Устройство для контроля температуры внутренних слоев детали

Номер патента: 1362961

Авторы: Лицин, Панов

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 80136296 4 С 01 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТВ ВТОРСНО а выходе блока 12 тся сигнал, отличи ние на выходе инте вается, усиливаетс тся на вход генера ычитания й от "О" ра 8.появлянапряжувеличи ратора 16 блоком 18ора 2. Про колебаний п исходит увеличение частоть оследнего. Это и сходит до техаз между входныра 8 не будетсированной в рего канала. Глулектромагнитноа разнос ми сигналами детектравна величине,зафижиме настройки первбина проникновения го поля в деталь бу.ной, а генератор 2 вать сигнал с частоторой к начальной ч ра 2 пропорцио усредненной по ия электромагн Устройство поз ально темпе- глубине протного поля в нера е кн оляет контрой из неферроаль ь прогрев деталого материала. ирова нит СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Пермский политехнический институт(56) Патент Великобритании У 1533812, кл. С 01 К 7/36, опублик, 1978.Авторское свидетельство СССР Р 1196700, кл, С 01 К 7/36, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕНКХ СЛОЕВ ДЕТАЛИ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах и системах контроля технологических процессов. Цель изобретения - повышение точности контроля температуры внутренних слоев детали. Нагревдетали приводит к росту выходного напряжения детектоет равна начальудет генериро- ой, отношение костоте на выходе сФ5 1 О Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также системахконтролятехнологических процессов,Целью изобретения является повышение точности контроля температурывнутренних слоев детали,На фиг1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства дляконтроля температуры внутренних слоев детали; на фиг,2 - структурнаясхема управляемого генератора.Устройство содержит первый аналоговый коммутатор 1, управляемыйгенератор 2, дифференциальный уси-,литель 3 потенциометр 4, балластную катушку 5, детектирующую катуш.ку 6, второй аналоговый коммутатор 207, первый фазовый детектор 8, второйфазовый детектор 9, первый задатчик10 фазы, второй задатчик 11 фазы,первый и второй блоки 12 и 13 вычитания, третий аналоговый коммутатор 2514, четвертый аналоговый коммутатор15, первый интегратор .16, второй интегратор 17, масштабный усилитель 18,третий блок 19 вычитания, индикатор20, источник 2 1 опорного .напряжения, 30генератор 22 тактовых импульсов,первый двухпозиционный ключ 23, второйдвухпозиционный ключ 24 и трехпозиционный ключ 25.управляемый генератор (фиг,2) состоит из преобразователя "напряжениечастота" (ПНЧ) 26, компаратора 27,двоичного счетчика 28, .программируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) 29, цифроаналоговогопреобразователя (ЦАП) 30. Вход компаратора 27 подключей к выходу ПНЧ 26,а выход, соединен с входом счетчика28, выход которого подключен к входуППЗУ 29, ЦАП 30 подключен к выходуППЗУ 29.Устройство работает следующим образом.Перед началом контроля температурыпроизводят настройку первого канала.Ключ 23 устанавливается в положение"Н"Ключ 25 устанавливается в положение "Н,", В данном положении аналоговые коммутаторы коммутируют элементы следующим образом: вход управляемого генератора 2 соединен с земляной шиной устройства; выход диффе" ренциального усилителя 3 подключаетсяк входу фазового детектора 8; выход ,блока 12 вычитания соединяется с, входом интегратора 16. К выходу бло- ка 12 вычитания подсоединяется вольтметр (не показан). Так как напряже-. ние на входе управляемого генератора равно нулю,.то управляемый генератор вырабатывает колебания первой начальной частоты ,сд , Значение ц определяется толщиной конитролируемого слоя исследуемой детали, Это значение можно вычислить по формуле2Ж1 н где 6 - удельная проводимость мате.- риала детали;- абсолютная магнитная проаницаемость материала;д - толщина контролируемогогслоя.Причем а,= 3 , где А - глубина проникновения электромагнитного поля в деталь. Сигнал напряжения с выхода фазового детектора 8, пропорциональный углу сдвига фаз между выходными сигналами управляемого генератора 2 и дифференциального усилителя 3, подается на первый вход блока 12 вычитания. Настройкой задатчика 10 добиваются, чтобы напряжение на выходе блока 12 вычитания (показания вольтметра) было равно нулю Сигнал с выхода задатчика 10 косвенно фиксирует первый начальный угол сдвига фаз между сигналом управляемого генерато" ра 2 с сигналом с выхода дифференциального усилителя 3 при начальной частоте и начальной температуре. Затем производится настройка второго канала Ключ 24 устанавливается в положение "Н", Ключ 25 устанавливается в положение "Нг". В данном положении аналоговые коммутаторы коммутируют элементы следующим образом: вход управляемого генератора 2 соединяется с выходом фазового детектора 9; выход блока 13 вычитания соединяется с входом интегратора 7.,К выходу блока 13 вычитания подключается вольтметр (не показан).Так как напряжение на входе управляемого генератора 2 равно опорному, то управляемый генератор 2 вырабатывает колебания второй начальной частоты ыг . Значение Ыгн зависит от тех же величин, что и М 11 н Настройка второго канала осуществля"13629 эется аналогично настройке первого канала..В режиме измерения ключи 23, 24 и 25 устанавливаются в положение 11 Р 11; В этом положении первый вход аналогового коммутатора 1 соединяется с выходом масштабного усилителя 18, а второй вход - с выходом интегратора 17.10В зависимости от выходного напряжения генератора 22 тактовых импульсов (ГТИ) будет работать либо . первый, либо второй измерительный канал. Предположим работает первый из мерительный канал, В этом случае аналоговый коммутатор 1 соединит управляющий вход управляемого генератора 2 с выходом масштабного усилителя 18; аналоговый коммутатор 7 соединит.выход дифференциального усилителя 3 с вторым входом фазового детектора 8, аналоговый коммутатор 14 подключит выход блока 12 вычитания к входу интегратора 16, аналоговый коммутатор 25 15 соединит вход интегратора 17 с земляной шиной.Нагрев детали приводит к росту выходного напряжения фазового детектора 8. При этом на выходе блока 12 З 0 вычитания появляется сигнал, отличный от нуля, напряжение на выходе интегратора 16 увеличивается, усиливается масштабным усилителем 18 и подается на вход управляемого генератора 2, Это приводит к росту часто. ты выходных колебаний управляемого генератора 2. Увеличение частоты колебаний будет происходить до тех пор. пока разность фаз между входными сигналами фазового детектора 8 не будет равна величине, зафиксированной в режиме настройки первого канала. При этом глубина проникновения электромагнитного поля в деталь будет равна начальной, а управляемый генератор будет генерировать сигнал с частотой у 1 . Отношение частот ы 1/ ы 1 В пропорционально температуре, усредненной по глубине проникновения электромагнитного поля в деталь, причем глубина определяется значением частоты ы На выходе интегратора 16 будет напряжение= К (5)Ь 11 НЕсли деталь прогрелась полностью, то температура первого контролируемого слоя равна температуре второго контролируемого слоя, т.е,; Ь 11 к Ь д ю ьгн(8) тк Ъ Ь 1 К.- К Кь 1 к (9) ВЫХ . 11 При этом значение напряжения на выходе блока 18 вычитания будет определяться выражением 55(2) 8 ЫХ, 18 К 1К Ь 1 В случае прогрева материала детали31 Ц еых. 18 = О, Таким образом, в могде К - постоянный коэффициент, а навыходе усилителя 18 - напряжение; 614(3) где К - коэффициент усиления масштабного усилителя 18.При смене напряжения на выходе ГТИ 22 начнет работать второй канал, при этом к входу интегратора 16 подключается нулевое напряжение, напряжение на его выходе во время работы второго канала не меняется. Второй канал работает аналогично пер; вому каналу. Отношение частот ы / а пропорционально темпера 2 К хытуре, усредненной по глубине слоя, определяемого частотой ы. При этом на выходе интегратора 17 будет напряжение где К - коэффициент пропорциональности второго интегратора, равный коэффициенту пропорциональности первого интегратора.Предположим, что величина отношения начальных частот удовлетворяет Подставляя (8) в (4), получим61 5 13629мент прогрева стрелка индикатора 20будет на нуле,Устройство позволяет контролировать прогрев деталей любой формы,выполненйых из неферромагнитного материала, Расстояние между детектирующей катушкой и контролируемой деталью в процессе работы должно бытьпостоянным,10Нижний предел диапазона контролируемых температур практически неограничен, верхний предел - температураплавления контролируемой детали.Толщина контролируемого слоя определяется первой начальной частотой, имеющей меньшее значение. Исходя иэ заданной толщины контролируемого слоя детали, значение первой начальной частоты может быть приблизительно вычислено по формуле (1).Вторая начальная частота вычисляется поформулеин = К у 1 нВеличина Клежит в пределах 2-10,Диапазон рабочих частот управляемого генератора должен быть в пределах20 Гц - 100 КГц, При более высокихчастотах начинают сказываться паразитные емкости, что снижает достоверность контроля. Более низкие частотыпрактически трудно реализуемы.Период импульсов генератора 22должен быть таким, чтобы эа 1/2 периода, напряжения на выходах интегра,торов 16 и 17 достигли своих установившихся значений.Управляемый генератор 2 (фиг,2)работает следующим образом. В зависимости от напряжения, поступающегона вход ПНЧ 26, изменяется частота40напряжения, имеющего треугольную форму, на выходе ПНЧ 26, Сигнал напряже-.ния треугольной формы преобразуетсякомпаратором 27 в прямоугольные импульсы, которые подсчитываются двоичным счетчиком 28. При этом код на еговыходе меняется с приходом каждогонового импульса. Выходной сигналсчетчика 28 является адресом ячейкиППЗУ 29, в которое записаны отсчетысинусоиды, преобразуемые ЦАП 30 в50аналоговый сигнал,Формула изобретения Устройство для контроля температу 55 ры внутренних слоев детали, содержащее детектирующую катушку, первый вывод которой соединен с земляной шиной, а второй подключен к неинвертирующему входу дифференциальногоусилителя и к первому выводу балластной катушки, второй вывод которойсоединен с выходом дифференциальногоусилителя и первым крайним выводом потенциометра отрицательной обратнойсвязи, средний вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а второй крайний вывод потенциометра соединен с выходом управляемого генератора ипервым входом первого фазового детектора, выход которого соединен спервым входом первого блока вычитания,второй вход которого соединен с выходом первого задатчика фазы, первыйинтегратор, источник опорного. напряжения.и первый двухпозиционныйключ, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности контроля температуры внутренних слоев детали, в него введены четыре аналоговых коммутатора, второй двухпозиционный ключ, трехпоэиционный ключгенератор тактовых импульсов, второй фазовый детектор, второй задатчик фазы, второй и третий блоки вычитания, второй интегратор, индикатор и масштабный усилитель, вход которого подключен к выходу первого интегратора, а выход соединен с первым входом второго блока вычитанияи первым неподвижным контактом первого двухпозиционного ключа, второйнеподвижный контакт которого соединен с землянрй шиной, а подвижный контакт подключен к первому входупервого аналогового коммутатора,выход которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй вход соединен с подвижным контактом второго двухпозиционного ключа, первый неподвижный контакт которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй неподвижный контакт соединен с вторым входом второго блока вычитания и выходом второго интегратора, вход ко/торого подключен.к выходу второгочаналогового коммутатора, при этом выход дифференциального усилителя соединен с входом третьего аналогового коммутатора, первый выход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора, а второй выход подключен к первому входу второго фазового детектора, второй вход ко1362961 Составитель В.КуликовТехред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова Редактор Ю.Середа Тираж 776 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Заказ .6390/28 Производственно-полиграфическое предприятие, .г.ужгород, ул.Проектная,4 торого соединен с выходом управляемого генератора, а выход подключен к .первому входу третьего блока вычитания, второй вход которого подключен к 6выходу второго эадатчика фазы, а выход подключен к первому входу второгоаналогового коммутатора, второй входкоторого соединен с земляной шиной,а управляющий вход, соединенный с управляющими входами первого, третьегои четвертого аналоговых коммутаторов,подключен к подвижному контакту трехпозиционного ключа, первый неподвижный контакт которого соединен с выходом источника питания, второй неподвижный контакт подключен к выходугенератора тактовых импульсов, .а третий неподвижный контакт подключен кземляной шине, соединенной с вторымвходом четвертого аналогового коммутатора первый вход которого соеди"нен с выходом первого блока вычитания, а выход подключен к входу первого интегратора.

Смотреть

Заявка

4097552, 28.07.1986

ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЛИЦИН НАТАН МОИСЕЕВИЧ, ПАНОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ, ПАНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01K 7/36

Метки: внутренних, детали, слоев, температуры

Опубликовано: 30.12.1987

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1362961-ustrojjstvo-dlya-kontrolya-temperatury-vnutrennikh-sloev-detali.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для контроля температуры внутренних слоев детали</a>

Похожие патенты