ВИХРЕТОКОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СЛАБОПРОВОДЯЩИХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД

Полезная модель относится к электромагнитным бесконтактным устройствам для определения размеров, счетной концентрации и материала электропроводящих частиц в непроводящих и слабопроводящих жидкостях и может быть использована для контроля загрязнений рабочих жидкостей гидросистем, смазочных масел, охлаждающих жидкостей металлическими продуктами износа.
Известно устройство для идентификации электропроводящих частиц в жидкости, содержащее вращающуюся цилиндрическую кювету, датчик и счетчик числа оборотов кюветы, схему управления, схему формирования стробирующего импульса, два ключа, две схемы запоминания, регистрирующую схему и осциллографический индикатор (А.С.№1068778, МПК G 01 N 15/00, опубликовано 22.09.1983).
Недостатком известного устройства является большая погрешность при измерении, обусловленная смещением частиц в канавках кюветы при ее вращении.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является вихретоковое устройство для контроля металлических частиц в слабопроводящих средах. Устройство содержит последовательно соединенные генератор высокочастотного сигнала, усилитель мощности, многокатушечный вихретоковый преобразователь, блок выделения и преобразования квадратурных составляющих, блок аналого-цифрового преобразования и блок обработки информации (патент на полезную модель №124396, МПК G01N 27/90, опубликовано 20.01.2013).
Однако известное устройство обладает недостатком, заключающимся в ограниченной возможности значительного повышения точности измерения параметров электропроводящих частиц за счет увеличения числа датчиков, т.к. задача изготовления множества идентичных по своим параметрам ВТП представляет собой отдельную технологическую проблему. Кроме того, чувствительность вихретоковых датчиков зависит от координаты прохождения частицы относительно измерительных обмоток и возбуждающей обмотки датчика вследствие неоднородности магнитного поля возбуждающей обмотки, и при больших диаметрах возбуждающей обмотки возникает дополнительная погрешность за счет увеличения неоднородности магнитного поля обмотки.
Цель полезной модели - повышение точности определения параметров частиц.
Поставленная цель достигается тем, что в вихретоковый анализатор гранулометрического состава слабопроводящих дисперсных сред, содержащий последовательно соединенные высокочастотный генератор гармонического сигнала, усилитель мощности, согласно полезной модели, вводится измерительная кювета с вмонтированной в днище возбуждающей обмоткой, соединенной с генератором гармонического сигнала, двухкоординатная система позиционирования пары измерительных обмоток, состоящая из двух шаговых двигателей, управляемая блоком обработки информации, измерительные обмотки соединены между собой встречно, выходы измерительных обмоток через усилитель соединены со входом блока выделения и преобразования квадратурных составляющих сигналов с ВТП, выход которого подключен ко входу блока аналого-цифрового преобразования, соединенного с блоком обработки информации, к которому подключено индикаторное устройство.
Устройство поясняется чертежом.
Устройство содержит высокочастотный генератор гармонического сигнала 1, усилитель мощности 2, измерительную кювету 3 с возбуждающей обмоткой 4, вмонтированной в днище кюветы, измерительные обмотки ВТП 5, двухкоординатную систему позиционирования, состоящую из двух шаговых двигателей 6.1 и 6.2, усилитель сигнала с измерительных обмоток ВТП 7, блок выделения и преобразования квадратурных составляющих вихретоковых преобразователей 8, блок аналого-цифрового преобразования 9, блок обработки информации 10, индикаторное устройство 11.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемая проба жидкости с частицами износа заливается в измерительную кювету 3. После этого подается питание на установку. При этом генерируемое возбуждающей обмоткой 4 ВТП электромагнитное поле взаимодействует с металлическими частицами износа, что приводит к появлению вторичного электромагнитного поля, измененного по амплитуде и фазе по отношению к первичному электромагнитному полю. Величина ЭДС, наводимая вторичным электромагнитным полем в измерительных обмотках 5 ВТП зависит от параметров ВТП и контролируемой среды. Так как форма возбуждающей обмотки 4 ВТП спиралевидная, то формируемое ей электромагнитное поле неоднородно, однако неоднородность поля легко компенсируется на этапе юстировки измерительной системы при измерении параметров жидкости, не содержащей частиц износа. Блок обработки информации управляет двухкоординатной системой позиционирования, формируя управляющие сигналы на шаговые двигатели 6.1 и 6.2 таким образом, что обеспечивается многократный проход измерительных обмоток ВТП над поверхностью кюветы по одной и той же траектории. Это позволяет провести когерентное накопление сигнала от частиц износа, при этом количество накапливаемых импульсов ограничено лишь временем проведения анализа.
Высокочастотный сигнал с выходов измерительных обмоток 5 ВТП поступает на вход усилителя 7. Выход усилителя подключен к первому входу блока выделения и формирования квадратурных составляющих 8, на второй вход которого подается сигнал с усилителя мощности 2. На выходе блока 8 формируются квадратурные сигналы I(t), Q(t), содержащие полную информацию о комплексной огибающей сигнала с измерительных обмоток 5 ВТП. При этом амплитуду комплексной огибающей можно найти по формуле , а мгновенную фазу по формуле . Квадратурные составляющие I(t), Q(t) поступают на входы блока аналого-цифрового преобразования, на выходе которого формируется соответствующий цифровой сигнал, поступающие в блок обработки информации 10. В блоке обработки информации 10 осуществляется когерентное усреднение сигналов квадратурных составляющих, после чего выделяется информация о типе материала частицы износа по признаку магнитный/немагнитный на основании мгновенной фазы сигнала с пары измерительных обмоток 5 ВТП, о размерах частицы износа на основании амплитуды сигнала с измерительных обмоток 5 ВТП. Выход блока обработки информации 10 соединен со входом индикаторного устройства 11, на котором отображается информация о дисперсном составе анализируемой пробы жидкости.
coh
При этом коэффициент улучшения отношения сигнал/шум γ в процессе когерентного усреднения во временной области может быть вычислен по формуле , где N - количество проходов измерительных обмоток ВТП над кюветой.
Повышение разрешающей способности достигается за счет когерентного накопления и усреднения сигналов от одной и той же частицы износа, достигаемого за счет многократного прохода измерительных обмоток ВТП над поверхностью измерительной кюветы, содержащей жидкость с частицами износа. При этом удается при сохранении мощности полезного сигнала уменьшить дисперсию шума и повысить отношение сигнал/шум.