ПРИБОР КОНТРОЛЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА СТАЛИ
DEVICE FOR INSPECTING PHASE COMPOSITION OF STEEL

Данное изобретение относится к неразрушающему контролю металлов и сплавов, а именно к методам контроля фазового состава, и может быть использовано в металлургии, металлообработке, машиностроении, авиастроении для контроля качества продукции и стабильности технологических процессов, относится к приборам, предназначенным для автоматического экспресс-контроля состава сплавов на основе железа, а именно содержания ферритной фазы в различных марках стали при литье и, прежде всего, в стальных пробах и калибровочных образцах.
Известно техническое решение (RU 2150121, G01R 33/12, G01N 27/72; 27.05.2000), в котором раскрыт ферритометр, состоящий из датчика и вторичного прибора. Датчик состоит из поплавка, в который вставлен магнит в виде стержня, на периферии магнита расположено железное кольцо, при этом поплавок расположен в герметичном корпусе из немагнитного материала. Снаружи герметичного корпуса расположена катушка, которая, взаимодействуя с железным кольцом, создает силу, отрывающую магнит от образца. Оторвавшийся от образца магнит через корпус из немагнитного материала замыкает контакт, соединенный со вторичным прибором. Вторичный прибор фиксирует ток отрыва магнита от образца.
Прибор работает следующим образом. Постоянный магнит датчика прикладывается к поверхности металла измеряемого образца. Нажатием кнопки на вторичном приборе запускается счетчик, считающий поступающие от генератора импульсы. Результат счета индицируется на индикаторе вторичного прибора и поступает на цифроаналоговый преобразователь. Показания счетчика плавно возрастают во времени. В соответствии с этим плавно возрастает напряжение на входе преобразователя и соответственно ток на выходе усилителя. Этот плавно возрастающий ток увеличивает крутящий момент на рамке, связанной с постоянным магнитом датчика. Так продолжается до тех пор, пока магнит не оторвется от поверхности измеряемого образца. При этом срабатывает геркон и останавливает счетчик. На индикаторе прекращается нарастание цифровых показаний на уровне процентного содержания ферритной фазы в образце. Установление соответствий показаний прибора (тарировка) шкале процентного содержания феррита в данном классе сталей осуществляется путем подбора соответствующего коэффициента усиления усилителя. При этом ручка регулировки коэффициента усиления может иметь градуировку позиций, соответствующих классам сталей, измеряемым прибором. При последующем нажатии кнопки счетчик сбрасывается на ноль и начинает снова считать импульсы от генератора.
Существенным недостатком известного технического решения является неоднородность и ограниченность в пространстве магнитного поля, создаваемого датчиком, подведенным к исследуемому образцу. При этом погрешность измерения определяется местоположением датчика на поверхности образца.
Известен прибор контроля фазового состава стали, альфа-фазометр, предназначенный для измерения содержания ферритной фазы в стали: (Химченко Н.В., Бобров В.А. Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении. - М.: Машиностроение, 1978 г., стр. 145, данное техническое решение принято за прототип).
Прибор состоит из датчика и вторичного прибора. Поворотная стрелка с пружинкой представляют собой громоздкую и не жесткую конструкцию, часто выходящую из строя в результате грубого обращения или случайного удара. С целью уменьшения влияния момента инерции на указанные элементы вынуждены выполнять с минимальной прочностью. Ось стрелки приборного типа закрепляется в подшипниках скольжения. Подвижность стрелки зависит от состояния смазки. Существенным недостатком известного технического решения является устройство датчика. Данный датчик может использоваться в лаборатории и отличается низкой надежностью в промышленных условиях.
Предлагаемое техническое решение лишено этих недостатков и предназначено для промышленного использования и лабораторных исследований.
Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое позволяет существенно расширить область применения ферритометра в промышленных условиях.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и достоверности автоматического измерения содержания ферритной фазы в образце или пробе.
Для достижения поставленного технического результата предложен прибор контроля фазового состава стали, включающий в себя датчик, который состоит из корпуса, выполненного из немагнитного материала, и вторичный прибор со средством алфавитно-цифровой индикации для отображения выходной информации. В упомянутом корпусе размещены соединенные между собой измерительный трансформатор, состоящий из первичной обмотки возбуждения и вторичной обмотки измерительной, генератор синусоидальных колебаний, датчик-преобразователь тока, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, причем вторичный прибор дополнительно содержит микропроцессорный модуль, связанный с измерительным трансформатором через приемопередатчик вторичного прибора, связанного с приемопередатчиком датчика посредством радиоканала и управляющий амплитудой выходного напряжения генератора синусоидальных колебаний.
Предпочтительно, вторичный прибор дополнительно содержит клавиатуру.
Предпочтительно, вторичный прибор расположен в отдельном корпусе. Настоящее изобретение поясняется фигурами.
На фиг. 1 показаны блок-схемы датчика (Д) и вторичного прибора (ВП).
На фиг. 2 показан металлический кокиль для заливки ферромагнитной пробы.
Прибор контроля фазового состава стали, согласно изобретению, содержит датчик «Д» и вторичный прибор «ВП» (см. фиг. 1).
Датчик «Д» состоит из корпуса, выполненного из немагнитного материала, в котором расположен измерительный трансформатор 1 и источник стабилизированного напряжения на ±60 В и 12 В. Источник стабилизированного напряжения включает в себя силовой понижающий трансформатор «ТП» для получения выходных напряжений на 60 В и 12 В от сети 220 В и стабилизатор напряжения «СН» с выходными напряжениями на ±60 В и 12 В. Измерительный трансформатор 1 состоит из первичной обмотки возбуждения «ОВ» и вторичной обмотки измерительной «ОИ», проникающего в образец переменного однородного магнитного поля и измерительной катушки, которая определяет изменение магнитного поля при введении в него стальной пробы или калибровочного образца. В нижней части корпуса под измерительным трансформатором размещены соединенные между собой генератор 2 синусоидальных колебаний, датчик-преобразователь 3 тока, аналого-цифровой преобразователь 4, обрабатывающий данные, измеренные датчиком тока, и управляющий цифроаналоговый преобразователь 5, электронные модули (не показаны) и приемопередатчик 6 для связи датчика-преобразователя 3 тока со вторичным прибором «ВП» по радиоканалу.
Вторичный прибор «ВП» предпочтительно располагается в отдельном переносном корпусе и состоит из микропроцессорного модуля 7 обработки измерительной информации, полученной от датчика «Д» и клавиатуры 8 (при необходимости), цифрового индикатора 9 для вывода информации о содержании ферритной фазы и приемопередатчика 10 для радиосвязи с датчиком «Д». Вторичный прибор фиксирует изменение тока индукции при введении стального образца по радиоканалу с помощью приемопередатчика и производит обработку измеренных данных. Питание вторичного прибора током напряжения 12 В может осуществляться как от сетевого источника питания так и от аккумулятора 11.
Прибор контроля фазового состава стали работает следующим образом. Силовой понижающий трансформатор «ТП» питает через стабилизатор напряжения «СН» генератор 2 синусоидальных колебаний, который подает ток переменного напряжения ±60 В на первичную обмотку «ОВ» измерительного трансформатора 1. Со стабилизатора «СН» напряжения на модули датчика (не показаны) подается напряжение питания 12 В. Переменное напряжение с помощью микропроцессорного модуля 7 через радиоканал и цифроаналоговый преобразователь (5) подстраивается таким образом, чтобы в первичной обмотке «ОВ» измерительного трансформатора 1 первоначально протекал стабилизированный переменный ток 1 А. При этом на средстве индикации, алфавитно-цифровом дисплее 9 должна высвечиваться цифра 0% ферритной составляющей. При установке в измерительную ячейку измерительного трансформатора (1) калибровочного образца или стальной пробы «СП», полученной из кокиля (конструкция кокиля показана на фиг. 2), ток в первичной обмотке «ОВ» изменяется на величину, пропорциональную объемной массе ферритной составляющей в калибровочном образце или стальной пробе. При этом соответственно изменится и ток во вторичной измерительной обмотке «ОИ», т.к. изменится величина взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками измерительного трансформатора. Изменение тока будет снято датчиком-преобразователем 3 тока, с помощью аналого-цифрового преобразователя будет преобразовано в цифровой вид и через радиоканал передано в микропроцессорный модуль 7, где автоматически выработается управляющий сигнал, который через радиоканал будет передан на цифроаналоговый преобразователь 5 датчика, который вызовет изменение коэффициента усиления генератора синусоидальный колебаний 2 и ток в первичной обмотке «ОВ» выровняется до начального значения 1 А по изменению значения коэффициента усиления, которое будет передано через датчик-преобразователь 3 тока, аналого-цифровой преобразователь 4, радиоканал в микропроцессорный модуль 7 для обработки с помощью программного обеспечения и выработки управляющего сигнала.
Измерение производится следующим образом. Из печи в ходе плавки зачерпывается жидкий металл и заливается в специальный металлический кокиль (см. фиг. 2).
Затвердевшая литая проба с прибылью через 15-20 с после заливки выбивается из кокиля, охлаждается и помещается в отверстие для проб измерительного трансформатора датчика «Д» (феррозонда). Нажатием кнопки «Enter» на клавиатуре 8 вторичного прибора «ВП» через радиоканал, цифроаналоговый преобразователь 5 автоматически устанавливается ток возбуждения в первичной обмотке трансформатора 1 А. Прочитать показания на алфавитно-цифровом индикаторе «Содержание ферритной фазы». В зависимости от показаний «Содержание ферритной фазы» в расплав добавляют шихтовые материалы, изменяющие химический состав плавки. Путем повторного отбора проб доводят фазовый состав до значений, указанных в технических условиях на данную марку стали. Для каждой марки стали требуемые пределы значений показаний прибора и технология доводки фазового состава стали до этих значений содержится в технических условиях на сталь и в технологической инструкции на ее выплавку. Количество ферритной фазы в объеме образца или пробы определяется с погрешностью ±6%.