 1 о= .Зэз ( 1 о)или для любого момента времени.)оо) = 1-1 ,В устройстве выходное напряжение синтезируется из токового сигнала, подобного 201.1.э, при этом выравнивание амплйтуд синтезированного и измеряемого сигналов осуществляется в короткие моменты стробирования (т= 1 О мкс), что позволяет измерять параметры синтезированного сигнала независимо от наличия напряжения помехи любой имеющейся аппаратурой. Это позволяет получить высокую точность измерения, высокое быстродействие системы конт роля качества сварного соединения и, как следствие, повышенное качество самого соединения.Формула изобретенияСпособ измерения напряжения на сварочных электродах, при котором производят измерение суммарного напряжения полезного сигнала и помехи и производят компенсацию сигнала помехи следующим образом: измерительный контур помещают в сварочный контур, изменение геометрических размеров измерительного контура под действием перпендикулярной составляющей магнитной индукции, действующей на него, преобразуется в электрический сигнал, отличаюи(ийся тем, что, с целью повышения точности измерения, полученный электрический сигнал дифференцируют, определяют момент равенства его нулю, и в этот момент производят измерение напряжения на сварочных электродах.Составитель В. Грибова Техред И. Верес Коррект Тираж 970 Подпис комитета СССР по делам изобретен а, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 ческое предприятие, г. ужгород, ул