Устройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах

)5 6 01 й 27/7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.,И Н Я 2 К зШаг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1429028, кл. 6 01 й 27/90, 1986.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСОДЕРЖАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В НЕЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ 2(57) Использование: диагностика техниче . ского состояния маший й механизмов. Сущность изобретения; устройство содержит генераторы 1, 27, усилители 6, 8, 18, интеграторы 15, 31, трансформаторный преобразователь.2, детектор 7, раэмыкатель 12, блок выборки-хранения 13, ключ 14, индикатор 17, делитель частоты 28, элемент И-НЕ 29, счетчик 30, одновибратор 26 и узел ввода образца 19. Процесс измерения состоит из нескольких цикловввода-вйвода образца и усреднения результатов нескольких замеров, между которыми осуществляется компенсация дрейфа элементов устройства. 3 ил,5 10 15 20 25 30 35 45 50 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения содержанияэлементов износа в смазочных материалахпри диагностике технического состояниямашин и механизмов.Известно устройство для определениясодержания феррогмагнитных частиц в неэлектропроводящих средах, содержащее фазовращатель и последовательносоединенные генератор, преобразователь,блок обработки информации и регистратор,причем преобразователь выполнен трансформаторным с Ф-образным матнитопроводом, в боковых стержнях которого имеютсяпрорези для расположения в исследуемой иэталонной сред, на центральном стержнемагнитопровода расположена возбуждающая обмотка, на одном из боковых стержней - измерительная обмотка, а на другом -эталонная и компенсационная обмотки.Йедобтатком устройства является низкая точность измерения за счет явления вза. ймоиндуктивности в эталонной икомпенсационной обмотках,Известно также устройство для определения содержания элементов износа в смазочных маслах, содержащее генератор,преобразователь, фазовращатель и блок обработки информации, причем преобразователь выполнен трансформаторным, сФ-образным магнитопроводом, в боковыхстержнях которого имеются прорези, нацентральном стержне магнитопровода расположена возбуждающая обмотка, на одном из боковых стержней - измерительнаяобмотка, а на другом - эталонная,Недостатком данного устройства является то, что для балансировки плеч преобраЗователя введены переменныйрезистор ифазовращатель, что увеличивает шумы идрейф нуля устройства, а это приводит кснижению точности измерения,Кроме того, в данном устройстве невозможно добиться полной взаимной компенсации сигналов измерительной и эталоннойобмоток из-за влияния гармонических составляющих сигнала, обусловленных нелинейностью преобразователя. что такжеприводит к снижению точности к неудобству в работе,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения содержания ферромагнитных частиц внеэлектропроводящих средах, в которомдля повышения точности измерений используются предварительная компенсациясигнала разбаланса преобразователя с помощью магнитного шунта и окончательнаякомпенсация с помощью источника компенсирующего напряжения, выполненного в виде последовательно соединенных интегратора и размыкателя, при.этом размыкатель закреплен на магнитопроводе в его рабочем зазоре.Однако в данном устройстве для удобства снятия показаний индикаторное устройство (или усилитель постоянного тока) выполнено инерционным, иначе резкие изменения электромагнитной обстановки вследствие высокой чувствительности преобразователя приведут к резкий изменениям показаний индикаторного устройства, что в свою очередь приведет к снижению достоверности измерений, С другой стороны, за время установления показаний инерционного индикаторного устройства электромагнитная обстановка может измениться и электромагнитная помеха, воздействуя на преобразователь, приведет к снижению достоверности измерений,Цель изобретения - повышение достоверности измерения за счет использования принципа усреднения по ансамблю,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах, содержащее последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, трансформаторный. преобразователь, усилитель переменного тока, детектор и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к цепи из последовательно соединенных размыкателя и интегратора компенсации, выход которого подключен ковторому входу усилителя постоянного тока, а также индикатор, снабже- но генератором импульсов делителем частоты, счетчиком циклов, элементом ИНЕ, одновибратором; узлом ввода образца и последовательно соединенными блоком выборки-хранения, ключом, интегратором и нормирующим усилителем, при этом детектор и размыкатель выполнены с управляющими: . входами, подключенными соответственно к выходу синхронизации генератора гармонических колебаний и выходу элемента И - НЕ, объединенному со входом управления блока выборки-хранения, счетным входом счетчика циклов и входом одновибратора, выход которого соединен со входом узла ввода образца, причем выход генератора импульсов соединен со входам делителя частоты, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом счетчика циклов и управляющим входом ключа, а выход нормирующего усилителя соединен совходом,индикатора.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - преобразователь и узел ввода образца в рабочий зазор, продольный разрез; на фиг, 3 - эпюры напряжений узлов устройства.Устройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах содержит последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний, трансформатор. ный преобразователь 2, содержащий возбуждающую обмотку 3, подключаемую к выходу генератора 1 и измерительную 4 и эталонную 5 обмотки, усилитель 6 переменного тока, синхронный детектор 7, информационный вход которого подключен к усилителю 6 переменного тока, вход опорного сигнала к генератору 1, а выход соединен со входом усилителя 8 постоянного тока, второй вход которого соединен с выходом интегратора компенсации, содержащего усилитель 9, резистор 10 и конденсатор 11, задающих постоянную интегрирования, вход которого через размыкатель 12 соединен с выходом усилителя 8 постоянного тока, Выход усилителя 8 постоянного тока соединен с выходом последовательно соединенных блока 13 выборки-хранения, ключа 14, интегратора 15, нормирующего усилителя 16 и индикаторного устройства 17, Преобразователь 2 (фиг, 2) выполнен трансформаторным с Ф-образным магнитопроводом 18. На центральном стержне магнитопровода расположена возбуждающая обмотка 3, на боковых стержнях -измерительная обмотка 4 и эталонная обмотка 5, Измерительная обмотка 4, состоящая из двух последовательно включенных обмоток, и аналогичная ей эталонная обмотка 5 включены встречно и соединены с усилителем переменного тока, При этом со стороны бокового стержня магнитопровода с измерительной обмоткой 4 размещен узел 19 ввода образца, представляющий собой держатель 20 образца 21, выполненный в виде коро-. мысла с опорой 22 в средней части и пружиной 23 для перемещения (втягивания) образца 21 в зазор с измерительной обмоткой 4, электромагнит 24, сердечник 25 которого соединен с одним из плеч (концов) коромысла, Обмотка электромагнита 24 со-. единена (электрически) с выходом одновибратора 26, вход которого соединен с выходом цепи из последовательно соединенных генератора 27 импульсов, делителя 28 частоты и элемента И - НЕ 29, выполняющего функцию клапана, Второй вход элемента И-НЕ 29 соединен с выходом счетчика 30 циклов, а выход элемента И - НЕ соединен с размыкателем 12 и входом счетчика 30 циклов, Интегратор компенсации обозначен позицией 31 (фиг, 1).Устройство для определения содержа ния ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах работает следующим образом.В возбуждающую обмотку 3 преобразователя 2 подается переменный ток. Измери тельная 4 и эталонная 5 обмотки включенывстречно, поэтому на вход усилителя 6 переменного тока воздействует разностный сигнал с этих обмоток. В случае идентичности обмоток и плеч магнитопровода разностный 15 сигнал равен нулю. На практике обмотки иплечи магнитопровода нейдентичны, поэтому всегда существует разностный сигнал, который усиливается с помощью усилителя 6 переменного тока, преобразуется в посто янный ток при помощи синхронного детектора 7, Далее сигнал поступает на усилитель 8 постоянного тока для дополнительного усиления, На второй вход усилителя 8 пора- ется с выхода интегратора 31 компенсации 25 напряжение постоянного тока, которое компенсирует остаточный сигнал разбаланса.На вход интегратора 31 через размыкатель 12 поступаетсигнал с выходаусилителя 8 постоянного тока, Выходной сигнал интег ратора 31 равен сигналу разбаланса, поступающему на вход усилителя 8 постоянного тока. Любые изменения сигнала разбаланса, обусловленные как внешними воздействиями, так и внутренними факторами 35 разогрев, тепловое расширение элементови узлов и т.д.) отрабатываются при помощи интегратора 31 компенсации.Благодаря тому что сигнал с выхода ин., тегратора 31 поступает на неинвертирую щий вход усилителя 8 постоянного тока, асигнал разбаланса - на инвертирующий вход, на выходе усилителя 8 постоянного тока будет поддерживать нулевой сигнал;При подаче сигнала "Пуск" на счетчик 30 45 циклов импульсные сигналы с генератора 27импульсов, пройдя через делитель 28 частоты, элемент И - НЕ 29 и одновибратор 26, поступают на узел 19 ввода образца, а именно, в обмотку электромагнита 24. При этом 50 благодаря импульсному характеру работыэлектромагнита, с одной стороны, и противодействующему усилию пружины 23, с другой стороны, коромысло совершает возвратно-поворотные движения, пооче редно вводя и выводя образец 21 из зазорас измерительной обмоткой 4, Кроме того, синхронно с подачей в обмотку импульсный сигнал подается на размыкатель 12 таким образом, чтобы перед входом образца 21 в зазор разрывалась цепь автокомпенсации.Такой размыкатель реализован на обычном реле. При этом, когда образец выведен из рабочего зазора преобразователя, производится автоматическая компенсация начального сигнала разбаланса. На время введения образца в зазор разрывается входная цепь интегратора 31, причеммомент разрыва опережает момент входа образца в зазор преобразователя.Опережающее воздействие на размыкатель импульсного сигнала достигается с помощью одновибратора 26, формирующего одиночный импульс с небольшой задержкой. Кроме того, применение узла ввода образца показанного на (фиг, 2) и одновибратора; формирующего сигнал противофазный входному, позволяет производить автокомпенсацию при включенном электромагните 24, а измерение - при отключенном, что снижает уровень помех от узла ввода образца,За счет большой постоянной цепи разряда интегратора 9 его входной сигнал поддерживается такой величины, которую он имел в момент разрыва входной цепи и был равен оСтаточному сигналу разбаланса, поступающему на вход усилителя 8 постоянного тока, После разрыва входной цепи интегратора 31 дальнейшие изменения входного сигнала, обусловленные введением образца 21, уже не компенсируются, а появляются на выходе усилителя 8 постоянного тока в виде импульса, длительность которого равна длительности нахождения образца в зазоре преобразователя 2.Весь процесс измерения состоит из нескольких (например, 10) циклов ввода-вывода образца. При этом серия импульсов поступает на вход цепи из последовательно соединенных блока 13 выборки-хранения, .ключа 14, интегратора 15, нормирующего усилителя 16 и индикаторного устройства 17, выполняющего функцию выделения среднего арифметического.Указанная цепь работает следующим образом,Сигнал в виде импульсов с выхода усилителя 8 постоянного тока (фиг. 3. а) поступает на устройство 13 выборки-хранения, управляемое от того же генератора 27 импульсов, что й узел 19 ввода образца, Устройство выборки-хранения 13 запоминает значение амплитуды импульса (фиг. 3, в) и через ключ 14 передает на вход интегратора 15, При подаче на вход интегратора 15 сигнала постоянного значения на выходе сигнал растет по линейному закону, причем скорость нарастания пропорциональна значению сигнала на входе (фиг, 3, с). Если амплитуда следующего импульса отлична от предыдущего, устройство выборки-хранения 13 запоминает новое значение, а навыходе интегратора 15 напряжение растет сдругой скоростью. После завершения процесса измерения, т.е, после завершения определенного числа (например, 10) цикловизмерения счетчик циклов 30 подает сигнална клапан 29 (элемент И-НЕ) и на ключ 14,вследствие чего узел ввода образца 19 пре 10 кращает движение, ключ 14 разрывает входинтегратора 15 и на выходе интегратора 15устанавливается суммарное значение выходного напряжения, пропорциональноемассе ферромагнитного вещества и количе 15 ству циклов.Пропорциональность сигнала на выходе интегратора массе ферромагнитного вещества объясняется следующим.С учетом единичного коэффициента пе 20 редачи детектора и БВХ на входе интегратора 15 действует сигналОвх,Г= К К Овых.пр,где К- - коэффициент передачи усилителяпеременного тока 6;25 К- - коэффициент передачи усилителяпостоянного тока 8;Овых,пр, - выходной сигнал преобразователя в идеальном случае, пропорциональный массе ферромагнитного вещества,30 В реальных условияхОвых.пр. Кпр П 1 ф + Оп,где Оп - сигнал помех,Таким образом на входе интегратора 15Овх, = К К=(Кпрпуф + Оп).На выходе интегратора 15 за один цикл11.Овых,Г 1 - К 1 О,йт, ИЛИ С уЧЕтОМ Овх=СОПЗ 1,оФЗа ВрЕМя ВСЕГО цИКЛа Овых 31 К,/ 11 Овх 3.Эа несколько циклов, например, 1040 Ов,х .= КУ(Овх 1 Х т 1+ Овхг Х тг+-.+Овх 1 о Я.Во время каждого цикла КК-, Кпр и всростаются постоянными, измениться можеттолько сигнал помехи. Далее можно записатьОвых Х КХ 1 К,3( Кпрпъф+ Оп 1)++Опг+.+ Оп 1 о) = Кр КК Кпрф 10 т 1 111 ф х,(1+ Оп 1+Опг+ +1 оКпрП 1 ф10Знаки и величины Оп 1. ОпгОп 1 О носЯтслучайный характер и в значительной степени при достаточном числе циклов взаимнокомпенсируются. Таким образомОп 1 + Опг ++ Оп 10КпрП)ф10и можно записатьОвых, К,/фК,К: Кпр 1011 "пуф.илиОеых = Ко 1011 вф,где Ко - общий коэффициент передачи всего 5измерительного тракта,Данное выражение показывает, что сиг-нал на выходе интегратора 15 Овых,р пропорционален массе ферромагнитноговещества в пробе аф, 10С помощью нормирующего усилителя16 устанавливается коэффициент передачидля однозначного соответствия массы вещества и показаний индикаторного устройства 17 и для удобства отсчета, 15Таким образом, происходит усреднениерезультирующего сигнала, а значит, уменьшение влияния внешних помех за счет увеличения соотношения сигнал-шум.Экспериментальные исследования 20предлагаемого устройства для определениясодержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах показали, чтоблагодаря повышению помехозащищенности устройство обеспечивает получение достоверного результата при высокойчувствительности в производственных условиях при наличии большого количества помех. Например, при чувствительностиустройства по массе 0,01 мг точность измерений 2%,Формула изобретенияУстройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах, содержащее 35 последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, трансформаторный преобразователь, усилитель переменного тока, детектор и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к цепи из последовательно соединенных размыкателя и интегратора компенсации, выход которого. подключен к второму входуусилителя пбстоянного тока, а также индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенйя точности, оно снаб жено генератором импульсов, делителем частоты, счетчиком циклов, элементом И-НЕ, одновибратором, узлом ввода образца и последовательно соединенными блоком выборки-хранения, ключом, интегратором и, нормирующйм"усилйтелем, при этом детектор и размыкатель выполнень с управляющими входами, подключенными соответственно к выходу синхронизации генератора гармонических колебаний и выходу элемента И - Н Е, объединенному с входом управления блока выборки-хранения, счетным входом счетчика циклов и входом одновибратора, выход которого соединен с входом узла ввода образца, причем выход генератора импульсов соединен с входом делителя частоты, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен-с выходом счетчика циклов и управляющим входом ключа, а выходы нормирующего усилителя и усилителя постоянного тока соединены с входом индикатора и входом блока выборки-хранения соответственно.1751662Составитель ф. Тарнопольская Редактор А. Долинич Техред М.Моргентал . Корректор И. Муск Заказ 2687 ТйражПодписное ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035; Москва, Ж, Раушская наб 4/5оизводственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10