Гидроэлектрический датчик

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 899180(61) Дополнительное к авт, саид-ву(22) Заявлено 200580 (21) 2927092/22-02с присоединением заявки М(23)Приоритет(51)М. Кл.В 21 В 37/00 1 01 Р 13/00 Гоеуаэротмииый комитет по делан изаоретеиий н открытийОпубликовано 230182. Бюллетень М 3 Дата опубликования описания 230 132 1(72) Авторы изобретения И.И. Онищенко и В,В. Полоник Запорожский индустриальный институт(54) ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для непрерывного контроляразмеров движущихся изделий, напримерпроката в процессах непрерывной про. катки.5Наиболее близким к изобретениюпо 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 концапроводника с водостойкой изоляцией,расположенной коаксиально в свободной струе электропроводящей жидкости,Датчик такой конструкции обладает высокой эксплуатационной надежнос.- 2 О тью в тяжелых металлургических условияхОднако в известном датчике точность и стабильность преобразования 2Ф линейного размера в электрическии 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 + 03. Скачок напряжения образуется на двойном электрическом слое, который может быть уподоблен электрическому конденсатору, одной обкладкой которого является электрод, а другой - слой прилегаоцих к Электроду ионов. Эти напряжения суммируют.- ся напряжениями электрических сигналов информации образующихся на участках струи с 1 и 2, Ввиду большой разницы длин участков струи 2.1 иа также различия геометрической формы и площади контактных зон струи (у насадки - полость, у измеряемого99180 10 15 3 8изделия - плоскость) образующиесяскачки напряжения оказывают различное воздействие на участки струи 2и , представляющие электрическиесопротивления плеч измерительногомоста. Кроме того, величина скачканапряжения в приэлектродной зонезависит от концентрации раствора,температуры, наличия специфическойадсорбции, а также от силы постоянного тока, проходящего через грани-.цу раздела электрод-раствор. Всеэти влияющие факторы трудно контролировать и стабилизировать в реальныхусловиях эксплуатации гидроэлектрического датчика.Цель изобретения - повышение точности и стабильности преобразующейхарактеристики гидроэлектрического.датцика.Эта цель достигается тем,чтодатчи снабжен подводящим патрубком,трубкой из изоляционного материала,штуцером, электродом-насадкой,опорным патрубком, электродом в видеоголенного конца проводника с водостойкой изоляцией, расположенногокоаксиально в сободной струе электропроводчой жидкости, источником питания, двумя усилителями, а такжедополнительным проводником, установленным совместно с первым по осиструи и образующим своей оголеннойчастью второй дополнительный электроохватывающий проводник по кольцевойобразующей, причем первый проводниквыступает из насадки больше, чемвторой дополнительный проводник.На фиг. 1 изображен гидроэлектрический датчик; на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема датчика; на фиг. 3 и 4 - векторная диагламма напряжений. Датчик состоит из подводящего патрубка 1, соединенного с трубкой 2 из изоляционного материала, которая соединена со штуцером 3 насадки-электрода 4, закрепленной на опорном изоляторе 5. Через уплотнительное устройство 6 в насадку введены два параллельных проводника и 8, покрытых водостойкой изоляцией, Оба проводника находятся у оси струи и выступают из насадки, один - на расстоянии 1, а другой - на 2 + 1. от ее торца. Концы тонких проводников оцищены от изоляции и образуют размещенные коаксиально в струе 9 электроды 10 и 11, причем электрод 10 своей оголенной частью хватывает 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 4, Проводники 7 и 8 подсоединены ко входам усилителей 14 и 15 с большим входным сопротивлением. Общий провод усилителей подключен к электроду- насадке 4 через резисторы й и й, У являющиеся нагрузочными элементами эииттерных повторителей. Датчик располагают над транспортируемой полосой 16,При замыкании струи 9 на поверхность контролируемого проката 16, пе ремещаемого по рольгангу 13, струяоказывается подключенной к источнику питания 12, В осевом направленииструи устанавливается некоторыйградиент напряжения, который зависитот суммарнои длины струи =1 +1+1напряжения источника питания 12 и нестабильности скачков электрическогонапряжения на границе контакта струис металлическим электродом-насадкойи поверхностью контролируемогоизделия 16. При соотношении длиныструи к ее диаметру, равному десяти,которое обычно применяется в гидроэлектрических датциках, можно пренебречь влиянием проводников 7 и 8миниатюрных электродов. 10 и 11,помещенных в струе. Эквивалентнуюэлектрическую схему датчика можнопредставить как последовательное 40соединение конденсаторов, образованных емкостью двойного эгектрическогослоя и омического сопротивления раствора, сформированного в струю, Нафиг.2 представлена эквивалентная 45электрическая схема с использованиемисточника переменного тока, гдеС - эквивалентная емкость, образованная на границе контакта струи снасадкой; С, - эквивалентная емкость, 50 образованная на границе контактаструи с измеряемой полосой; Опадение напряжения на емкостном сопротивлении струи в зоне контакте с.насадкой; О- падение напряжения 55 на емкостном сопротивлении в зонеконтакта с полосой; Ор- общее падение напряжения на участке струи,опред:ляемом положением электрода 10899180 относитепьно торца электрода-насадки 4; О +О О - общее падение нап 1 Дряжения на участке струи, определяемом положением электрода 11 относи.тельно торца электрода-насадки5О - падение напряжения на участкеструи между электродами 10 и 11;Ор - общее падение напряжения научастке струи между электродом 11и заземленным полюсом источника пита. 1 Ония 12; О г - напряжение источникапитания переменного тока,На фиг, 3 представлена векторнаядиаграмма напряжений на участкахструи гидроэлектрического датчика, 15соответствующая конкретным парамет -рам свойств электропроводной жидкости в случае, когда эквивалентнаяемкость Сц на границе контакта струис насадкой в два раза меньше, 4 ем 20на границе контакта струи с измеряемой полосойЕсли под влиянием произвольного,неконтролируемого фактора в системеэлектрод-струя произойдет, например, 25увелицение падения напряжения наэквивалентных емкостях О и и Окак представлено вектороной диаграммой на фиг. 4, то в соответствиис этим изменением происходит сущест- З 0венное увелицение падения напряжения на участках струии 1+1заданных длиной двух выступающихиз насадки проводников, В то жевремя на участке струи длинойпадение напряжения практицески .охраняется неизменным,6Для 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 1,2 и. Электрический сигнал, соответствующий первому участку струи длиной 1 , снимается электродом 10 и провод:иком 8 подключается на вход согласующего.усилителя 15, выполненного по схеме составного эмиттерного повторителя, обладающего большим входным сопротивлением. На нагрузочном резисторе К этого усилителя выделяется напряжение О .Электрический сигнал, соответствующий суммарной длине участка струи+, снимается с электрода 11 и проводникомподключается на вход согласующего усилителя 14, идентичного по параметрам с усилителем 15, На нагрузочном резисторе К выделяется напряжение Ор + ,Нагрузоцныс резисторы К и В, усилителей 14 и 15 включены по дифференциальной схеме, что позволяет получить разность двух сигналов, поступающих с миниатюрных элекгродов, Эта разность соответствует напряжению О 1 , образующемуся на второмгучастке струи длиной 1 и используемой в качестве эталонного плечаГ 2) О+О ОЕ +О И) ОЕ -ОЕ 50 Из сопоставления фиг. 3 и фиг.можно записать Следовательно, использование только одного электрода, установленного в струю, приводит к неоднозначному воздействию влияющего фактора на эталонный, примыкающий к торцу насадки участок струи, Практически фактор:еконтролируемого напряжения О и О. вносит существенные колебасп онния только на эталонном участке струи, а на преобразующем участке струи его влияние почти не отражается. Это приводит к снижению точности и стабильности преобразования. 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 струипричем оба они подвержены ослаблейному влиянию неконтролируемых факторов в системе электрод-раствор. Такое техническое решение, наряду с высокой эксплуатационной надежностью в тяжелых металлургицеских условиях, позволяет повысить точность и стабильность преобразующей характеристики гидроэлектрического датчика,формула изобретения Гидроэлектрический датчик, включающий подводящий патрубок, трубку7 89918 из изоляционного материала, штуцер, электрод-насадку, опорный изолятор, электрод в виде оголенного конца проводника с водостойкой изоляцией, расположенного коаксиально в свободной струе электройроводной жидкости, источник питания, два усилителя и два резистора, причем подводящий патрубок соединен со штуцером электрода-насадки, источник питания подсое О динен одним полюсом к заземленному патрубку и рольгангу, а другим - к электроду-насадке, проводник соединен со входом усилителя, выход которого через резистор соединен с электро дом-насадкой, о т л и ч а ю щ и йс я . тем, что, с целью повышения 0 8точности 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 экспертизе1, Авторское свидетельство СССР У 62252 р, кл. В 21 В 37/00, 1977.899180 Составитель А. АбросимЛазаренко Техред А.Бабинец Макаренко рре дак одписное Зака лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная; 09/11 ВНИ 113035Тираж 841 ПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открцтийМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5