Устройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах

 

Использование: диагностика технического состояния машин и механизмов. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1, 27, усилители б, 8, 18, интеграторы 15, 31, трансформаторный преобразователь 2, детектор 7, размыкатель 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 циклов ввода-вывода образца и усреднения результатов нескольких замеров, между которыми осуществляется компенсация дрейфа элементов устройства. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

29 2f

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ., 1 (21) 4798575/21 (22) 05.03..90 (46) 30.07.92. Бюл. М 28 (71) Специальное конструкторско-технологйческое. бюро Донецкого физико-технйческого института АН УССР (72) Н.А.Воронин:и А.Б,Гребенчук (56) Авторское свидетельство СССР

М 1429028, кл. G 01 R 27/90, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В НЕЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ

» Ы«„1751662 Al

2 (57) Использование: диагностика технического состояния маший и механизмов. Сущность "изобретения; устройство содержит генераторы 1, 27, усилители 6, 8, 1 8, интеграторы 15, 31, трансформаторный преобразователь.2, детектор 7, размыкатель 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 циклов ввода-вйвода образца и усреднения результатов нескольких замеров, между которыми осуществляется компенсация дрейфа элементов устройства. 3 ил, 1757 662

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения содержания элементов износа в смазочных материалах при диагностике технического состояния машин и механизмов.

Известно устройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах, содержащее фазовращатель и последовательно соединенные генератор, преобразователь, блок обработки информации и регистратор, причем преобразователь выполнен трансформаторным с Ф-образным матнитопроводом, в боковых стержнях которого имеются прорези для расположения в исследуемой и эталонной сред, на центральном стержне магнитопровода 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 и компенсационной обмотках, Известно также устройство для определения содержания элементов износа в смазочных маслах, содержащее генератор, преобразователь, фазовращатель и блок об. работки информации, причем преобразователь выполнен трансформаторным, с

Ф -образным магнитопроводом, в боковых стержнях которого имеются прорези, на центральном стержне магнитопровода расположена возбуждающая обмотка, на одном из боковых стержней — измерительная обмотка, а на другом — эталонная, Недостатком данного устройства является то, что для балансировки плеч преобразователя введены переменный резистор и фазовращатель, что увеличивает шумы и дрейф нуля устройства, а это приводит к снижению точности измерения.

Кроме того, в данном устройстве невозможно добиться полной взаимной компенсации сигналов измерительной и эталонной обмоток из-за влияния гармонических составляющих сигнала, обусловленных нелинейностью преобразователя. что также приводит к снижению точности к неудобству в работе.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах, в котором для повышения точности измерений используются предварительная компенсация сигнала разбаланса преобразователя с помощью магнитного шунта и окончательная компенсация с помощью источника компен5

Поставленная цель достигается тем, что устройство 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 ко второму 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 вЂ” НЕ, объединенному со входом управления блока выборки-хране55 ния, счетным входом счетчика циклов и входом одновибратора, выход которого соединен со входом узла ввода образца, причем выход генератора импульсов соединен со входом делителя частоты, выход которого подключен к первому входу элемента

И-HE. второй вход которого соединен с выходом счетчика циклов и управляющим входом ключа. а выход нормирующего усилителя соединен со входом, индикатора. сирующего 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 резким 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 и ринципа усреднения rio ансамблю.

1751662

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 вЂ” НЕ 29, выполняющего функцию клапана, Второй вход элемента И-НЕ 29 соединен с выходом счетчика 30 циклов, а выход элемента И вЂ” НЕ соединен с размыкателем 12 и входом счетчика 30 циклов, Интегратор компенсации обозначен позицией 31 (фиг, 1).

Устройство для определения содержа5 ния ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах работает следующим образом.

В возбуждающую обмотку 3 преобразователя 2 подается переменный ток. Измери10 тельная 4 и эталонная 5 обмотки включены встречно, 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 и плечи магнитопровода нейдентичны, поэтому всегда существует разностный сигнал, который усиливается с помощью усилителя

6 переменного тока, преобразуется в посто20 янный ток при помощи синхронного детектора 7. Далее сигнал поступает на усилитель

8 постоянного тока для дополнительного усиления, На второй вход усилителя 8 подается с выхода интегратора 31 компенсации

25 напряжение постоянного тока, которое компенсирует остаточный сигнал разбаланса.

На вход интегратора 31 через размыкатель 12 поступает сигнал с выхода усилителя

8 постоянного тока, Выходной сигнал интег30 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 элементов и узлов и т.д.) отрабатываются при помощи интегратора 31 компенсации.

Благодаря тому что сигнал с выхода ин, тегратора 31 поступает на неинвертирую40 щий вход-усилителя 8 постоянного тока, а сигнал 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 27 импульсов, пройдя через делитель 28 частоты, элемент И вЂ” НЕ 29 и одновибратор 26, поступают на узел 1I9 ввода образца, а именно, в обмотку электромагнита 24. При этом

50 благодаря импульсному характеру работы электромагнита, с одной стороны, и противодействующему усилию пружины 23, с другой стороны, коромысло совершает возвратно-поворотные движения, пооче55 редно вводя и выводя образец 21 из зазора с 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. !

1751662

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, причем момент 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, 3а 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 и 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 на выходе интегратора 15 напряжение растет с другой скоростью. После завершения процесса измерения. т.е, после завершения определенного числа (например, 10) циклов измерения счетчик циклов 30 подает сигнал на клапан 29 (элемент И-HE) и на ключ 14, вследствие чего узел ввода образца 19 пре10 -кращает движение, ключ 14 разрывает вход интегратора 15 и на выходе интегратора 15 устанавливается суммарное значение выходного напряжения, пропорциональное массе ферромагнитного вещества и количе15 ству циклов.

Пропорциональность сигнала на выходе интегратора массе ферромагнитного вещества объясняется следующим.

С учетом единичного коэффициента пе20 редачи детектора и БВХ на входе интегратора 15 действует сигнал

Овх f = К»К» 0вых пр., где К вЂ” коэффициент передачи усилителя переменного тока 6;

К- — коэффициент передачи усилителя постоянного тока 8;

Овых.np. — выходной сигнал преобразователя в идеальном случае, пропорциональный массе ферромагнитного вещества.

В реальных условиях.

0вых пр. = Knp П1ф + Оп, где Un —. сигнал помех, Таким образом на входе интегратора 15

0sx f = К К=(Кпр 1пф + Оп).

На выходе интегратора 15 за один цикл

11

:Овых f1- КД U t, ИЛИ С уЧЕтОМ Uax(=CohSt, о

Ф

За ВрЕМя ВСЕГО цИКЛа Us x )1- K f. t1 Usx ) .

За несколько циклов, например, 10

40 Овых f.= =Kf(Usx1 f t1+Usx2 f t2+...+ . +0ax1O ) t1O), И таК КаК t1 - ... = 11О, тО Овых f= К f t1(Usx1f+ .

+...+ Uax1O Я.

Во время каждого цикла К-1 К-, Кпр и my остаются постоянными, измениться может только сигнал помехи. Далее можно записать

Овых ./ К. t1IQ(» ((Кпрп1ф + Оп 1) +

+(Кпр п1ф + Un2)+., + (Кпрл1ф + Оп1О))

50 -@(1 К К-(Кпр гпф 10+ Оп1+

+Оп2+...+ Оп1о) = KP K Ê Кпр 10 11. 111ф х (1 Оп1+О 2+" +Оп1о )

Кпр 1т1ф 10

55: Знаки и величины Оп1 Unz .. Un10 носЯтслучайный характер и в значительной степени при достаточном числе циклов взаимно компенсируЮтся. Таким образом

Оп1+ Ого+". +Uï1Î

Кпр П3ф 10 и ((1

1751662

10 и можно записать

Оных,/ K / K K= Кпр 101) my. или

Оеых = Ко 101 .п)ф, где Ко — общий коэффициент передачи ecего 5 измерительного тракта, Данное выражение показывает, что сиг- нал на выходе интегратора 15 Оных,p llpoпорционален массе ферромагнитного вещества в пробе аф. 10

С помощью нормирующего усилителя

16 устанавливается коэффициент передачи для однозначного соответствия массы вещества и показаний индикаторного устройства 17 и для удобства отсчета. 15

Таким образом, происходит усреднение результирующего сигнала, а значит, уменьшение влияния внешних помех за счет увеличения соотношения сигнал-шум.

Экспериментальные исследования 20 предлагаемого устройства для определения содержания ферромагнитных частиц в неэлектропроводящих средах показали, что благодаря повышению помехозащищенности устройство обеспечивает получение до- 25 стоверного результата при высокой чувствительности в производственных усло виях при наличии большого количества помех. Например, при чувствительности устройства по массе 0,01 мг точность изме- 30 рений 2, Формула изобретения

Устройство 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 входу усилителя пбстоянного тока, а также индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенйя точности, OHQ 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 выполнены с управляющими входами, подключенными соответственно к выходу синхронизации генератора гармонических колебаний и выходу элемента И вЂ” 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.

1751662

Составитель Ф. Тарнопольская

Редактор А. Долинич Техред М.Моргентал . Корректор И. Муска

Заказ 2687 Тйраж Подпйсное

ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Г1роизводственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101