Устройство для регистрации температуры заготовок металлических изделий в процессе их технологической обработки
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования изменений среднеинтегрального по объему значения температуры металлических изделий и заготовок в процессе их термической и механической обработки. Устройство содержит катушку индуктивности 4 на диэлектрическом каркасе 5 с круговым ферромагнитным экраном 6. К внутренней части каркаса катушки прикреплены кольца из асбеста 7 и из фторопласта 8. Катушка охватывает деталь 1. Деталь уложена на фиксирующем упоре 2 и обрабатывается инструментом 3. Катушка с помощью экранированного кабеля 9 подключена к входу блока 10 контроля. Блок контроля содержит конденсаторы 11 и 12, первый 13, второй 17 и третий 23 каскады усилителя переменного тока, фильтрующую ячейку 15, 16, блок сравнения напряжений 18, потенциометрический делитель 19, 20, стабилизированный источник 21 выпрямленного сетевого напряжения, двусторонний усилитель-ограничитель 22, балластно-ограничительный резистор 24, стрелочный индикатор напряжения 25 и самописец 26. Устройство обеспечивает повышение объективности и достоверности результатов измерений среднеинтегральной по объему, но мгновенной по временному параметру температуры металлических изделий при различных видах их технологической обработки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования изменений среднеинтегрального по объему значения температуры металлических изделий и заготовок в процессе их термической и механической обработки, в частности обработки давлением, обработки накатным или абразивным инструментом.
Известно устройство для измерения температуры вращающихся объектов (а.с. СССР N 451929, МКИ G 01 К 13/08, G 01 К 7/34), содержащее соединенные последовательно термочувствительный автогенератор электрических колебаний, источник питания и светодиод, а также неподвижный фотоприемник, имеющий оптическую связь со светодиодом, причем автогенератор выполнен в виде включенных последовательно шумового генератора и ряда соединенных параллельно термочувствительных резонансных контуров, а выходная цепь фотоприемника также снабжена рядом резонансных контуров. Непригодность этого устройства для решения рассматриваемой задачи следящего контроля за среднеинтегральным по объему изделия значением его температуры в процессе его обработки обусловлена как громоздкостью и сложностью подвижной части измерительного устройства, так и его способностью контролировать температуру исследуемого объекта лишь дискретно - на его отдельных периферийных участках. Известные методы и реализующие их средства для контроля температуры обрабатываемых объектов (см., например, Cпособ измерения температуры по а.с. СССР N 453592, МКИ G 01 K 7/02, Устройство по а.с. СССР N 657277 и ряд других), основанные на использовании термопар, будучи приемлемыми для контроля процессов резания, являются совершенно непригодными для следящего контроля за среднеинтегральным по объему значением температуры вращающихся изделий, подвергаемых различным видам технологической обработки, например термическая обработка, обработка давлением с помощью накатного инструмента, механическая абразивная обработка и т.д. Ознакомление с датчиком температуры (патент США N 3690176, МКИ G 01 K 1/14, 7/16, 13/08), содержащим чувствительный элемент, который с определенным усилием удерживается в самоцентрированном положении на поверхности нагретого вращающегося или неподвижного цилиндра, показывает, что ему присущи те же ограничения и недостатки, которые препятствуют возможности применения известных отечественных методов и средств для объемного следящего контроля за среднеинтегральной температурой изделий при их обработке давлением. Известно также устройство для контроля параметров вращающихся объектов (а. с. СССР N 1722139, МКИ G 01 K 13/08), которое содержит чувствительные резистивные элементы, генератор переменного тока, блок синхронизации, два вращающихся конденсатора, емкостный распределитель, ось вращения которого совмещена с осью контролируемого объекта, а также неподвижный съемный электрод, осциллограф, селектирующий усилительный блок и подстроечные резисторы, причем соответствующие друг другу чувствительные резистивные элементы, постоянные и подстроечные резисторы соединены в последовательные цепи, которые в свою очередь соединены параллельно и подключены к роторам вращающихся конденсаторов, а точки соединения чувствительных резистивных элементов и постоянных резисторов соединены с соответствующими подвижными электродами емкостного распределителя, при этом средняя точка генератора переменного тока заземлена, а его два симметричных противофазных выхода подключены к статорам первого и второго вращающихся конденсаторов соответственно, неподвижный электрод емкостного распределителя через селектирующий усилительный блок соединен с информационным входом осциллографа, вход канала синхронизации которого подключен к выходу блока синхронизации. Обеспечивая многоканальный температурный контроль вращающихся объектов, устройство по а.с. СССР N 1722139 реализует лишь дискретный точечный контроль изделия на ряде его участков, будучи неспособным решать требуемую задачу оперативного интегрально-объемного безынерционного следящего контроля за изменениями среднеинтегрального по объему, но мгновенного по параметру времени значения температуры вращающегося объекта при исключении необходимости установления на контролируемом объекте каких-либо термочувствительных элементов. Наиболее близким к заявляемому объекту по своим структурным признакам и синтезирующим элементам является устройство для бесконтактного измерения температуры вращающихся изделий (а.с. СССР N 917005, МКИ G 01 K 13/08), которое содержит усилитель переменного тока, мостовую схему из чисто резистивного и резистивно-индуктивного делителей, в последний из которых входит неподвижная катушка индуктивности, связанная с подвижной катушкой, зашунтированной термозависимым элементом, а усилитель включен в диагональ измерительной схемы, в качестве термозависимого элемента которой использован конденсатор. Недостатком и ограничением этого устройства, принятого за прототип заявляемого объекта, является принципиальная непригодность указанного устройства для решения поставленной задачи непрерывного контроля и автоматической безынерционной регистрации изменений среднеинтегральной по объему, но мгновенной по значению температуры контролируемого вращающегося объекта в процессе его технологической обработки. В этой связи задача, поставленная при разработке заявляемого технического решения, состояла в повышении разрешающей способности, объективности и достоверности результатов измерений среднеинтегральной по объему, но мгновенной по временному параметру температуры металлических изделий при различных видах их технологической обработки. Условием этого является обеспечение предлагаемым устройством высокой проникающей способности и глубины объемного температурного контроля изделия в сочетании с оперативностью и безынерционностью непрерывной регистрации изменений среднеинтегрального по объему, но мгновенного по временному параметру значения температуры вращающегося изделия на протяжении всего технологического цикла его обработки при устранении зависимости результатов измерений от наличия на поверхностях контролируемых изделий технологических, в частности масляно-окисных, пленок. Кроме того, в задачу, поставленную при создании предлагаемого технического решения, входила возможность совмещения неискажающего следящего интегрирующего объемного контроля за изменением мгновенного значения среднеинтегральной температуры изделия непосредственно в процессе его технологической обработки при повышенной надежности, помехоустойчивости, технологическом удобстве и стабильности бесконтактного контроля температуры в сочетании с упрощением измерительной системы, исключением необходимости установления на вращающемся объекте термочувствительных элементов и активных передающих узлов. Требованием к разрабатываемому устройству являлось также обеспечение им высокой оперативности контроля с выдачей результатов измерений непосредственно в единицах контролируемого параметра. Перечисленные расширенные и качественно новые оперативно-технические возможности заявляемого устройства, определяющие его существенные преимущества перед известными устройствами соответствующего класса и назначения (включая прототип), достигаются тем, что согласно предлагаемому техническому решению в устройство, содержащее усилитель переменного тока, подключенный входом к выходу резистивно-индуктивного делителя, а выходом - к входу этого делителя, который содержит неподвижную катушку индуктивности, введены стабилизированный источник выпрямленного сетевого напряжения, двусторонний усилитель-ограничитель, блок сравнения напряжений, детектирующий узел, стрелочный индикатор напряжения и самописец регистрирующего блока, при этом усилитель переменного тока составлен тремя каскадами - первым, входным, регулируемым каскадом, выполненным с электрометрическим высокоомным полевым входом, а также вторым и третьим (выходным) каскадами, между которыми включен двусторонний усилитель-ограничитель, к входу первого регулируемого каскада усиления с помощью экранированного кабеля подключена неподвижная катушка индуктивности и пара подстроечных конденсаторов, образующих совместно с упомянутой катушкой индуктивности параллельный колебательный контур, к входу второго каскада усилителя через детектирующий узел параллельно подключены фильтрующая RC-ячейка и один из пары входов блока сравнения напряжений, второй из пары входов которого через варьируемый потенциометрический делитель связан с выходом стабилизированного источника выпрямленного сетевого напряжения, причем выход третьего каскада усиления, подключенного выходом к выходу двустороннего усилителя-ограничителя, связан через балластно-ограничительный резистор с входом первого регулируемого каскада усиления, а выходы блока сравнения соединены с входами стрелочного индикатора напряжения и самописца регистрирующего блока. Наряду с этим комплекс охарактеризованных выше расширенных оперативно-технологических возможностей, реализуемых представляемым техническим решением, достигается также благодаря тому, что входящая в устройство неподвижная катушка индуктивности снабжена круговым ферромагнитным экраном с П-образным радиальным сечением, обращенным своим воздушным зазором к продольной оси катушки, а сама катушка индуктивности с упомянутым ферромагнитным экраном неподвижно закреплена в фиксирующем держателе, концентрично охватывающем обрабатываемую заготовку, которая в качестве сердечника-концентратора введена внутрь ферромагнитного экрана неподвижной катушки индуктивности. Повышение устойчивости измерений достигается в заявляемом устройстве тем, что к внутренней части каркаса экранированной катушки индуктивности, концентрично охватывающей контролируемое изделие, неподвижно прикреплены концентрично расположенные кольца из асбеста и фторопласта. На фиг. 1 и 2 изображены две проекции непосредственных рабочих элементов обрабатывающей технологической установки с привязкой к ним разработанного контрольного устройствa, при этом фиг. 1 показывает вид сверху; фиг. 2 - вид сбоку на рабочие элементы технологической установки с привязанными к ним узлами контрольного устройства. На фиг. 1 и 2 одни и те же элементы технологической установки и контрольного устройства, встречающиеся в обеих проекциях, обозначены одинаковыми цифровыми индексами. Как видно из фиг. 1, 2, подлежащее контролю изделие или металлическая заготовка 1 укладывается на фиксирующий упор 2 технологической установки, например на опорный нож накатной установки, и обжимается с одного конца заготовки симметрично расположенными относительно последней обрабатывающими элементами 3. В зависимости от характера обработки контролируемой заготовки 1 позицией 3 обозначены такие элементы технологической установки, непосредственно воздействующие на обрабатываемое изделие или заготовку, как накатные рельефные валики при термомеханической обработке давлением, нажимные ролики при контактной термообработке изделий, дисковые элементы при абразивной обработке заготовок. Подлежащее контролю изделие или его заготовка 1 вводится внутрь концентрично охватывающей ее катушки индуктивности 4, намотанной на диамагнитном и диэлектрическом каркасе 5 и заключенной совместно с этим каркасом в круговой ферромагнитный экран 6, который имеет П-образное радиальное сечение, обращенное своим зазором к продольной оси катушки индуктивности 4. К внутренней части каркаса 5 катушки индуктивности 4 неподвижно прикреплены концентрично расположенные кольца, выполненные из асбеста 7 (расположенные ближе к каркасу 5) и выполненные из фторопласта 8 (кольца, расположенные ближе к поверхности заготовки 1). Совмещение продольной оси заготовки 1, совпадающей с ее осью вращения, и продольной оси симметрии, концентрически охватывающей заготовку катушки индуктивности 4 при выполнении кругового магнитопровода этой катушки в виде ферромагнитного экрана с П-образным радиальным сечением, обращенным своим зазором к продольной оси катушки индуктивности 4 и соответственно к оси вращения заготовки 1, способствует эффективной концентрации магнитного поля катушки индуктивности 4 и наиболее эффективному и полному замыканию ее магнитного потока через тело контролируемой заготовки 1. Концы обмотки катушки индуктивности 4 с помощью экранированного кабеля 9 подключаются к входу автоматизированного измерительного блока 10 контроля, подстроечные входные конденсаторы 11, 12 которого образуют совместно с катушкой индуктивности 4 параллельный колебательный контур. Этот контур связан с входом первого регулируемого каскада 13 усилителя переменного тока, выполненного с высокоомным полевым входом. Выход каскада 13 параллельно связан как с детектирующим узлом 14, нагруженным фильтрующей ячейкой 15, 16, так и с входом второго каскада 17 усиления переменного тока. Ячейка 15, 16 соединена с одним из пары входов блока сравнения напряжений 18, второй из пары входов которого связан с выходом потенциометрического делителя 19, 20, подключенного к одному из выходов стабилизированного источника выпрямленного сетевого напряжения 21. Выход второго каскада 17 усиления переменного тока связан через двусторонний усилитель-ограничитель 22 с входом третьего, выходного, каскада 23 усилителя переменного тока - каскада, выполняющего функции усилителя мощности. Выход каскада 23 связан цепью положительной обратной связи с входом первого каскада 13 усилителя переменного тока через балластно-ограничительный резистор 24. Выходы блока сравнения напряжений 18 соединены как с контрольным стрелочным индикатором напряжения 25, так и с самописцем 26 регистрирующего блока. В целях повышения чувствительности регистрирующей системы катушка 4 в действующей модели устройства намотана литцендратом (многожильным посеребренным проводом с изолированными лаком волокнами), а магнитопровод 6 выполнен из высокочастотного ферритодиэлектрика, обладающего магнитной проницаемостью
Формула изобретения
1. Устройство для регистрации температуры заготовок металлических изделий в процессе их технологической обработки, содержащее усилитель переменного тока, подключенный входом к выходу резистивно-индуктивного делителя, а выходом - к входу этого делителя, который содержит неподвижную катушку индуктивности, отличающееся тем, что в него введены стабилизированный источник выпрямленного сетевого напряжения, двусторонний усилитель-ограничитель, блок сравнения напряжений, детектирующий узел, стрелочный индикатор напряжения и самописец регистрирующего блока, при этом усилитель переменного тока составлен тремя каскадами: первым входным регулируемым каскадом, выполненным с электрометрическим высокоомным полевым входом, а также вторым и третьим (выходным) каскадами, между которыми включен двусторонний усилитель-ограничитель, к входу первого регулируемого каскада усиления с помощью экранированного кабеля подключены неподвижная катушка индуктивности и пара подстроечных конденсаторов, образующих совместно с упомянутой катушкой индуктивности параллельный колебательный контур, к входу второго каскада усилителя через детектирующий узел параллельно подключены фильтрующая RC-ячейка и один из пары входов блока сравнения напряжений, второй из пары входов которого через варьируемый потенциометрический делитель связан с выходом стабилизированного источника выпрямленного сетевого напряжения, причем выход третьего каскада усиления, подключенного входом к выходу двустороннего усилителя-ограничителя, связан через балластно-ограничительный резистор с входом первого регулируемого каскада усиления, а выходы блока сравнения напряжений соединены с входом стрелочного индикатора напряжения и с входом самописца регистрирующего блока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входящая в него неподвижная катушка индуктивности снабжена круговым ферромагнитным экраном с П-образным радиальным сечением, обращенным своим воздушным зазором к продольной оси катушки, а сама катушка индуктивности с упомянутым ферромагнитным экраном неподвижно закреплена в фиксирующем держателе обрабатывающей установки, концентрично охватывая обрабатываемую заготовку, которая в качестве сердечника-концентратора введена внутрь ферромагнитного экрана неподвижной катушки индуктивности. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что к внутренней части каркаса экранированной катушки индуктивности, концентрично охватывающей обрабатываемую заготовку, неподвижно прикреплены концентрично расположенные кольца из асбеста и фторопласта.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2