Спосіб вимірювання довжини протяжного металевого виробу та пристрій для його здійснення

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для бесконтактного измерения длины различных протяженных металлических изделий, в частности, они могут быть применимы для измерения длины изделий мелкого сортамента, например, мелкосортного проката и труб малых диаметров на металлургических и машиностроительных предприятиях. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым техническим решениям относятся радиоволновые способ измерения и устройство, принятые в качестве прототипов [1], [2]. Способ-прототип заключается в расположении контролируемого металлического изделия (трубы, прутка и др.) изолированно над заземленной плоскостью и возбуждении в совокупности проводников - изделия и данной плоскости - электромагнитных колебаний как в отрезке длинной линии. Измеряя колебательные характеристики отрезка линии, в частности, его резонансную (собственную) частоту электромагнитных колебаний, можно по ее величине судить о длине изделия. Устройство-прототип содержит заземленный металлический экран, над которым на изоляторах расположены контролируемое изделие (труба), генератор электромагнитных колебаний, элемент связи и блок обработки принимаемых сигналов. Недостатками этих способа и устройства являются их невысокие точность и быстродействие, обусловленные использованием в качестве информативного параметра резонансной частоты электромагнитных колебаний отрезка длинной линии. Невысокая точность вызвана неточностью определения значений резонансной частоты, так как указанный отрезок линии является реально низкодобротным резонатором. Быстродействие мало из-за необходимости применения нескольких резонансных масштабных датчиков и их опроса; это необходимо для контроля изделий, длина которых изменяется в широких пределах, например 1,5 - 9м (как при контроле труб мелкого сортамента). Оно мало также из-за используемой здесь, при резонансных измерениях, девиации частоты. В основу изобретения поставлена задача в способе измерения длины протяженного металлического изделия путем изменения вида возбуждаемых электрических сигналов и их параметров обеспечить повышение точности и быстродействия измерений. В основу изобретения поставлена также задача в устройстве для измерения длины протяженного металлического изделия путем изменения конструкции элементов и связей между ними обеспечить повышение точности и быстродействия измерений. Поставленная задача в предлагаемом способе измерения длины протяженного металлического изделия при котором изделие располагают изолированно вблизи металлического экрана параллельно ему, возбуждают электромагнитные сигналы в совокупности данных проводников как в длинной линии и измеряют характеристики распространения этих сигналов, по которым судят о длине изделия, достигается тем, что в качестве возбуждаемых электромагнитных сигналов используют последовательность импульсных сигналов, период их повторения задают соответствующим удвоенному значению времени распространения этих сигналов вдоль отрезка длинной линии между его торцами и по значению этого периода определяют длину изделия. Поставленная задача в предлагаемом устройстве для измерения длины протяженного металлического изделия, содержащем заземленный металлический экран, генератор электромагнитных сигналов, элемент связи и блок обработки сигналов, соединенный с одним из входов регистратора, достигается тем, что элемент связи выполнен в виде отдельных элемента возбуждения и элемента приема сигналов, генератор-импульсным, элемент возбуждения соединен с выходом генератора, вход которого соединен с элементом приема и входом блока обработки сигналов, а к другому входу регистратора подсоединен блок поправок на диаметр. Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности признаков являются: использование последовательности импульсных сигналов в качестве возбуждаемых электромагнитных сигналов; соответствие периода повторения импульсов в их последовательности удвоенному значению времени распространения сигналов между торцами изделия; - определение длины изделия по значению измеряемого периода повторения импульсных сигналов; отдельное выполнение элементов возбуждения и приема сигналов; выполнение генератора сигналов импульсным; - соединение элемента возбуждения с выходом генератора, соединение его входа с элементом приема и входом блока обработки сигналов. Отличительные признаки заявленных способа и устройства в совокупности с доотличительными обеспечивают повышение точности и быстродействия измерения. Это достигается тем, что способ предусматривает, а устройство конструктивно обеспечивает использование в качестве информационного параметра точно определяемый период повторения импульсных сигналов, характеризуемый быстродействием выдачи информации. Предлагаемые технические решения поясняются чертежами. На фиг.1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - конструкция элементов связи; на фиг.3 - сечение А - А на фиг.2. Обозначено: 1 - контролируемое изделие, 2 металлический экран, 3 -диэлектрические опоры, 4 - элемент возбуждения сигналов, 5 - элемент приема сигналов, 6 -импульсный генератор, 7 блок обработки, 8 - блок поправок на диаметр, 9 регистратор. Элемент возбуждения сигналов 4 подсоединен к выходу импульсного генератора 6, ко входу которого подключен элемент приема сигналов 5. Импульсный генератор 6 и блок обработки 7 последовательно соединены, выход блока обработки 7 подсоединен к одному из входов регистратора 9, ко второму входу подключен блок поправок на диаметр 8. Изделие 1, длина которого подлежит измерению, располагают над заземленным металлическим экраном 2 изолированно от него. Для этого могут быть использованы или дискретно расположенные диэлектрические опоры 3, или сплошное диэлектрическое покрытие на экране 2 на измерительном участке (столе). В свою очередь, экран 2 может представлять собой металлическую плоскость или, как в устройстве-прототипе, полый цилиндре продольной щелью. Вблизи одного из торцов изделия 1 между ним и экраном 2 размещают элемент возбуждения 4 и элемент приема 5 сигналов. Элемент возбуждения 4 подсоединен к выходу импульсного генератора 6, вход которого соединен с элементом приема сигналов 5. Ко входу импульсного генератора подсоединен блок обработки сигналов 7, к выходу которого подключен одним из входов регистратор 9, другой вход которого соединен с блоком поправок на диаметр 8. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При возбуждении импульсных сигналов в отрезке длинной линии, образованной контролируемым изделием 1 и металлическим экраном 2, имеет место распространение этих сигналов вдоль отрезка линии. Достигая один из торцов изделия, импульс отражается от конца отрезка линии и распространяется в противоположном направлении. Коэффициент отражения (в отсутствие потерь) равен здесь единице. Время t распространения импульсного сигнала вдоль отрезка линии является функцией его длины, т.е. длины l контролируемого изделия: t = l/c, где c - скорость распространения электромагнитного сигнала. В воздушной линии c = 3 ´ 108м/с - скорость света; при наличии диэлектрических включений (опор, покрытия) в линии скорость сигнала на соответствующих участках траектории распространения снижается. Измеряя время t, можно судить о длине изделия. На практике целесообразно использовать в качестве информативного параметра регистрируемый период последовательности импульсов. Импульсный сигнал, который возбуждают в отрезке линии, циркулирует вдоль него, последовательно отражаясь от торцов отрезка линии. Амплитуда сигнала при этом уменьшается вследствие наличия омических потерь в линии. Если же сигналы в линии возбуждать периодически через интервалы времени t3 = 2kt, где k = 1, 2, 3 ... = const, то фактически в линии будут циркулировать сигналы, имеющие амплитуду, достаточн ую для регистрации. Период T повторения этих сигналов пропорционален длине линии, т.е. длине контролируемого изделия: T = t3 = 2kl/c. Оценим значение T. При контроле труб мелкого сортамента (диаметром 6 - 18мм) обычно l = 1,5 9м. Тогда значение T находится в пределах (1 - 6) ´ 108с. Обеспечение выполнения условия T = t реально осуществлять при рециркуляции импульсов, т.е. использовании отраженных (дважды) импульсов в качестве запускающих, что и осуществляют в предлагаемых технических решениях. Реально время t распространения сигналов в линии зависит как от длины l, так и от диаметра D трубы. Поэтому длину трубы следует определять согласно соотношению: l = aT + b(D), где a = c/2k = const. На практике это производят эмпирически, вводят поправочные коэффициенты в результаты измерений, когда требуется проведение измерений с повышенной точностью. При контроле движущи хся изделий (труб, прутков и др.) не обязательна строгая продольная фиксация трубы относительно элементов возбуждения и приема сигналов. Достаточно нахождение этих элементов в пространстве между изделием и экраном на измерительном участке. Для обеспечениярециркуляции импульсных сигналов в отрезке длинной линии, измерения периода повторения импульсов, служащего в предлагаемом способе информативным параметром, предназначено устройство для реализации данного способа (фиг.1). Устройство работает следующим образом. В отрезке длинной линии (фиг.1), образованной проводниками 1 и 2, с помощью генератора б возбуждают импульсные сигналы. Для возбуждения этих сигналов служит элемент возбуждения 4, а для приема сигналов после их распространения в линии - элемент приема 5. Элемент возбуждения 4 и элемент приема 5 сигналов могут быть реализованы, например, в виде металлической пластины, образующей с контролируемой трубой электрическую емкость. Для эффективной работы элементы связи следует размещать у концов разомкнутой длинной линии (т.е. торцов тр убы). Регулировка связи производится путем перемещения элементов связи. Импульс, вырабатываемый генератором 6, после его распространения в линии и последовательного отражения от его торцов поступает на вход генератора 6 и вновь запускает его. Генератор 6 производит таким образом последовательность импульсных сигналов, период T следования которых определяется удвоенным значением времени распространения импульса вдоль отрезка линии между его торцами. Следовательно, здесь реализуется режим рециркуляции импульсных сигналов в измерительной схеме. С выхода генератора 6 последовательность импульсных сигналов поступает на вход блока обработки 7, где по величине периода T повторения сигналов определяют длину l контролируемого изделия, которая фиксируется регистратором 9. Для коррекции результатов измерений длины с уче том диаметра изделия в блоке поправок на диаметр 8 вырабатываются сигналы в виде последовательности импульсов, число которых соответствует диаметру. Эти сигналы поступают на регистратор 9. Конструкция элемента связи изображена на фиг.2. У края экрана 2 установлена диэлектрическая плита 10 (например, из фторопласта). На ней закреплена полоса 11 из фольгированного стеклотекстолита фольгой вовнутрь, на которой способом электрохимического травления образованы элемент приема 4 и элемент возбуждения 5 (см. фиг.3). Электрические токоподводы к ним проходят через отверстия в заземленном экране 2. Таким образом, предлагаемые способы и устройство позволяют, используя в качестве информативного параметра весьма точно определяемый период повторения импульсных сигналов, производить измерение длины изделий с высокой точностью и быстродействием. Это особенно важно при технологическом и сдаточном контроле параметров изделий на действующи х установках производства труб, проката и других изделий. Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР №442361 (прототип). 2. Авторское свидетельство СССР №962764 (прототип).