Магнитный пояс или пояс Роговского в машинах контактной сварки

 

Магнитный пояс или пояс Роговского используют в качестве датчика в большинстве приборов для измерения сварочного тока, выпускаемых в нашей стране и за рубежом. В отечественной литературе его чаще называют магнитный пояс, а за рубежом — пояс Роговского. Магнитный пояс представляет собой катушку с витками, строго равномерно распределенными по длине какой-нибудь ленты, концы которой скреплены. Лента может быть жесткой или гибкой; В качестве основания для катушки может быть использован тор или другое тело, образующее контур обязательно замкнутой формы. Обычно, в целях простоты изготовления и увеличения срока службы катушка размещается на твердом цилиндрическом теле тора, поэтому в некоторых случаях датчики называют тороидами.

Площадь поперечного сечения ленты или тора также должна быть постоянной на всей длине контура. Датчик при измерениях охватывает проводник, по которому течет измеряемый ток. Принцип действия магнитного пояса и предъявляемые к нему требования основаны на законе полного тока, определяющим, что в среде с однородными магнитными свойствами, например в воздухе, линейный интеграл напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равен электрическому току, охватываемому этим контуром, т.е.

 

,

 

где  — напряженность магнитного поля;  — длина контура;  — ток проводника, в данном случае это сварочный ток.

Для воздуха индукция В, тогда

 

 

Если считать, что площадь витка намотки  (см. рис.) очень маленькая, то можно предположить, что индукция в пределах площади витка постоянна. При таком допущении потокосцепление  с витками катушки на бесконечно малом отрезке контура  равно

 

 

,

 

где  — магнитный поток, пронизывающий один виток катушки;  — составляющая вектора индукции, нормально расположенная к площади витка катушки;  — число витков катушки;  — длина контура катушки;  — площадь витка катушки.

 

 

Рис. Тороид:

а — схема устройства;

б — схема функциональных преобразований для формирования сигнала, пропорционального сварочному току

 

Потокосцепление со всеми витками катушки

 

,

 

Так как э.д.с., наведенная в катушке, равна скорости изменения потокосцепления, то

 

.

 

Формула устанавливает соответствие между числом витков датчика и его геометрическими размерами при заданной величине э.д.с. Очевидно, что с увеличением числа витков в катушке магнитного пояса растет его индуктивность. При низкоомной активной нагрузке датчика выходное напряжение не будет соответствовать скорости изменения измеряемого тока, так как

 

,

 

где ;  — индуктивность катушки датчика;  — ток, потребляемый нагрузкой датчика. Поэтому датчик следует нагружать на большое сопротивление  с тем, чтобы членом равенства  можно было пренебречь, т.е. чтобы индуктивность датчика существенно не влияла на форму выходного сигнала.

Для формирования сигнала, пропорционального сварочному току, выходное напряжение магнитного пояса (тороида) необходимо интегрировать, т. е. выполнить такое преобразование электрического сигнала датчика, которое соответствует функциональному преобразованию— интегрированию.

В простейшем случае для этих целей к датчику подключается  — цепочка (рис. б). Напряжение на конденсаторе является выходным . Выбирают такое большое  (обычно ), чтобы можно было пренебрегать индуктивностью датчика. Для схемы, приведенной на рис. б, справедливы равенства:

 

;

 

;

 

,

откуда

 

;

 

при

 

 

при

 

;

На основании формулы получаем

 

.

 

Для выбора параметров  - цепочки важны два условия , .

Зная закон изменения тока, можно заранее задаться величиной ошибки функционального преобразования и, исходя из этого, выбрать величины  и . Пусть сварочный ток изменяется во времени по синусоидальному закону

 

.

 

Соответственно э.д.с. датчика

 

.

 

Будем считать, что  велико и ток заряда  мал. При этом на интервале времени  выходное напряжение интегрирующей цепочки

 

 

 

с ошибкой, равной

 

.

 

При времени  ошибка будет равна

 

.

 

Будем считать, что отношение ошибки к максимальному сигналу задано и составляет 1 %

 

 

откуда  сек.

Стремясь уменьшить ток, потребляемый от датчика, выбираем величину конденсатора  мкФ,  кОм. Если принять в расчет входное сопротивление осциллографа (1 МОм), то величина резистора R при той же ошибке должна быть увеличена до 2,2 МОм. При малом времени интегрирования 0,01 сек и большой постоянной времени 2/3 сек выходной сигнал  - цепочки весьма мал. Если на вход цепочки подать сигнал 100 В в течение 0,01 сек, то к концу интегрирования выходной сигнал составит 1,5 В.

Величина входного сигнала  - цепочки ограничена требованиями минимальной индуктивности тороида, условиями его электрической прочности и размерами, а также требованиями техники безопасности. Кроме того, при неограниченном возрастании числа витков катушки соизмеримой величиной может стать межвитковая емкость катушки, которую не учитывали, считая величиной меньшего порядка. Практически выходной сигнал интегрирующей  - цепочки бывает достаточным лишь для визуального наблюдения сигнала на экране электронного осциллографа. При записи на магнитоэлектрическом осциллографе подключение малого сопротивления вибратора к конденсатору эквивалентно резкому уменьшению постоянной времени цепи.

Для передачи сигнала прямое усиление сигнала применяется редко. В большинстве случаев «интегрирование» и усиление выполняется одним элементом — решающим усилителем. В связи с тем, что этот элемент входит практически во все измерительные и регулирующие электронные приборы, рассмотрим принцип его действия.

Это интересно

Леса строительные представляют собой временное сооружение, предназначенное для расположения на нем рабочего персонала, вспомогательного оборудования и материалов при выполнении монтажных и строительных работ. Строительные леса могут располагаться как внутри здания, так и снаружи. Современные строительные леса изготавливаются из унифицированных стальных элементов, конструктивно представляющих собой каркасную систему. Название «леса строительные» произошло из-за применявшегося в качестве материала конструкции круглого вчерне обработанного леса. Строительные леса в зависимости от конструкции делятся на несколько типов. Рамные леса имеют небольшой вес и низкую трудоемкость монтажа, однако их невозможно использовать на фасадах со сложной геометрией. Хомутовые леса применяются при выполнении работ на сложных объектах, при этом крепление элементов лесов осуществляется специальными поворотными и неповоротными хомутами. Наименее распространенные штыревые леса, изготавливаемые из трубы и прутков необходимого диаметра. Главное преимущество таких лесов – способность выдерживать большие нагрузки. Клиновые леса отличаются от перечисленных способом крепления элементов – клином. Конструкция таких лесов высокотехнологична и способна выдерживать большие нагрузки (строительная техника, инструменты, материалы, рабочих и др.).