Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока

 

Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока относится к электрооборудованию для точечной контактной сварки переменным током промышленной частоты и может быть использовано для автоматического контроля режима сварки. Сущность изобретения: измеряют производную сварочного тока, интегрируют измеренный сигнал и определяют действующее значение сварочного тока. Устройство содержит датчик тока, выполненный в виде пояса Роговского, интегратор и масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микро- ЭВМ, регистр адреса, запоминающее устройство , расширитель ввода-вывода, задатчик пределов тока и цифровой индикатор . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5i)5 В 23 К 11/24,:п : уды.я ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

О

О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4928478/08 (22) 22,04,91 (46) 07,01.93.Бюл. N 1 (71) Институт электросварки им, Е. О. Патона (72) Н, В, Подола, B. С. Гавриш, С. В. Желнаков и М, В, Погребной (73) Институт электросварки им. Е. О, Патона (56) Авторское свидетельство СССР

N. 490599, кл, В 23 К 11/24, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И

КОНТРОЛЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ

СВАРОЧНОГО ТОКА (57) Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока отИзобретение относится к электрооборудованию для точечной контактной сварки и предназначено для измерения действующего значения сварочного тока и контроля режима сварки.

Известны устройства для измерения действующего значения сварочного тока.

Устройство содержит датчик тока (пояс Роговского) с интегратором и функциональный преобразователь, осуществляющий операции квадратирования, интегрирования и извлечения квадратного корня, Сущность способа заключается в следующем. С выхода пояса Роговского напряжение, пропорциональное производной сварочного тока, подается на вход первого интегратора, с выхода которого снимается величина, пропорциональная мгновенному значению сварочного тока. Затем при помощи аналоговых функциональных преобразователей осуществляется возведение в квадрат, интегрирование, извлечение

„„ Ы„„1787090 А3 носится к электрооборудованию для точечной контактной сварки переменным током промышленной частоты и может быть использовано для автоматического контроля режима сварки, Сущность изобретения: измеряют производную сварочного тока, интегрируют измеренный сигнал и определяют действующее значение сварочного тока. Устройство содержит датчик тока, выполненный в виде пояса Роговского, интегратор и масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микро3ВМ, регистр адреса, запоминающее устройство, расширитель ввода-вывода, задатчик пределов тока и цифровой индикатор, 2 ил. квадратного корня и запоминание действующего значения тока, Такой способ и устройство для его осуществления имеют достаточно большие погрешности вследствие использования аналоговых функциональных преобразователей.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является устройство для измерения действующего значения сварочного тока, а также способ измерений действующего значения сварочного тока.

Устройство содержит датчик тока, измеритель амплитуды тока, блок измерения угла горения вентилей силового тиристорного контактора, входы которых подсоединены соответственно к выходу датчика тока, к выходу фазовращателя и к выходным цепям тиристорного контактора, а выходы подключены к индикаторному прибору через вычислительный блок, На выходе датчика тока получается напряжение, пропорциональное мгновенному значению сварочного тока.

1787090

Амплитуда тока измеряется и запоминается. Одновременно и, >изводится измерение угла включения вентилей и угла горения.

Сигналы, пропорциональные этим величинам, подаются на вычислительный блок, который по заданному алгоритму производит вычисление действующего значения сварочного тока. Недостатком прототипа является его низкая точность, так как в него входят анало.овые блоки для измерения трех величин: амплитуды тока, угла включения и горения тиристоров.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства, Цель достигается тем, что предварительно для всего рабочего диапазона записывают в память однокристальной микроЭВМ таблицу действующих значений сварочного тока 1дп, каждому из которых соответствует величина

Qm = 7 i! (), (1)

1=1 где k — число интервалов разбиения промежутка времени от 0 до Т/2, Т вЂ” период напряжения питающей сети; !() — сварочный ток; m(m=1.„п) — номер элемента таблицы, причем число элементов таблицы и выбирается из условия, при котором разность ме>кду соответствующими величинами 1д п и

Iäm+ не превышает требуемой погрешности измерения, затем определяют момент времени для начала вычисления из условия, что сумма р измеренных подряд мгновенных значений тока, где р > 2, превышает наперед заданную величину, устанавливаемую с учетом помехозащищенности, равную (0,1—

0,5) 1д.мин, измеряют мгновенное значение сварочного тока i<3i< через равные проме>кутки времени и вычисляю величину .г ! изм.п (2) и =1 а за действующие значение сварочного тока принимают элемент из таблицы !дп, который соответствующий Qm, равному S или близкому к значению S, Для вычисления действующего значения сварочного тока формируют массив величин 1 m, которым соответствуют величины

Qm, расположенные с шагом, который обеспечивает требуемую точность измерения и который различен для разных участков массива. При этом поиск ближайшей к величине

S суммы Qm производят, начиная с верхнего

Q) (или нижнего Qg значения из набора величин Qm с установленным шагом, сравнивают величины S и Q — i ШАГ (или Q<+iхШАГ) и при очередном шаге поиска, когда нет необходимости хранить в памяти массив больших по величине чисел Qm, используемых при нахождении lд. Кроме массива

1дп в памяти хранятся первое (максималь30 ное) значение суммы Q> и набор шагов поиска, которые подбираются так, чтобы оптимально перекрыть весь рабочий диапазон. B разработанном устройстве обеспечивается приведенная погрешность

35 измерения не более + 2% при использовании таблицы объемом 256 байт для каждого из диапазонов 0,3 — 10 кА и 10 — 100 кА (одна таблица для обоих диапазонов). Если использовать таблицу объемом 512 байт, обес40 печивается приведенная погрешность не более «+ 1%. Кроме того, точность измерений повышается за счет использования программного запуска, при этом исключается возможность пропуска начала сварочного

45 импульса, поскольку в микроЭВМ запоминается предыстория импульса тока и первые измерения не теряются, а учитываются при вычислении Qm, а следовательно, и при нахождении д.

50 Упрощение схемы устройства достигается тем, что при программном способе запуска отсутствует блок формирования сигнала начала измерения, так как нет необходимости измерять угол включения и горе55 ния тиристоров или формировать синхронизирующий импульс, Расширение функциональных возмо>кностей обеспечивается введенным расширителем ввода-вывода, с помощью которого осуществляются задание и изменение верх5

25 разность между этими величинами меняет знак на противоположный, за действующее значение сварочного тока принимают элемент из массива !am(m=1 ...п) с номером i, т,е.

la!.

В предлагаемом устройстве формирователь действующего значения содержит микроЭВМ, регистр адреса, постоянное запоминающее устройство, причем регистр адреса подсоединен к шине адрес/данные, его выход подсоединен к адресной шине запоминающего устройства. Введены расширитель ввода-вывода и задатчик пределов тока, причем задатчик соединен с первым портом расширителя ввода-вывода, а индикатор — с вторым.

B и редлагаемом способе требуемая точность измерения обеспечивается выбором таблицы (т.е, массива значений 1д ) необходимого объема, причем элементами массива являются непосредственно коды для семисегментного индикатора. Таким образом, в таблице каждая ячейка (байт) соответствует одному значению 1д из массива, охватывающего весь рабочий диапазон, и

1787090

l>yy=l — У i dt

i1 т .2

1Т о (4) где Т вЂ” период, соответствующий частоте питающей сети.

При k намерениях с интервалом т за период интеграл преобразуется в сумму

1 эфф= — 1

j (5) них и нижних уставок, индикация, выдача дополнительной информации о выходе действующего значения за поле допуска, выдача сигнала на разбраковывающее устройство, На фиг. 1 показан принцип программного запуска устройства для измерения и контроля сварочного тока; на фиг. 2 изображена блок-схема устройства для измерения и контроля действующего значения сварочного тока.

Сущность способа заключается в том, что сразу после включения питания измеряется величина сигнала на выходе аналоговой части (интегратор и масштабирующий усилитель). Эти измерения выполняются с фиксированной частотой 1=1/ t, где т интервал времени между последовательными измерениями мгновенных значений сварочного тока (фиг. 1), Момент времени 10 соответствует моменту включения устройства и моменту первого измерения сварочного тока, После каждого такого пробного измерения вычисляется сумма р последних значений измеренного сигнала, которая сравнивается с величиной, соответствующей наперед задан ному пороговому значению П. Для илл юстрации способа примем р=З. Если j— последнее текущее измерение, то проверяется условие

1 ,, ij>H, (3)

j — 2

В том случае, когда эта сумма превышает П, то последние три пробных измерения считаются первыми тремя измерениями мгновенной величины сварочного тока, квадраты которых добавляются к искомой сумме для вычисления действующего значения.

Нахождение действующего значения сварочного тока основано на использовании таблицы, Объем таблицы выбирается исходя из требуемой точности измерения и рабочего диапазона, Эффективное значение тока рассчитывается по формуле

Причем точность вычисления кафф определяется числом измерений. Здесь ток измеряется в условных единицах (i), I пропорциональных истинному значению то5 ка (i) в килоамперах, т.е, 1

l где f — коэффициент пересчета, После несложных преобразований можно получить

10 эфф - X (! )

Т,.

15 /7 (.i )2

Т

1 (6) Если обозначить коэффициент перед радикалом

Гт

25 то,ti эфф=Рj g (I ) j=1 (7) (8) т. е. для каждого возможного значения суммы Я= д (jj ), можно рассчитать соот° 1 2

1=1 ветствующее значение 1эфф в килоамперах, Эти значения кафф являются элементами таблицы, Элементы этой таблицы располагаются неравномерно с изменяющимся отстоянием одного относительно другого с целью обеспечения заданной точности измерения и охвата заданного рабочего диапазона.

Нахождение 4фф производится следу45 ющим образом. Максимальному значению измеряемого Ьфф (верхнее значение диапазона измерения) соответствует сумма Ямаха.

Сумме Я0 — ШАГ соответствует величина эфф1. Любой другой величине S соответствует значение тока Ьфф При этом должно выполняться условие эфф.) эфф.i + 1

) эфф. верх н где д — допустимая приведенная погрешность измерения;

S — сумма, полученная в результате работы программы после прохождения сварочного импульса.

Таким образом, элементы таблицы непосредственно являются величинами эфф в

1787090

55 килоамперах, предварительно рассчитанными в соответств,и с выражением (8) и с выражением для сварочного тока при полнофазном сигнале

l=laSI AN T., где la — амплитудное значение импульса сВВрочного тока.

Т.е, в таблице учитываются и коэффициент F и радикал, что значительно упрощает программное обеспечение устройства, Выбирая соответствующий объем таблицы, можно обеспечить требуемую точность измерения.

Устройство содержит датчик 1 тока, выполненный в виде пояса Роговского 1, выход которого соединен с входом аналогового блока 2, состоящего из интегратора и масштабирующего усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3, соединенного с портом микроЭВМ 4, Шина адрес/данные микроЭВМ соединена с регистром 5 адреса и адресным портом запоминающего устройства 6. Расширитель 7 ввода-вывода соединен с портом микроЭВМ, задатчик 8 пределов тока с первым портом расширителя ввода-вывода индикатор 9 — с вторым портом микроЭВМ.

Устройство работает следующим образом, После включения питания производится измерение сигнала, поступающего с интегратора и масштабирующего усилителя.

Измерение осуществляется с фиксированной частотой под управлением микроЭВМ.

В случае выполнения условия запуска устройства, т.е. при поступлении сварочного импульса, микроЭВМ 4 накапливает данные за текущий период или полупериод сетевого напряжения и вновь переходит в режим ожидания следующего сварочного импульса. При этом производится обработка полученных данных: вычисление по таблице действующего значения сварочного тока, сравнение его с уставками и вывод на цифровой индикатор 9, В любой момент времени возможен просмотр и изменение

5 уставок с помощью задатчика 8 пределов тока, Предлагаемый способ расчета действующего значения сварочного тока и способ запуска устройства позволяют повысить

10 точность измерения тока.

Предлагаемое устройство позволяет измерять действующее значение сварочного тока с требуемой точностью, сравнивать его с наперед заданными уставками, оператив15 но задаваемыми с органов управления, что расширяет его функциональные возможности без существенного усложнения схемы, Формула изобретения

20 Устройство для измерения и контроля действующего значения сварочного тока, содержащее датчик тока, соединенный с входом интегратора с масштабирующим усилителем, аналого-цифровой преобразо25 ватель, формирователь действующего значения тока и цифровой индикатор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возмо>кностей, формирователь действующего

30 значения содержит микроЭВМ, регистр адреса и постоянное запоминающее устройство, причем шина адрес / данные микроЭ ВМ соединена с регистром адреса и адресным портом запоминающего устройства, при

35 этом выход регистра адреса соединен с адресной шиной запоминающего устройства, причем в устройство дополнительно введен расширитель ввода/вывода, соединенный с микроЭВМ, и задатчик пределов тока, при40 чем задатчик соединен с первым портом расширителя ввода/вывода, а индикатор— со вторым, при этом датчик тока выполнен в виде пояса Роговского.

1787090

Составитель В.Гавриш

Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор

Заказ 264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, yn,Гагарина, 101