Использование пояса Роговского в электрогидроимпульсной обработке материалов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.9.044.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЯСА РОГОВСКОГО В ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ

ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ

Н.В. Головинов

В статье рассматривается пояс Роговского, его расчет и применение в электрогидроимпульсной обработке различных материалов. Предложены способы синхронизации с ПК. Описаны ограничения использования пояса Роговского, а также погрешности измерений импульсных токов данным способом

Ключевые слова: пояс Роговского, кольцо Роговского, датчик тока, измерение импульсного тока, электрогид-роимпульсная обработка

В электрогидроимпульсной технологии обработки различных материалов необходимо контролировать величину импульсного тока. Традиционные способы измерения тока не подходят, т.к. здесь имеем дело с импульсами мик-росекундной длительности. Для этих целей используется так называемый пояс (кольцо) Роговского (рис. 1), который в экспериментах может представлять собой гибкий каркас (сердечник) магнитной проницаемостью ц=1, на который намотано несколько десятков витков медной проволоки [1], имеющий низкую индуктивность (менее 10 мкГн).

Различают 2 основных типа этих датчиков

[1, 3]:

1) Пояс Роговского с жестким сердечником имеет тороидальную форму, выглядит как трансформатор переменного тока для монтажа на шинах. Изготавливается для специального применения.

Диапазон частот: 1 Гц ... 100 кГц.

Чувствительность: от 1 А/В до 1 кА/В для амплитуд от нескольких миллиампер до 100 кА.

Преимущество: точность, низкое искажение формы сигнала, широкий частотный диапазон, малое полное сопротивление.

2) Пояс Роговского с гибким сердечником выполняется с малым числом секций открытого типа. Стандартные модели более доступны, но также производятся для специального применения.

Диапазон частот: 10 Гц ... 100 кГц.

Чувствительность: от 10 А/В до 1 МА/В для амплитуд от единиц ампер до нескольких ме-гампер.

Преимущество: измерения в трудно доступных местах, легко устанавливается, используется при больших значения тока и относительно широком диапазоне частот.

Головинов Николай Валентинович - АЧГАА, аспирант, Е-mail: gol-w@mail.ru

Если поместить пояс Роговского в переменное магнитное поле, то в каждом из ^ витков пояса будет создаваться ЭДС вк

= - d f dtJ

BkdS

(1)

где Bk - индукция магнитного поля в сечении k-

го витка; S - ориентированная поверхность k-го витка.

Если Bk = const расположен в плоскости

витка и все витки одинаковы, то ЭДС магнитного пояса Роговского может быть найдена интегрированием ek по длине пояса

f wj-dlo,

e = -

e =

lo 10

w r,d

(2)

- f (- f BkdS do l0 I dtS

(3)

wd

e = -—м j (— j HkdS )dl0 , (4)

l0 ro dt S

где Hk - напряженность магнитного поля в сечении k-го витка.

Так как Hk = const в плоскости витка, то

e

k

и тогда

J HkdS = HkS,

= - — м0 SJ ( j'Ht )dl

(5)

(6)

Домножив Ик и Ш10 на орт нормали к поверхности, ограниченной витком (рис. 2), полу-

чаем

е = -—мSd JНж . l0 ^ dtj k 0

(7)

Рис. 2. К расчету кольца Роговского

Согласно закону полного тока [2], выражение (7) можно записать в виде

w __ Ш е = -- м 5—.

10 Ш

графом, U = — е , то

w di

u = ~Г мо S~Z l0 dt

(9)

Если ток / изменяется по синусоидальному закону \ = 1т Бт(Ш) , то

w w

и = — мо5ю!т собШ) = — м05ю!т х

10 10

х Бт(Ш + п/2). (10)

Значит, амплитуды тока и напряжения связаны соотношением

w

(11)

Следовательно, для измерения амплитуды тока /т можно записать

4 = = кит. (12)

—м0 Ба

I

10

Выходным сигналом пояса Роговского является напряжение и. Для пересчета выходной величины сигнала в ток необходимо умножить и на значение К (12), которое зависит от частоты исследуемого сигнала и геометрических параметров пояса.

На рис. 3 а изображена схема снятия сигнала с пояса Роговского, при этом осциллограф и 104

ПК находятся в непосредственной близости от места измерения. Если необходимо обрабатывать сигнал с датчика на некотором удалении от места установки, то можно использовать беспроводную передачу данных посредством радиотехнологии Bluetooth (рис. 3б) [4]. Как видно из схемы, происходит ее разделение на подвижную (пояс Роговского-интегратор-АЦП-

микроконтроллер-BT) и стационарную (BT-ПК) части. Надо иметь ввиду, что передача радио сигнала осуществляется на расстояние не более 10 м.

Пояс

Роговского

Делитель

напряжения

& Осциллограф

* ПК

RS232

Пояс

Роговского

-э>| Интегратор I—з»|АЦП|

I Микроконтроллер

RS232

.Адаптер

RS232

и-

(8) — .Адаптер RS232

RS232

осцилло- б

и'

Рис. 3. Блок-схема измерения тока с выводом сигнала на ПК: а - с использованием осциллографа; б - передача сигнала с использованием беспроводной технологии

Частота тока в разрядной цепи при электрическом взрыве в обрабатываемой среде занимает спектр 20.50 кГц, что соответствует длительности импульсов синусоидальной формы 50.20 мкс. Рабочая область пояса Рогов-ского находится в частотном диапазоне 10.100000 Гц [5], при котором зависимость выходного сигнала от частоты имеет линейный характер, что изображено на рис. 4, где А - амплитуда выходного сигала.

Рис. 4. Частотный диапазон пояса

Роговского

При определении величины разрядного тока во время электрогидравлического разряда в

е

а

жидкости следует учитывать погрешность измерений [6]. Так в зависимости от месторасположения токоведущего проводника внутри пояса, значение измеряемой величины может отличаться от истинного на несколько процентов [7]. Кроме того, на показания датчика оказывают влияние и другие факторы, например температура, но их влияние пренебрежимо мало.

Таким образом, использование пояса Ро-говского обеспечивает точность измерений импульсов разрядных токов, что позволяет рассчитать энергетические характеристики электро-гидроимпульсной обработки любых материалов и сред, а также оценить ее эффективность.

Литература

1. Ward D. A., La J. And Exon T. Measurement Engineering Science and Educational Journal 2, 3. 1993. 105 p.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - 9-е изд., перераб. и доп. - М.: «Высшая школа», 1996. 638 с.

3. Sanda P., Zeljko A. Application of Rogowski coil in fast pulsed-current measurements of capillary discharge.

4. Jalebi E. A., Roberts P. and McMahon R. Real Time Rotor Bar Current Measurements Using a Rogowski Coil Transmitted Using Wireless Technology / Engineering Department, University of Cambridge, Cambridge, CB2 1PZ, UK.

5. Ray W.F. Wide bandwidth Rogowski Current Transducers Part II: The Integrator. 1993. «EPE Journal Vol 3 no. 2», pp 116-122.

6. Ramboz J. D. «Machinable Rogowski Coil, Design and Calibration», IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1995. vol. 45, Issue: 2, pp. 511-515.

7. URL: http://www.DENTinstruments.com.

Азово-черноморская государственная агроинженерная академия

THE USING ROGOWSKI COIL FOR ELECTROHYDRAULICPULSE TREATMENT OF MATERIALS

N.V. Golovinov

There are the Rogowski Coil, its calculation and application for electrohydraulicpulse treatment of various materials in the article. Also there are the means of synchronization with PC, limitation of using Rogowski coil and uncertainty of measurement of pulse current by the given way

Key words: Rogowski belt, Rogowski coil, sensor of current, measuring of pulse current, electrohydraulicpulse treatment