×
26.08.2017
217.015.e31f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПРОВОДА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002626063
Дата охранного документа
21.07.2017
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диаметра провода как готового изделия, так и при его производстве. Предлагаемое устройство для бесконтактного измерения диаметра провода содержит размещаемую снаружи провода коаксиально с ним металлическую трубу, выполненную из трех участков, первый и второй из которых имеют одинаковый внутренний диаметр, а третий участок, расположенный между ними на измерительном участке провода, имеет меньший внутренний диаметр. На третьем участке возбуждены электромагнитные колебания как в открытом с торцов объемном резонаторе. В состав устройства также входит электронный блок для возбуждения в объемном резонаторе и съема электромагнитных колебаний и измерения резонансной частоты электромагнитных колебаний, электрически соединенный посредством линии связи и элемента связи с объемным резонатором. Частота возбуждаемых электромагнитных колебаний выбрана меньшей, чем критическая частота возбуждения электромагнитных волн на участках провода с участками металлической трубы с одинаковым внутренним диаметром. Предложенное изобретение позволяет расширить функциональные возможности процесса измерения толщины провода. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диаметра провода как готового изделия, так и при его производстве. Оно может быть применено также при бесконтактном измерении диаметра провода одновременно в нескольких его сечениях.

Известны рефлектометрический способ измерения диаметра протяженных металлических изделий и реализующее его устройство (монография: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука 1978. 280 с. С. 248-249). Данные технические решения обеспечивают достаточно высокую точность измерения диаметра в пределах его измерения 0÷4 мм. При более высоких значениях изменения диаметра погрешность его определения значительно увеличивается. Недостатком этих способа и устройства является ограниченная область применения, обусловленная небольшим диапазоном измерения.

Известно также устройство для измерения диаметра провода с применением открытого СВЧ-резонатора в виде совокупности двух металлических отражающих зеркал, соосных с осью поворота (SU 873155, 15.10.1981). Контролируемый провод пересекает ось резонатора под прямым углом. Измерение диаметра провода основано на измерении угла поворота резонатора, обеспечивающего фиксированное значение вносимых в резонатор контролируемым проводом потерь (сдвига резонансных частот). Измеритель угла поворота, связанный с механизмом поворота резонатора и откалиброванный в значениях диаметра, определяет среднее значение диаметра. Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные сложностью его реализации и ненадежностью конструкции, воззванное наличием подвижных элементов конструкции.

Известно также техническое решение (монография: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М: Энергоатомиздат. 1989. 208 с. С. 61-62), которое содержит описание устройства, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству и принятого в качестве прототипа. Это устройство-прототип содержит цилиндрический объемный резонатор в виде полости металлической трубы и торцевых металлических плоскостей. Через малые сквозные отверстия в металлических торцевых плоскостях полости проходит контролируемый провод, располагаемый вдоль оси данного резонатора. В этом объемном резонаторе возбуждены электромагнитные колебания типа E010 или типа E110. Измеряя резонансную частоту электромагнитных колебаний данного резонатора, определяют диаметр провода. Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, позволяя контролировать провода с малыми значениями диаметров; в ином случае необходимо выполнять большие сквозные отверстия в торцевых плоскостях резонаторов, что приводит к недопустимому снижению добротности резонаторов из-за потерь электромагнитной энергии вследствие излучения электромагнитных волн через указанные отверстия.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для бесконтактного измерения диаметра провода, содержащее размещаемую снаружи провода коаксиально с ним металлическую трубу, выполненную из трех участков, первый и второй из которых имеют одинаковый внутренний диаметр, а третий участок, расположенный между ними на измерительном участке провода, имеет отличный от них внутренний диаметр, при этом на этом участке возбуждены электромагнитные колебания как в открытом с торцов объемном резонаторе, электронный блок для возбуждения в объемном резонаторе и съема электромагнитных колебаний и измерения резонансной частоты электромагнитных колебаний, электрически соединенный посредством линии связи и элемента связи с объемным резонатором, при этом частота возбуждаемых электромагнитных колебаний выбрана меньшей, чем критическая частота возбуждения электромагнитных волн на участках провода с участками металлической трубы с одинаковым внутренним диаметром, при этом на третьем участке металлическая труба имеет внутренний диаметр, уменьшенный по сравнению с внутренним диаметром металлической трубы на первом и втором участках.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где схематично показана схема устройства для измерения диаметра провода.

Здесь введены обозначения: объемный резонатор 1, запредельный волновод 2, провод 3, металлическая труба 4, линия связи 5, элемент связи 6, электронный блок 7.

Устройство работает следующим образом.

На измерительном участке контролируемого провода - там, где следует измерить его диаметр - образуют колебательную систему - объемный резонатор при соосном по отношению к проводу расположении отрезка металлической трубы снаружи провода. Возбуждение в пределах измерительного участка электромагнитных колебаний - стоячих электромагнитных волн - возможно осуществить, если создать на его границах такие условия, при которых эти границы будут отражать электромагнитные волны, падающие на них из полости, ограниченной проводом и внутренней поверхностью трубы на данном измерительном участке. Для создания таких граничных условий предлагается организовать вне измерительного участка провода с обеих его сторон запредельный режим распространения для электромагнитных колебаний, возбуждаемых на измерительном участке. При этом данный измерительный участок становится объемным резонатором, электромагнитные колебания в котором существуют в соответствии с возбужденным типом колебаний.

Физически обеспечить режим существования электромагнитных колебаний в пределах измерительного участка провода и режим нераспространения (т.е. запредельный режим) вне него можно путем расположений снаружи провода соосно по отношению к нему отрезка металлической трубы, при отличии диаметров которой в пределах измерительного участка провода и вне него возможен запредельный режим вне этого участка. При этом провод и металлическая труба образуют коаксиальную линию. Если на измерительном участке - объемном резонаторе коаксиального типа - возбуждены колебания в некотором диапазоне частот , соответствующем изменению диаметра провода в измеряемом диапазоне, то необходимо, чтобы геометрические параметры запредельных волноводов на этих частотах были такими, при которых критическая частота их возбуждения была выше максимальной частоты диапазона изменения частоты резонатора. Тогда излучение электромагнитных волн за пределы измерительного участка провода будет отсутствовать, а в полости данного объемного резонатора будут существовать высокодобротные колебания.

Высший тип волны в коаксиальной линии, характеризующийся наибольшей критической длиной волны λкр, есть H11, начиная с длин волн , где R1 и R2 - радиусы, соответственно, внутреннего и внешнего проводников линии. Затем следует тип поля E01, начиная с и т.д. Собственная (резонансная) частота такого резонатора близка к собственной частоте закрытого коаксиального резонатора и может быть оценена по формуле (монография: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат. 1989. 208 с. С. 71-72):

где - длина резонатора; p=0, 1, 2, …; c - скорость света.

В предлагаемом устройстве, работающем на колебаниях типа Hmnp (m=0, 1, 2, …; n=2, 3, …; p=1, 2, …) объемного резонатора, среди которых низший тип есть H021, или типа Emnp (m=0, 1, 2, …; n=1, 2, …; p=1, 2, …), среди которых низший тип есть E011, металлическая труба на измерительном участке - открытом объемном резонаторе - должна иметь внутренний диаметр, уменьшенный по сравнению с внутренним диаметром металлической трубы на первом и втором участках. При этом условий для возбуждения в объемном резонаторе колебаний типов Hmlp (m=1, 2, 3…; p=1, 2, 3, …), в частности низшего из них типа H111, не имеется.

Конструктивные особенности предлагаемого устройства. Колебания типов Hmnp (m=0, 1, 2, …; n=2, 3, …; p=1, 2, …), для которых критическая длина волны есть (монография: Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. М.: Атомиздат. 464 с. С. 45-46)

и колебания типов Emnp (m=0, 1, 2, …; n=1, 2, …; p=1, 2, …), для которых критическая длина волны есть

В этом случае должно быть R2<R, (фиг. 1), т.е. внутренний диаметр трубы в резонаторе должен быть меньше ее диаметра на запредельных участках с обеих сторон резонатора. Покажем это.

Общим для рассматриваемых здесь волн и колебаний H- и E-типов является, как видно из формул (2) и (3), зависимость (пропорциональность) λкр от разности радиусов R2 и R1.

В данном случае условие принимает следующий вид:

для колебаний типа Hmnp в резонаторе;

для колебаний типа Emnp в резонаторе.

Эти неравенства имеют сходный характер (отличаются только коэффициентами: (n-1) в первом случае и n во втором случае), поэтому достаточно продолжить рассмотрение лишь одного из этих неравенств, например, (4). Из (4) после преобразований получим

Отсюда видно, что, поскольку второй член (дробь) произведения в правой части данного неравенства меньше единицы, то должно быть R2<R, что и требовалось доказать.

Следовательно, в предлагаемом устройстве, работающем на колебаниях типа Hmnp (m=0, 1, 2, …; n=2, 3, …; p=1, 2, …) объемного резонатора, среди которых низший тип есть H021, или типа Emnp (m=0, 1, 2, …; n=1, 2, …; p=1, 2, …), среди которых низший тип есть E011, металлическая труба на измерительном участке - открытом объемном резонаторе - должна иметь уменьшенный внутренний диаметр.

Устройство на фиг. 1 содержит резонаторный датчик в виде объемного резонатора 1 коаксиального типа с торцевыми участками - запредельными волноводами 2, контролируемый провод 3, металлическую трубу 4, линию связи 5, элемент связи 6, электронный блок 7.

В резонаторном датчике, представляющем собой объемный резонатор 1 открытого типа в виде отрезка коаксиальной линии с сопряженными с ним на его обоих торцах отрезками коаксиальных запредельных волноводов 2, возбуждают электромагнитные колебания. Для образования данного коаксиального резонатора снаружи контролируемого провода 3 соосно с ним располагают металлическую трубу 4. Возбуждение и съем колебаний в резонаторе, а также измерение собственной (резонансной) частоты колебаний, изменяющейся при изменении диаметра контролируемого провода, и ее преобразование в выходной сигнал осуществляют через линию связи 5 и элемент связи 6 (металлический штырь, петля связи), подсоединенный к объемному резонатору 1, с помощью электронного блока 7. Число элементов связи (один или два) определяется применяемой схемой измерения; на данном рисунке показано возбуждение колебаний в резонаторе и их съем с помощью одного металлического штыря.

Металлическую трубу 4 можно изготовить относительно тонкой, увеличив или уменьшив (в зависимости от рабочего типа колебаний) ее внутренний диаметр лишь на участке, на котором организуется объемный резонатор.

Синтез устройства, реализуемого с применением металлической трубы, располагаемой снаружи провода соосно с ним и имеющей на измерительном участке увеличенный внутренний диаметр, состоит в следующей последовательности действий: выбирают, исходя из технологических особенностей конкретной задачи, например, допустимой точности и веса, величину радиуса R2 металлической трубы, а также, исходя, в частности, из необходимой степени локальности измерений, длину этой части трубы; затем рассчитывают на основе формул (2) или (3) диапазон изменения резонансной частоты для возбуждаемых колебаний, соответственно, типа Hmnp (m=0, 1, 2, …; n=2, 3, …; p=1, 2, …) или Emnp (m=0, 1, 2, …; n=1, 2, …; p=1, 2, …). Зная ее максимальную величину , определяют радиус R металлической трубы вне резонатора (и, следовательно, величину скачка R - R2 радиуса этой трубы в граничных сечениях резонатора) таким образом, чтобы удовлетворить условию , где - критическая частота коаксиального волновода с наружным проводником радиуса R; , c - скорость света. Чем лучше удовлетворяют частоты , данному неравенству, тем на более короткой волне запредельных волноводов ослабевает (отражается) по экспоненциальному закону электромагнитная энергия (обычно эта величина составляет несколько сантиметров, что вполне допустимо).

Отметим, что предлагаемое устройство работоспособно именно на одном из колебаний указанных типов в рассматриваемом коаксиальном резонаторе, так как колебания в нем на основном типе TEM характеризуются весьма малой добротностью (торцевые "скачки" радиусов малы для наблюдения резонансных импульсов, которые к тому же не имеют функциональной зависимости от радиуса R2), а условий для возбуждения в объемном резонаторе колебаний типов Hmlp (m=1, 2, 3…; p=1, 2, 3, …), в частности типа H111, не имеется.

Таким образом, данное устройство позволяет производить бесконтактные измерения диаметра провода и других протяженных металлических изделий (стержней, нитей и т.п.) как в одном, так и, при необходимости, одновременно в нескольких их сечениях.

Устройство для бесконтактного измерения диаметра провода, содержащее размещаемую снаружи провода коаксиально с ним металлическую трубу, выполненную из трех участков, первый и второй из которых имеют одинаковый внутренний диаметр, а третий участок, расположенный между ними на измерительном участке провода, имеет отличный от них внутренний диаметр, при этом на этом участке возбуждены электромагнитные колебания как в открытом с торцов объемном резонаторе, электронный блок для возбуждения в объемном резонаторе и съема электромагнитных колебаний и измерения резонансной частоты электромагнитных колебаний, электрически соединенный посредством линии связи и элемента связи с объемным резонатором, при этом частота возбуждаемых электромагнитных колебаний выбрана меньшей, чем критическая частота возбуждения электромагнитных волн на участках провода с участками металлической трубы с одинаковым внутренним диаметром, отличающееся тем, что на третьем участке металлическая труба имеет внутренний диаметр, уменьшенный по сравнению с внутренним диаметром металлической трубы на первом и втором участках.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПРОВОДА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПРОВОДА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 304 items.
27.05.2016
№216.015.42c1

Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода жидких и сыпучих сред в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов и сжиженных газов. Устройство для измерения расхода жидких и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585320
Дата охранного документа: 27.05.2016
10.06.2016
№216.015.4603

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения давления содержит СВЧ чувствительный элемент в виде металлической полости, часть стенки которой выполнена упругой, соединенный с помощью элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний с электронным блоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586388
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.06.2016
№216.015.46ea

Системная сеть передачи сообщений многомерного тора с хордовыми связями

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к построению системных сетей для суперкомпьютеров в виде многомерных торов. Технический результат изобретения заключается в возможности существенного уменьшения времени доставки сообщений за счет сокращения диаметра сети (расстояния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586835
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.08.2016
№216.015.5348

Способ определения малого влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом сосуде

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения малого влагосодержания. Технический результат достигается тем, что в способе определения малого влагосодержания нефтепродукта в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594176
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.53e0

Струйно-оптический триггер с раздельными входами и с постоянной памятью

Устройство относится к области автоматики и может быть использовано для преобразования газоструйного сигнала в оптический, а затем в электрический. Струйно-оптический триггер содержит источник и приемник светового потока, проходящего через щелевой канал. В канале располагается вдоль него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593934
Дата охранного документа: 10.08.2016
13.01.2017
№217.015.655f

Свч-устройство для защиты кровли от наледей и сосулек

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для защиты кровли от наледей и сосулек. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение работоспособности устройства и уменьшение потери СВЧ-мощности при подогреве края кровли с наледями и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592312
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6585

Устройство для извлечения пресной воды из атмосферного воздуха

Устройство для извлечения пресной воды из атмосферного воздуха содержит емкость для сбора влаги, выполненную из легкого материала (полипропилена) в виде поверхности вращения, аэростат, поднимающий емкость. Емкость для сбора влаги выполнена из нескольких последовательно расположенных друг над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592116
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.676e

Струйно-оптический преобразователь

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для преобразования газоструйного сигнала в электрический. Устройство преобразования газоструйного сигнала в оптический содержит источник и приемник светового потока, проходящего через щелевой канал, в котором располагается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591876
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6981

Способ адаптивного автоматического управления газовыми и газоконденсатными скважинами

Изобретение относится к области добычи газа и может быть применено для управления режимами работы газодобывающей скважины. Управление режимами работы газодобывающей скважины формируют на основе адаптивного импульсного регулятора, воздействующего на временной квантователь, в котором происходит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591870
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.73e2

Способ измерения массового расхода жидких сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода жидких сред в трубопроводах. Радиоволну направляют через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока. Отраженную волну смешивают с частью падающей волны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597666
Дата охранного документа: 20.09.2016
Showing 121-130 of 228 items.
27.05.2016
№216.015.42c1

Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода жидких и сыпучих сред в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов и сжиженных газов. Устройство для измерения расхода жидких и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585320
Дата охранного документа: 27.05.2016
10.06.2016
№216.015.4603

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения давления содержит СВЧ чувствительный элемент в виде металлической полости, часть стенки которой выполнена упругой, соединенный с помощью элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний с электронным блоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586388
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.06.2016
№216.015.46ea

Системная сеть передачи сообщений многомерного тора с хордовыми связями

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к построению системных сетей для суперкомпьютеров в виде многомерных торов. Технический результат изобретения заключается в возможности существенного уменьшения времени доставки сообщений за счет сокращения диаметра сети (расстояния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586835
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.08.2016
№216.015.5348

Способ определения малого влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом сосуде

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения малого влагосодержания. Технический результат достигается тем, что в способе определения малого влагосодержания нефтепродукта в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594176
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.53e0

Струйно-оптический триггер с раздельными входами и с постоянной памятью

Устройство относится к области автоматики и может быть использовано для преобразования газоструйного сигнала в оптический, а затем в электрический. Струйно-оптический триггер содержит источник и приемник светового потока, проходящего через щелевой канал. В канале располагается вдоль него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593934
Дата охранного документа: 10.08.2016
13.01.2017
№217.015.655f

Свч-устройство для защиты кровли от наледей и сосулек

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для защиты кровли от наледей и сосулек. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение работоспособности устройства и уменьшение потери СВЧ-мощности при подогреве края кровли с наледями и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592312
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6585

Устройство для извлечения пресной воды из атмосферного воздуха

Устройство для извлечения пресной воды из атмосферного воздуха содержит емкость для сбора влаги, выполненную из легкого материала (полипропилена) в виде поверхности вращения, аэростат, поднимающий емкость. Емкость для сбора влаги выполнена из нескольких последовательно расположенных друг над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592116
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.676e

Струйно-оптический преобразователь

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для преобразования газоструйного сигнала в электрический. Устройство преобразования газоструйного сигнала в оптический содержит источник и приемник светового потока, проходящего через щелевой канал, в котором располагается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591876
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6981

Способ адаптивного автоматического управления газовыми и газоконденсатными скважинами

Изобретение относится к области добычи газа и может быть применено для управления режимами работы газодобывающей скважины. Управление режимами работы газодобывающей скважины формируют на основе адаптивного импульсного регулятора, воздействующего на временной квантователь, в котором происходит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591870
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.73e2

Способ измерения массового расхода жидких сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода жидких сред в трубопроводах. Радиоволну направляют через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока. Отраженную волну смешивают с частью падающей волны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597666
Дата охранного документа: 20.09.2016
+ добавить свой РИД