Датчик струму зварювання

1 Датчик струму зварювання, який містить послідовно включені в зварювальний ланцюг джерело живлення зварювального струму і дуговий проміжок, паралельно якому підключений вимірювальний ланцюг з додатковим джерелом живлення, включеним зустрічно джерелу живлення зва рювального струму, який відрізняється тим, що вимірювальний ланцюг містить послідовно включені струмообмежуючий резистор і реєструючий елемент, причому вимірювальний ланцюг виконаний з можливістю підключення у будь-якому зручному МІСЦІ ланцюга проходження зварювального струму від джерела живлення зварювального струму до проміжку електрод - зварюваний виріб, при цьому додаткове джерело живлення виконане у вигляді малопотужного випрямляча 2 Датчик струму зварювання за п 1, який відрізняється тим, що реєструючий елемент виконаний у вигляді електромагнітного реле 3 Датчик струму зварювання за п 1, який відрізняється тим, що реєструючий елемент виконаний у вигляді оптопари, випромінюючий елемент якої включений у вимірювальний ланцюг у провідному напрямку Винахід належить до зварювальної техніки, зокрема, до пристроїв автоматичного керування процесами дугового зварювання, а саме до датчиків струму зварювання і може бути використаний в машинобудуванні при зварюванні в середовищі захисних газів Як відомо, зварювальні джерела струму характеризуються великим діапазоном робочих струмів зварювання - від одиниць А до декількох сотень А Наприклад, опір дугового проміжку для режиму зварювання ТІГ може бути представлений у вигляді R f l n = , при І д = 0 R f l n= (10+0,04 І д)/І д ,при І д > 0 Таким чином, опір дугового проміжку при наявності дуги дорівнює R f l n = 10,04 Ом, при І д = 1 А, R f l n = 1,04 Ом, при І д = 10А, R f l n = 0,14 Ом, при І д = 100 А Широко ВІДОМІ способи і пристрої для виміру (контролю) струму зварювання, засновані на включенні послідовно в зварювальний ланцюг шунта, падіння напруги з якого подається потім у вимірювальний (контролюючий, фіксуючий) ланцюг, який містить електронні компоненти (див , напри клад, 1 «Способ автоматического управления мощностью электрической сварочной дуги», а с СРСР №1184629, МПК - 4 В 23 К 9/10, БИ-38-85 р , 2 «Устройство для электрод у го вой сварки», а с СРСР №791484, МПК - 3 В 23 К 9/06, БИ-48-80 р ,) Тік, проходячий у зварювальному ланцюзі, безпосередньо виміряється шунтом, падіння напруги на якому підсилюється відомими засобами, наприклад, операційним підсилювачем, на виході якого буде логічна «1» при струмі дуги більше граничного значення струму або логічний «0» при струмі дуги менше граничного значення струму При цьому, через великий динамічний діапазон зварювальних струмів - від одиниць А до декількох сотень А, падіння напруги на шунті також має великий діапазон, що потребує установки додаткових електронних компонентів, які значно ускладнюють схему і зменшує надійність її роботи Крім того, варто враховувати, що джерело зварювального струму при зварюванні неплавким електродом у середовищі захисних газів включає послідовно включені блоки джерело типу ВД-306 ДК, блок керування зварювальним процесом типу БУСП-ТІГ, осцилятор типу ВСД-02, які при своїй роботі вносять додаткові імпульсні перешкоди в (О ю о (О 60576 зварювальний ланцюг у вигляді високовольтних і ланцюг високочастотних імпульсів напруги Задачею винаходу є створення датчика зваУсе це накладає додаткові вимоги до схемотерювального струму з досягненням технічного рехніки датчиків струму, вимірювальний ланцюг яких зультату - спрощення пристрою і підвищення навиконаний із шунтом, включеним послідовно в дійності його роботи ланцюг зварювального струму Поставлена задача виконується тим, що в «Датчику струму зварювання», який містить посліПри цьому потрібно враховувати великий рідовно включені в зварювальний ланцюг джерело вень високочастотних і високовольтних перешкод, живлення зварювального струму і дуговий промівеликий діапазон зварювальних струмів і необхіджок, паралельно якому підключений вимірювальність гальванічної розв'язки силового і вимірюваний ланцюг з додатковим джерелом живлення, льного ланцюгів включеним зустрічне джерелу живлення зварюваВідомо «Устройство для измерения времени льного струму, вимірювальний ланцюг містить горения дуги на контактах» (А с СРСР №1074676, послідовно включені струмообмежуючии резистор МПКЗ В23К9/10, БИ-7-84 р), який містить два граі реєстрючий елемент, причому вимірювальний ничних елементи, своїми входами зв'язаними з ланцюг конструктивно може бути підключений в контактами, і вимірник тривалості імпульсів, при будь-якім зручному МІСЦІ ланцюга проходження цьому він додатково споряджений формувачем зварювального струму від джерела живлення зваімпульсу і RS-тригером, причому S-вхід тригера рювального струму до проміжку електрод - зварюзв'язаний з виходом першого граничного елеменваний виріб, при цьому додаткове джерело живта, R-вхід тригера зв'язаний через формувач імпулення виконане у вигляді малопотужного льсу з виходом другого граничного елемента, а випрямляча, крім того, реєструючий елемент випрямий вихід тригера зв'язаний з вимірником триконаний у вигляді електромагнітного реле або у валості імпульсів вигляді оптопари, випромінюючий елемент якої Недоліком відомого пристрою є його складвключений у вимірювальний ланцюг у провідному ність, а, отже, невисока надійність його роботи Ці напрямку причини перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні віСуттєвими ознаками технічного рішення, яке домого пристрою заявляється, співпадаючими з прототипом, є Відомий «Датчик обрывов сварочной дуги по- послідовно включені в зварювальний ланцюг стоянного тока» (А с СРСР №831450, МПК-3 В 23 джерело живлення зварювального струму і дугоК 9/10, БИ-19-81 р), який містить джерело живвий проміжок, лення зварювальної дуги, джерело струму датчи- паралельно дуговому проміжку підключений ка, граничний елемент і діод, при цьому джерело вимірювальний ланцюг, струму датчика і граничний елемент включені по- вимірювальний ланцюг містить додаткове слідовно, утворюючи ланцюг підключений параледжерело живлення, льно, включеному згідно послідовно з джерелом - додаткове джерело живлення включене зуживлення зварювальної дуги стрічне джерелу живлення зварювального струму Недоліком відомого пристрою є його складВІДМІТНИМИ ВІД прототипу суттєвими ознаками ність, а, отже, невисока надійність його роботи Ці технічного рішення, яке заявляється, є причини перешкоджають досягненню зазначеного - вимірювальний ланцюг містить послідовно нижче технічного результату при використанні вівключені струмообмежуючии резистор і реєструюдомого пристрою чий елемент, Найбільш близьким по технічній сутності і ре- вимірювальний ланцюг конструктивно може зультату, який досягається, і обраним як прототип бути підключений в будь-якому зручному МІСЦІ лає «Устройство для измерения шлаковой проводинцюга проходження зварювального струму від мости при дуговой сварке под флюсом» (А с джерела живлення зварювального струму до проСРСР №837657, МПК - 3 В 23 К 9/10, БИ-22-81 р ), міжку електрод - зварюваний виріб, який містить послідовно включені в зварювальний - додаткове джерело живлення виконане у виланцюг джерело живлення і контактор, підключені гляді малопотужного випрямовувача паралельно дуговому проміжку, і зондувальний Окремими суттєвими ознаками технічного ріланцюг з додатковим джерелом живлення, підшення, яке заявляється, співпадаючими з протоключений також паралельно дуговому проміжку, типом, є при цьому в кожний з ланцюгів уведені діоди, а в - реєструючий елемент виконаний у вигляді зварювальний ланцюг уведений додатковий конелектромагнітного реле, тактор, підключений паралельно дуговому проміж- реєструючий елемент виконаний у вигляді ку, через один з ДІОДІВ, при цьому діоди включені оптопари, випромінюючий елемент якої включений зустрічне один одному у вимірювальний ланцюг у провідному напрямку Недоліком прототипу є те, що вимір жужільної Між ВІДМІТНИМИ суттєвими ознаками технічного проводності виконують при виключеній зварюварішення, яке заявляється, і технічним результальній дузі, що не дозволяє виконати задачу, потом, який досягається, існує наступний причинноставлену в даному винаході Ці причини перешконаслідковий зв'язок джають досягненню зазначеного нижче технічного Дійсно, вимірювальний ланцюг технічного рірезультату при використанні прототипу шення, яке заявляється, містить всього три компоненти - струмообмежуючии резистор, реєструюКрім того, термінологію прототипу - зондувачий елемент і додаткове джерело живлення, що льний ланцюг - доцільно замінити в описі технічноспрощує пристрій, який заявляється, у порівнянні з го рішення, яке заявляється, на вимірювальний прототипом, у якого для нормальної роботи зондувального ланцюга необхідна дюдна розв'язка зварювального і зондувального ланцюга, причому діод зварювального ланцюга являє собою набір паралельно з'єднаний між собою вентилів типу ВК200, що забезпечує припущення зварювального струму в прямому напрямку зварювального струму необхідної величини (цитата з прототипу) Наявність всього трьох компонентів вимірювального ланцюга значно підвищує надійність роботи пристрою, який заявляється Крім того, можливість конструктивного підключення вимірювального ланцюга пристрою, який заявляється, у будь-якім зручному МІСЦІ зварювального ланцюга між джерелом живлення зварювального струму і дуговим проміжком також значно підвищує надійність пристрою, який заявляється, тому що знімаються обмеження на підключення вимірювального ланцюга безпосередньо до дугового проміжку, тобто до місця, де умови роботи пристрою були б значно гірше через наявність у цьому МІСЦІ різних шкідливих факторів - таких як, висока температура, бризи розплавленого металу, обмежене вільний простір і ряд інших Тому можливість підключення вимірювального ланцюга до будь-якого місця зварювального ланцюга дозволяє розташувати пристрій, який заявляється, як усередині корпуса джерела живлення, так і в додаткових блоках, які забезпечують зварювальний процес, а невеликі габарити струмообмежуючого резистора, реєструючого елемента і додаткового джерела живлення дозволяють без утруднень убудовувати датчик струмузварювання, який заявляється, не тільки в нові, але й у вже експлуатуємі джерела живлення Варто також враховувати, що варіанти виконання струмообмежуючого резистора, реєструючого елемента і додаткового джерела живлення у вигляді простих, стандартних електронних компонентів - резистора, електромагнітного реле, оптопари, малопотужного джерела живлення - також значно підвищує надійність роботи датчика струмузварювання, який заявляється, в порівнянні з прототипом, де як региструючий елемент використовується осцилограма процесу, що вимагає наявності досить складної апаратури Досягнення зазначеного вище технічного результату можливо тільки при наявності сукупності всіх суттєвих ознак, викладених у формулі винаходу, при відсутності кожного з них технічний результат не може бути досягнутий Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук по патентних і науковотехнічних джерелах інформації, з виявленням джерел, які містять інформацію про аналоги технічного рішення, яке заявляється, дозволяє установити, що заявником не виявлено аналога, що характеризується всією сукупністю ознак, ідентичної всім суттєвим ознакам винаходу, який заявляється Виділення з переліку виявлених аналогів прототипу, як найбільш близького по сукупності суттєвих ознак, дозволяє виявити сукупність-суттєвих стосовно технічного результата, зазначеного заявником, ВІДМІТНИХ ознак у датчику зварювального струму, який заявляється, викладених у формулі 60576 винаходу Тому можна затверджувати, що винахід відповідає умові охораноздатності за критерієм «новизна» Таким чином, можна зробити висновок, що задача, поставлена в даному винаході - створення датчика зварювального струму - вирішена з досягненням технічного результату - спрощення пристрою і підвищення надійності його роботи Винахід ілюстрований кресленнями На фіг 1 зображена принципова структурна схема пристрою, який заявляється, на фіг 2 показана принципова електрична схема вимірювального ланцюга, виконаного у вигляді реле, резистора і додаткового джерела живлення, на фіг 3 - те саме, але вимірювальний ланцюг виконаний у вигляді оптопари, резистора і додаткового джерела живлення, на фіг 4 - показана принципова електрична схема вимірювального ланцюга, виконана у вигляді реле, резистора і додаткового джерела живлення, виконаного у вигляді малопотужного джерела живлення, на фіг 5 - те саме, але реєструючий елемент виконаний у вигляді оптопари Датчик струму зварювання 1 складається з послідовно включених реєструючого елемента 2, струмообмежуючого резистора 3 і додаткового джерела живлення 4 Зварювальне джерело живлення 5 через негативну шину живлення 6 і позитивну шину живлення 7 підключено до зварювального електрода 8 і зварюваного виробу 9, які при зварюванні замикаються через дуговий проміжок 10 Зварювальне джерело 5, показане на фіг 4 і фіг 5, умовно містить силовий зварювальний трансформатор TV, випрямний дюдний міст VDI і згладжуючий дросель L Датчик струму зварювання 1 до зварювального джерела живлення 5 підключений паралельно дуговому проміжку 10 На фіг 1 умовно показані точки А и В підключення датчика зварювального струму 1 до зварювального джерела живлення 5, які у ДІЙСНОСТІ можуть знаходитися в будь-якім МІСЦІ зварювального ланцюга 6 і 7, у т ч їв корпусі зварювального джерела живлення 5 Додаткове джерело живлення 4 включене зустрічне полярності зварювального ланцюга 6 і 7 Реєструючий елемент 2 може бути виконаний у вигляді електромагнітного реле Р (див фіг 2 і фіг 4) або у вигляді оптопари VHS (див фіг 3 і фіг 5), випромінюючий елемент якої - світлодюд включений у вимірювальний ланцюг у провідному напрямку Струмообмежуючий резистор R - 3 - виконаний у вигляді стандартного резистора, номінальний опір і потужність якого обрані в залежності від параметрів вимірювального ланцюга й елементів входячих у нього Додаткове джерело живлення може бути виконане у вигляді окремого малопотужного джерела живлення, підключеного до датчика зварювального струму (див фіг 2 і фіг 3), або убудованого малопотужного джерела живлення, реалізованого, наприклад, на елементах ДІОДІ VD2 і конденсаторі С (див фіг 4 і фіг 5) Датчик зварювального струму працює в такий 60576 спосіб При включенні зварювального джерела струму 5 з'являється напруга на шинах живлення зварювального ланцюга 6 і 7, однак датчик зварювального струму 1 виключений, тому що немає замкнутого ланцюга для проходження струму від плюса додаткового джерела живлення 4 до його мінуса через дуговий проміжок 10 У процесі зварювання між зварювальним електродом 8 і зварюваним виробом 9 виникає провідний дуговий проміжок 10, який замикає шини 6 і 7 зварювального ланцюга зварювального джерела живлення 5 При цьому також замикається через провідний дуговий проміжок 10 ланцюг для проходження струму від плюса додаткового джерела живлення 4 до його мінуса У результаті проходження струму додаткового джерела живлення 4 по вимірювальному ланцюзі через реєструючий елемент 2 і обмежуючий елемент 3, включається реєструючий елемент 2, який видає сигнал протікання зварювального струму в схему керування Варіанти виконання реєструючого елемента 2 у вигляді мініатюрного електромагнітного реле Р або оптопари VHS, а також додаткового джерела живлення у вигляді малопотужного випрямовувача, дозволяє мінімізувати габарити пристрою, який заявляється, і вбудовувати його без проблем у будь-якім необхідному і зручному МІСЦІ як у нових, так і у вже експлуатуємих зварювальних апаратах Приклад конкретного практичного виконання датчика зварювального струму, який заявляється 8 Датчик, який заявляється, 1 встановлений у збуднику зварювальної дуги ВСД-02, який випускається серійно Сімферопольським електромеханічним заводом «СЭЛМА» Реєструючий елемент 2 виконаний у вигляді електромагнітного реле RM96-1011-25-1024 фірми «Relpol», струмообмежуючий резистор R виконаний у вигляді резистора типу МЛТ-2 опором 2,2 кОм, додаткове джерело живлення виконане у вигляді убудованого малопотужного випрямовувача, який складається з випрямного дюдного моста типу 1N4 007, перемінне напруга 56 В на якому подається від додаткової обмотки трансформатора, двох електролітичних конденсаторів типу ДО50-6 ємністю 100 мкф напругою 250 В, підключених до плюса і мінуса дюдного випрямовувача, паралельно конденсаторам підключений розрядний резистор типу МЛТ-0,5 опором 300 кОм При виникненні дуги дуговий проміжок стає провідним і струм від додаткового джерела живлення починає протікати через обмотку електромагнітного реле реєструючого елемента 2 Електромагнітне реле спрацьовує і своїми контактами розриває ланцюг живлення осцилятора, який припиняє роботу і не робить додаткових збурювань на палаючу дугу Якщо дуга гасне, то розривається ланцюг живлення електромагнітного реле реєструючого елемента 2, контакти реле замикаються, включається осцилятор, з'являється висока напруга, яка ІНІЦІЮЄ пробій дугового проміжку і розвиток дуги і тд Фі' г. 2 ФІЇ.З ФІІ.4 60576 Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне 10 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119