книги из ГПНТБ / Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов

при условии, что

помощью электронной аппаратуры (осциллографов, регистри­ рующих приборов и т. п.), характеризующейся безынерционностью и высокой чувствительностью. В тех случаях, когда усилители этой аппаратуры не пропускают низких частот, сиг­ нал следует подавать прямо на отклоняющие пластины осцил­ лографа. Целесообразно также использовать магнитоэлектриче­ ский осциллограф Н-102 и киносъемочные средства, например скоростную кинокамеру СКС-1м.

Одиночные импульсы тока и напряжения можно контроли­ ровать с помощью осциллографа, путем использования балли­ стического гальванометра и флюксметра, а также некоторых преобразовательных устройств.

При изготовлении сварных соединений бывает необходимо на каждый шов получать паспорт, включающий основные пара­ метры режима сварки и характеризующий его качество. Реги­ стрировать параметры при сварке можно с помощью многока­ нального самопишущего прибора, разработанного ВНИИЭСО. Большими возможностями обладает электрохимическая бумага. Применение ее в устройствах, подобных узлам фототелеграф­ ных аппаратов ФТА-ПМ, позволит не только регистрировать параметры дроцесса, но и получать дефектограммы отдельных участков шва.

В последнее время в связи с необходимостью налаживания контроля и учета машинного времени работы сварщиков и кон­ троля качества ручной дуговой сварки требуется одновремен­ ный контроль тока и напряжения дуги. Впервые разработка не­ обходимых устройств начата в 1965 г. в МВТУ имБаумана [54, 57]. Поскольку это направление работы приобрело уже са­ мостоятельное значение, остановимся на двух примерах.

Схема устройства контроля при сварке с балластным рео­ статом (варианты С-12 и С-12П) показана на рис. 3,а. Напря­ жение на дуге контролирует реле Р1, а силу тока дуги — реле

дуги осуществляется с помощью ламп с холодным катодом типа МТХ-90, а время горения ее фиксируется электроимпульсными счетчиками типа ЭИС [70].

Измерение сопротивлений, индуктивностей и емкостей. При измерении малых сопротивлений в сварочных цепях (до 1 ом) особое внимание приходится обращать на состояние всех кон­ тактов и соединений и использовать проводники достаточно большого сечения, так как на результат измерения влияют кон­ тактные т. э. д. с. и сопротивления проводов. Измерения в об­ ласти больших сопротивлений (более 100 ком) затруднены изза присутствия помех такого рода, как объемные и поверхно­

контролируют только на переменном токе. Сопротивления твер­ дых проводников, наоборот, следует измерять только на посто­ янном токе с целью исключения погрешностей, связанных с влиянием емкости и индуктивности, а также с целью использо­ вания более чувствительных и точных приборов постоянного тока, например, магнитоэлектрической системы. Предпочтитель­ ны двухрамочные приборы (омметры логометры). Так как логометр измеряет отношение токов, то стабильность напряжения питания для него не имеет значения [691

Сопротивление вылета электрода может быть определено по вольт-амперной характеристике короткого замыкания (по паде­ нию напряжения на вылете электрода). Например, для прово­ локи См-08Г2С диаметром 1,2 мм при вылете 10—12 мм сопро­ тивление вылета составляет 0,025 ом. Более точные результаты дают методы измерения, описанные ниже.

Косвенное измерение сопротивлений осуществляется методом амперметра — вольтметра; используют его для средних значе­ ний сопротивлений (от 1 ом до 100 ком). При этом могут быть две схемы включения вольтметра; либо он измеряет падение напряжения на последовательно соединенных контролируемом сопротивлении и амперметре, либо только на контролируемом сопротивлении. В первом случае

Отсюда видно, что в обоих случаях имеется методическая погрешность измерения. В первом случае она равна сопротив-

лению амперметра гА. Ее можно не учитывать только в том слу­ чае, если контролируемое сопротивление превосходит сопротив­ ление амперметра не менее чем в 100 раз. Во втором случае величина погрешности определяется величиной тока в вольтмет­

Большие сопротивления удобно измерять методом вольтмет­ ра. Одним и тем же вольтметром магнитоэлектрической систе­

схем. Чувствительность этого метода измерения зависит от ис­ пользуемого прибора и от величины напряжения питания мостаБольшое значение имеет контроль состояния заземления электроустановок и целостности изоляции кабельных цепей. Регламентируется это состояние правилами устройства электро­

установок (ПУЭ).

Место повреждения изоляции в кабельных цепях, возникшее в результате пробоя изоляции между жилой и броней или меж­ ду жилами или вследствие обрыва жилы, а также при одно­

двух жил контролируемого кабеля. Особое внимание при этом следует обратить на надежное соединение концов кабеля между

и р, можно определить расстояние 1Х от конца кабеля до места повреждения изоляции.

Для получения более точного результата целесообразно по­ менять концы жил в месте подключения их к гальванометру.

Тогда при известном R2 и найденном R' можно аналогичным путем определить Іу. В правильности результатов измерений можно убедиться, если lx + ly — 2l. При условии, что обе жилы кабеля изготовлены из провода одного неизменного сечения, можно воспользоваться выражениями

Индуктивности и взаимные индуктивности наиболее просто измерять методом амперметра — вольтметра [69].

ИУ ли кп

В)

Для контроля емкостей целесообразно использовать компен­ сационные методы измерения с помощью мостов и компенса­ торов.

На рис. 5 показаны два варианта автоматических компенса­ торов, предназначенных для измерения емкости датчиков, слу­ жащих для контроля перемещений, уровня, длины дуги и т. п. Измерительный блок ИУ преобразует АСХ в напряжение AU. По схеме, показанной на рис. Ъ,а, уравновешивание АСХ осуществ­ ляется в самом компенсаторе КП путем уравновешивания вы­ ходной величины преобразователя, т. е. AU. Поэтому здесь мож­ но использовать типовой автоматический потенциометр, ревер­ сивный двигатель М которого управляет уравновешивающим потенциометром Ry, а шкала его проградуирована непосредст­ венно в значениях контролируемой величины.

По схеме, показанной на рис. 5,6, осуществляется компенса­ ция непосредственно измеряемой величины АСХ с помощьюуравновешивающего конденсатора Су. Первый вариант схемы реализуется проще и позволяет удалять датчик вместе с преоб­ разователем от компенсатора КП. Однако по точности измере­ ния этот вариант хуже второго, ибо в измеряемую потенцио­ метром величину AU входят не только погрешность основного преобразования ACX(AW), но и составляющие погрешности пре­ образования в преобразователе AU(АСХ) и самого компенсато­ ра ARy(AU). У схемы второго варианта такие погрешности от­ сутствуют.

Описанные выше компенсационные методы измерения неза­ менимы при больших расстояниях между контролируемыми объектами и измерительной аппаратурой, а также при реализа­ ции систем централизованного контроля.

Контроль перемещений и давлений. Простейшими датчиками положения и перемещения подвижных узлов сварочного обору­ дования являются электроконтактные устройства, устанавлива­ емые в определенных местах пути подвижных частей объекта и выдающие сигнал при замыкании входящих в них электриче­ ских контактов. Контактов может быть одна пара — такие устройства называют однопредельными. Они находятся только в двух состояниях: разомкнутом и замкнутом. У двух- и трехпредельных датчиков контактов два и три соответственно.

Для измерения размеров или перемещений в малых преде­ лах пригодны стандартные метрологические электроконтактные головки, выпускаемые московским заводом «Калибр». Много­ предельные датчики (двух-, трех-, четырех- и пятипредельные) позволяют зафиксировать до пяти отличающихся близких поло­ жений или размеров изделия, причем с точностью ± 1 мкм. Электрические контакты, используемые в электроконтактных измерителях, отличаются от контактов электромагнитных реле тем, что работают при значительно меньших зазорах и длитель­ ное время могут находиться в состоянии замкнутом, но без усилия сжатия.

Основным недостатком электроконтактных датчиков являет­ ся их обгорание вследствие искрения и эрозии. Устраняется этот недостаток путем применения различных схем искрогашения. Искрогасящие устройства шунтируют либо нагрузку, либо сами контакты, причем второе целесообразнее. Из всех возмож­ ных вариантов наилучший эффект дает шунтирование межкон­ тактного зазора цепочкой из конденсатора и низкоомного рези­ стора. Конденсатор включают параллельно контакту для того, чтобы направить ток размыкания по нему, а не через контакт. Резистор, включенный последовательно с конденсатором, сни­ жает эрозию при замыкании контакта. Используют также схе­

Контактные датчики используют часто как путевые переклю­ чатели в виде микропереключателей, переключателей с толкате­ лем, связанным с подвижным контактом, переключателей с ры­ чажным переключением и нажимным роликом, переключателей роторного типа, на валу которых имеется несколько дисков с кулачками, воздействующими на контактную систему. Точность фиксации положения с помощью таких путевых переключателей достигает ± (0,02-1-0,05) мм. Однако из-за недостаточной износо­ устойчивости они обычно выдерживают не более (1-Ь5) -106 сра­ батываний.

Высокой надежностью обладают переключатели, в которых

в колбах с вакуумом или инертным газом (герконы). Они выдерживают

Я щ

TP -р

представляет собой замыкаемую подвижным якорем неподвиж­ ную разомкнутую магнитную цепь с обмоткой, которая вклю­ чается последовательно с обмоткой реле. Для увеличения крат­ ности изменения силы тока подпитывают размагничивающим током дополнительную обмотку реле. Часто дроссель и реле включают в мостовую схему, а для создания резонанса токов

При контроле перемещений целесообразно использовать сельсины. В трансформаторном режиме они дают возможность измерять линейное или угловое перемещение с погрешностью' 0,25—2,5° (в системе из четырех сельсинов — двухканальной — погрешность на разряд меньше), а используя индикаторный ре­ жим их работы, можно передать результаты измерения в виде угла поворота на дистанцию нескольких сот метров [14, 73].

Известно несколько способов точной остановки движущихся элементов механизма в требуемой позиции. Все они основаны

а)

Рис. 8. Схемы точного останова (а, б) и стабилиза­ ции скорости двигателя (в)

на контроле перемещения элемента с помощью путевого датчи­ ка и последующем отключении и торможении двигателя. Для повышения точности останова применяют кинематический раз­ рыв цепи с помощью электромагнитной муфты с одновремен­ ным включением зажимных устройств. Эффективен метод дотя­ гивания к заданной позиции на ползучей скорости, отличающей­ ся от номинальной в 50—100 раз.

Ускоренную остановку в заданном месте подвижных узлов сварочной аппаратуры можно осуществить с помощью транзи­ стора (рис. 8,а). Во включенном состоянии якоря двигателя на базу транзистора Т подается положительный потенциал, вслед­ ствие чего он остается запертым и не мешает работе двигателя. Отключение питания выключателем В ведет к снятию этого по­ тенциала и открыванию транзистора. Вращающийся по инерции двигатель генерирует противо-э. д. с , ток от которого достаточ­ но велик, так как сопротивление перехода эмиттер — коллектор открытого транзистора мало. Электромагнитный момент, созда­ ваемый этим током, направлен в сторону, противоположную вращению якоря двигателя, поэтому он быстро тормозится1 .

Точный останов механизма в заданной точке пути без при­ менения специальных мер невозможен из-за изменения инерци­ онности управляемого объекта, вследствие чего не удается све­ сти разброс пути торможения к нулю. Использование методики оптимального управления электроприводом постоянного тока позволяет добиться полной независимости пути торможения от изменений нагрузки и механической постоянной времени. Блок-

1 П о ж и д а е в В . М. и С ы ч е в В. А. Авторское свидетельство № 142353 (БИ № 21, 1961).

схема привода показана на рис. 8,6. Независимость движения системы от изменения нагрузки достигается здесь за счет того, что на вход ее (на регулируемый источник напряжения РИ) подается с обратным знаком сигнал, пропорциональный стати­ ческому падению скоростиДатчиком статического момента слу­ жит резистор R, падение напряжения на котором пропорцио­ нально току якоря, а он, как известно, у двигателя постоянного тока пропорционален моменту. Запоминает величину статиче­ ского тока в схеме блок памяти БП.

Рис. 9. Схема фотоэлектри­ ческого путевого переключа­ теля

К путевым переключателям относятся переключатели, кото­ рые можно назвать лучевыми, так как в них используются источники излучения (радиоактивные, световые, ультразвуко­ вые, иногда потоки жидкости или воздуха) в сочетании с при­ емниками излучений и подвижными экранами, перекрывающи­ ми потоки излучения.

Схема фотоэлектрического переключателя, реагирующего на перемещение объекта контроля только в заданном направле­ нии ', показана на рис. 9. Пока оба фотоэлемента освещены, по обмоткам реле Р1 и Р4 протекает ток, достаточный для удер­ жания якорей в притянутом положении. При этом размыкаю­ щий контакты реле 1Р1 и 1Р4 разомкнуты и все элементы схе­ мы, кроме цепей фотоэлементов, обесточены. При своем движе­ нии объект О перекрывает поток света, падающий на фотоэле­ мент Ф1; сила тока в цепи фотоэлемента резко уменьшается, реле Р1 отпускает и замыкает контакт 1Р1. При этом скачок напряжения на конденсаторе С1 вызывает импульс тока, кото­ рый проходит через обмотку Р2, в результате чего кратковре­ менно замыкается замыкающий контакт 1Р2. Однако это замы­ кание не вызывает срабатывания счетного устройства, так как контакт 1Р4 остается разомкнутым. После завершения переход­ ного процесса конденсатор разряжается через высокоомный ре­ зистор R1 и обмотка реле Р2 оказывается обесточенной.

При дальнейшем перемещении слева направо объект О, про­ должая затемнять первый фотоэлемент, перекрывает второй све­ товой поток, падающий на фотоэлемент Ф2. Реле Р4 отпускает

1 Л ь в о в Н. С. Авторское свидетельство № 117498 (БИ № 2, 1959).