SU1739214A2 - Способ бесконтактного измерени температуры электропровод щих цилиндрических изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термометрии. Цель изобретени  - повышение точности бесконтактного измерени  температуры. Способ состоит в размещении издели  в переменном электромагнитном поле вихре- токового преобразовател , определении при дискретном изменении частоты и поддержании посто нной амплитуды возбуждающего электромагнитного пол  приращени  амплитуды магнитного пол  в изделии дл  следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного пол , измерении амплитуды магнитного потока в изделии на частоте возбуждающего электромагнитного пол  при максимальном значении приращени  амплитуды магнитного пол  в изделии, определении радиуса и электропроводности издели  с последующим нахождением по полученным значени м температуры и глубины проникновени  возбуждающего пол  в изделие. 2 ил., 1 табл. СО С

Description

Изобретение относитс  к термометрии, может быть использовано дл  бесконтактного контрол  температуры электропровод щих изделий в процессе их технологической обработки в случа х, когда неизвестен радиус издели  или нет возможности измерить его контактным способом, и  вл етс  усовершенствованием способа гто основному авт.св. № 1125479.

Известен спо.соб бесконтактного измерени  температуры электропровод щих цилиндрических изделий, заключающийс  в размещении издели  в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразовател , измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении его электропроводности и последующем вычислении величины измер емой температуры .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ бесконтактного измерени  температуры электропровод щих цилиндрических изделий , заключающийс  в размещении издели  в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразовател , дискретном изменении частоты возбуждающего пол  при поддерживании посто нной его амплитуды , измерении амплитуды и фазы магнитного потока в изделии, определении глубины проникновени  магнитного пол  и электропроводности издели  на каждой фиксированной частоте и нахождении по полученным значени м темпернатуры и ее распределени  в сечении контролируемого издели .

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность измерений, обусловленна  невозможностью определени 

XI

СО

ю

го

ю

температуры изделий, у которых радиус неизвестен , измен етс  в процессе технологических (термических) воздействий (нет доступа к изделию, деталь находитс  в зоне открытого огн  и раскалена, провод щее из- делие покрыто слоем изол ции, размытость граничной поверхности провод щих газообразных сред и др.), при этом нельз  определить электромагнитные параметры, а по ним и температуру издели .

Цель изобретени  - повышение точности бесконтактного измерени  температуры .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу, заключающемус  в раз- мещении издели  в переменном электромагнитном поле, дискретном изменении частоты пол  при поддержании посто нной его амплитуды, измерении амплитуды магнитного потока в изделии, при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного пол , определ ют приращени  амплитуды магнитного потока в изделии дл  следующих один за другим дискретных значений чстот возбуждающего электромагнитного пол , а измерение амплитуды магнитного потока в изделии осуществл ют на частоте возбуждающего электромагнитного пол  при максимальном значении приращени  амплитуды магнит- ного потока в изделии, определ ют радиус издели , его электропроводность и глубину проникновени  возбуждающего электромагнитного пол  на каждой фиксированной частоте, наход т температуру и по получен- ным значени м определ ют распределение температуры в сечении издели , Это позвол ет достичь положительного эффекта, заключающегос  в повышении точности измерени  температуры электропровод - щих цилиндрических изделий, радиус которых неизвестен либо нет возможности определить его контактным способом.

Сущность способа заключаетс  в определении радиуса электропровод щих ци- линдрических изделий бесконтактным методом с последующим нахождением электропроводности издели  на каждой фиксированной частоте возбуждающего электромагнитного пол , и определении по полученным результатам измерений температуры и ее распределени  в сечении контролируемого издели , радиус которого неизвестен .

На фиг.1 изображена блок-схема уст- ройства, реализующа  предложенный способ; на фиг.2 - зависимость параметра N от обобщенного параметра X издели .

Устройство дл  реализации способа (фиг, 1) содержит два идентичных вихретоковых преобразовател  1 и 2 проходного типа с одинаковыми числами витков намагничивающих 3,4 и измерительных 5,6 катушек, перестраиваемый генератор 7 синусоидальных колебаний, амперметр 8, частотомер 9, интегратор 10, усилитель 11, вольтметр 12 и переключатель 13. Контролируемое изделие 14 размещено в полости преобразовател  1. Намагничивающие катушки 3 и 4 преобразователей 1 и 2 соединены последовательно-согласно и через амперметр 8 подключены к выходу генератора 7, куда также подключен частотомер 9. Измерительные катушки 5 и 6 преобразователей 1 и 2 соединены между собой через переключатель 13 последовательно-встречно и подключены к интегратору 10. Последний выходом соединен с вольтметром 12 через усилитель 11.

Известно, что вносима  ЭДС ЁВн, обусловленна  вносимым магнитным потоком Фвн равна

ЁВН /Ог /«эфф -1 )ЕО , (1)

где « - коэффициент заполнени , г -а /а о, где а и а0 - радиусы соответственно контролируемого издели  14 и измерительных катушек 5 и 6 вихретоковых преобразователей 1 и 2;

/иг - магнитна  проницаемость издели , ir 1;

йэфф - эффективна  магнитна  проницаемость , определ юща  степень ослаблени  магнитного потока за счет вихревых токов;

Ео - ЭДС, обусловленна  магнитным потоком Ф0 преобразовател  1 без издели .

Из (1) можно найти комплексный нормированный безразмерный параметр

й -| - Сиэфф-1)(2)

Амплитуда комплексного параметра N записываетс  в виде

N

Евн Фвн

Ео И Ф0П

V ( R е/МЭфф - 1 f + ( I m //эфф )2

(3)

где Re и Im действительна  и мнима  части Дэфф .

В таблице приведен фрагмент табличных данных зависимостей Re /иэфф. 1т/1эфф , амплитуды параметра N и приращений амплитуды А N комплексного параметра N от величины обобщенного параметра X издели , полученных с помощью справочных данных по функции Бессел , Из таблицы видно, что максимальное значение приращени  AN параметра N соответствует величине обобщенного параметра X 1,6. Поскольку амплитуда N св зана с амплитудой вносимого магнитного потока Фен соотношением (3), то и максимальное значение приращени  AN соответствует максимальному значению приращени  амплитуды вносимого магнитного потока ДФвн (при поддерживании посто нной амплитуды магнитного потока Ф0 ). При этом известно значение амплитуды N параметра N, N 0,2929802 (см. таблицу ), и радиус издели  наход т по формуле

а aoliSb 1,84774847- а0 №-

N ЧУо

(4)

где Фвн - амплитуда вносимого магнитного потока, соответствующа  максимальному значению приращени  (А Фвн )макс.

Электропроводность а издели  определ ют по формуле

( 2тгт),(5)

использу  графическую (либо табличную) зависимость амплитуды ft комплексного параметра N от обобщенного параметра X, полученную также с использованием справочных данных по функции Бессел ; где /АО - магнитна  посто нна , и0 4л:10 7Гн/м,

f - частота, на которой определ ют температуру издели .

Глубину проникновени  д возбуждающего электромагнитного пол  в изделие наход т из соотношени 

д Ц/2 а/Х. (6)

Способ бесконтактного измерени  температуры электропровод щих цилиндрических изделий осуществл етс  следующим образом. Переключатель 13 (фиг.1) устанавливают в положение а. Контролируемое изделие 14 размещают в переменном электромагнитном поле вихретокового преобразовател  1 и фиксируют амплитуду возбуждающего пол  Ф0 (силу тока генератора 7) и начальную частоту fi пол  (генератора 7). Вольтметром 12 измер ют амплитуду вносимого магнитного потока Фвн1 Далее с посто нным интервалом Af измен ют частоту генератора 7 и фиксируют ее новое значение f2, поддержива  при этом амплитуду возбуждающего пол  Ф0 посто нной (контроль по амперметру 8), Вольтметром 12 измер ют следующее значение вносимого магнитного потока Фвн2 при этом определ ют первое приращение амплитуды вносимого магнитного потока

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

(АФвн)1 соответствующее частоте fi. Затем аналогичным образом измер ют амплитуды потока Фвн при дискретном с посто нным интервалом изменении частоты возбуждающего пол  до момента нахождени  максимального значени  приращени  вносимого магнитного потока (АФвн)макс .соответствующего определенной (измеренной частотомером 9) частоте Г пол  и измеренному вольтметром 12 значению вносимого магнитного потока Фвн . Затем перевод т переключатель 13 в положение б и вольтметром 12 и измер ют величину магнитного потока Ф0.

По формуле (4) определ ют радиус а издели .

Из соотношени  (5) наход т электропроводность а (с учетом, что f f , X 1,6).

По формуле (6) рассчитывают глубину проникновени  д электромагнитного пол  в изделие (при этом полученное значение о  вл етс  усредненным по этой глубине проникновени ).

По полученному значению электропроводности а, использу  градуировочный график или известную зависимость, определ ют среднюю температуру контролируемого сло  издели , соответствующего данной глубине проникновени  магнитного пол .

После этого перевод т переключатель 13 в исходное положение а и, дискретно измен   частоту генератора 7 и поддержива  посто нной амплитуду магнитного потока Ф0 преобразовател  без издели , измер ют амплитуду вносимого магнитного потока Фвн на каждой фиксированной частоте . По формуле (3) наход т значение амплитуды N параметра ft, по графику (фиг.2) либо рассчитанной с помощью справочных данных по функци м Бессел  табличной зависимости N f(x) определ ют величину па- раметра х и получают новые значени  о и 5 соответствующие фиксированным частотам возбуждающего пол . Далее по градуи- ровочному графику или известной зависимости определ ют температуру соответствующего сло  издели .

Определ   среднюю температуру в двух соседних сло х издели , соответствующих двум глубинам проникновени  магнитного пол  5i и 62 при двух достаточно близких частотах f и f2 генератора 7, можно с требуемой точностью определить действительную температуру узкого сло  издели  толщиной (5i- 62, а дл  множества дискретных значений частот возбуждающего электромагнитного пол  - профиль распределени  температуры по сечению издели .

Изобретение позвол ет с высокой точностью измер ть температуру и распределение температур по сечению электропровод щих изделий бесконтактным методом, радиус которых неизвестен или нет возможности измерить его контактным методом.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ бесконтактного измерени  температуры электропровод щих цилиндрических изделий по авт.св. № 1125479, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   точности бесконтактного измерени  температуры , при дискретном изменении частоты возбуждающего электромагнитного пол  определ ют приращени  амплитуды магнитного пол  в изделии дл  следующих один за другим дискретных значений частот возбуждаемого электромагнитного пол , а измерение амплитуды магнитного пол  в изделии осуществл ют на частоте возбуждающего электромагнитного пол  при максимальном значении приращени  амплитуды магнитного пол  в изделии.

   Фиг. I