一種管道埠磁滯緩衝消磁方法及消磁器的製作方法

2023-12-10 08:27:02

專利名稱：一種管道埠磁滯緩衝消磁方法及消磁器的製作方法
技術領域：
本發明是一種管道埠磁滯緩衝消磁方法及消磁器。涉及管道系統技術領域。
背景技術：
目前對管道埠的消磁採用多種方法1)適當改變焊件接地線位置；幻適當調節焊條傾角，將焊條朝偏吹方向傾斜；；3)採用分段退焊法以及短弧焊法；4)採用交流焊法代替直流焊法力)安放產生對稱磁場的鐵磁材料，儘量使電弧周圍的鐵磁物質分布均勻；6) 減少焊件上的剩磁；7)用反消磁法，即讓焊件產生相反磁場來抵消焊件上的剩磁；8)用截面35-50mm的焊接導線繞在鋼管或者兩根對接的鋼管上，根據鋼管剩磁大小繞成匝數不同的線圈，來完成直流電和交流電的消磁；9)利用磁阻特性減小鋼管剩磁對焊接的影響。前8 種技術雖說對減小鋼管剩磁有一定效果，但不能完全消除。利用磁阻特性減小鋼管剩磁對焊接的影響雖在理論上進行了探討，並提出用鋼楔沿對口縫楔一周的方法，顯然是又慢又麻煩。實際上，現在是方法多而效果差，並未真正解決問題。如US4158873A公開了一種管道埠消磁方法及實現該消磁方法的消磁器，它是在管道埠纏繞消磁線圈，通過線圈種通入高頻交流電的方法消磁。CN101651006A公開了一種管道埠消磁方法和實現該消磁方法的消磁器，它是在管道埠設置消磁線圈和探頭，通過探頭檢測到的磁場方向、強度等參數對消磁線圈通交流電進行消磁。該兩技術雖有一定程度的消磁，但消磁效果並不理想。

發明內容
本發明的目的是發明一種重量輕、能耗低、控制方式先進、運行可靠、消磁迅速、消磁效果好的管道埠磁滯緩衝消磁方法及消磁器。本發明的技術方案是利用磁滯緩衝器的磁滯特點外加消磁線圈，以高頻磁脈衝形式阻斷其磁場，使其與鋼管的矯頑力平衡，達到消磁的目的。本管道埠磁滯緩衝消磁方法如

圖1所示，包括在管道埠設置消磁線圈和探頭，通過探頭檢測到的磁場方向、強度等參數對消磁線圈通交流電進行消磁，其特徵是探頭採用巨磁阻探頭，固定於管道埠外緣，將巨磁阻探頭與消磁器的主控制器數據接口連接， 消磁線圈與主控制器功率輸出端連接，後按以下步驟進行控制器拾取巨磁阻探頭信號，並測出管道剩磁的大小、方向；根據管道剩磁的大小、方向以及材質的不同，自動計算出輸出參數控制電路部分將50Hz的工頻交流電變為20kHz-45kHz的高頻交流電；降壓整流，控制電源產生所需電流的大小和方向，以得到大小和管道剩磁相等，方向相反的磁場。軟體控制算法採用經典的PID控制算法，開關電源系統通過採集輸出電壓值，構成電壓閉環。對於某一輸出範圍內的電壓，它的頻率是異常值，採用恆頻PMW調節方法，PMW 脈衝寬度高電平時間採用下式描述
權利要求
1.一種管道埠磁滯緩衝消磁方法，包括在管道埠設置消磁線圈和探頭，通過探頭檢測到的磁場方向、強度參數對消磁線圈通交流電進行消磁，其特徵是探頭採用巨磁阻探頭，固定於管道埠外緣，將巨磁阻探頭與消磁器的主控制器數據接口連接，消磁線圈與主控制器功率輸出端連接，後按以下步驟進行主控制器拾取巨磁阻探頭信號，並測出管道剩磁的大小、方向； 根據管道剩磁的大小、方向以及材質的不同，自動計算出輸出參數控制電路部分將 50Hz的工頻交流電變為20kHz-45kHz的高頻交流電；降壓整流，控制電源產生所需電流的大小和方向，得到大小和管道剩磁相等、方向相反的磁場；所述計算出輸出參數是採用經典的PID控制算法，開關電源系統通過採集輸出電壓值，構成電壓閉環；對於某一輸出範圍內的電壓，它的頻率是異常值，採用恆頻PMW調節方法，PMW脈衝寬度高電平時間採用下式描述Ton=Kpc (/c) ^k1 jy (β +KD[e (H)-e (k-l)]J=O其中 K1 = Kp IVT1 Kd = Kp TD/T式中，￠00是反饋的輸出電壓和設定電壓的偏差，Kp是比例調節係數A1是積分調節係數；Kd是微分調節係數；Td是採樣周期數J1是積分時間常數；T是微分時間常數。
2.根據權利要求1所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁方法，其特徵是所述消磁線圈採用內螺旋設計，其長度跟電阻成正比，電壓一定時跟電流值成反比，根據材料的電阻率、 線徑、繞線方式以及編線線材的支數進行計算，獲得最佳值；磁場強度的簡化公式為H = NXI/Le其中H為磁場強度，單位為A/m ；N為勵磁線圈的匝數；I為勵磁電流測量值，單位位A ； Le為測試樣品的有效磁路長度，單位為m。
3.根據權利要求1所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁方法，其特徵是具體流程依次如下開始後先初始化； 讀A/D採樣值；輸出電壓、電流和輸入電壓超限判斷；超限則保護； 未超限，進行磁場檢測，根據電壓值調用控制算法； 輸出相應PMW信號； 設定電壓改變；電壓改變則改變PMW輸出頻率，設置相應的初始寬度； 採樣周期到，則轉回到讀A/D採樣值。
4.實現權利要求1所述一種管道埠磁滯緩衝消磁方法中的管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是它主要由可控矽預穩壓電路、逆變主控電路、整流器、調節器、磁場檢測模塊、 顯示面板、保護電路、消磁線圈組成；來自電網的電源接可控矽預穩壓電路，可控矽預穩壓電路輸出接逆變主控電路，同時輸出接顯示面板的手動調節輸出接逆變主控電路，接檢測探頭輸出的磁場檢測模塊輸出也接逆變主控電路，逆變主控電路輸出接整流器，整流器輸出有三路一路接保護電路，保護電路輸出接可控矽預穩壓電路和逆變主控電路，一路接顯示面板，另一路接輸出至消磁線圈(1)和消磁線圈O)；來自電網的電源經由可控矽預穩電路穩壓後輸出250V左右直流電壓，供電給逆變主控電路，並經LC濾波後給輔助電源和功率輸出電源供電，逆變主控電路產生PMW控制信號， 分頻器電路驅動功率輸出管，經變壓器降壓後整流輸出，驅動勵磁線圈，完成消磁。
5.根據權利要求4所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述可控矽預穩壓電路採用可控矽紋波觸髮式開關穩壓電源；它包括兩級穩壓控制系統，由晶間管預穩和專用集成電路反饋穩壓達到170V-400V範圍；電路將整流後的紋波加以整形、放大後，去觸發可控矽使其導通；當整流電壓的瞬時值降到OV時，可控矽自動關斷，用輸出電壓的變化控制觸發脈衝的前沿，實現穩壓。
6.根據權利要求5所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述穩壓電路主要由電晶體VTl VT4、變壓器T、可控矽SCRl等組成；接電源的變壓器輸出接橋式整流電路， 整流電路輸出接Ll與並聯有電阻R47的可控矽SCRl串聯至輸出端，且可控矽SCRl的控制極經J2接並聯二極體VD8的變壓器T次級繞組；橋式整流電路輸出經電阻R38和R39分壓並經電容C33接三極體VT4的基極，三極體VT4的發射極經電阻R40接橋式整流電路輸出， 發射極與基極之間接有反饋電阻R41，集電極經電阻R42接地且集電極輸出接VT3基極與地之間電阻R43、電阻R44、電容C34串聯電路的兩電阻之間，VT3發射極與基極之間接有二極體VD5，VT3發射極經電阻R45與VT4的發射極相連並接變壓器T的初級繞組一端並共同接至R40分壓供電端，VT3集電極經電阻R47到地，並VT3集電極經電容C37接三極體VT2的基極，三極體VT2的發射極經電阻R53到地，集電極接變壓器T初級繞組的另一端，且變壓器T初級繞組兩端之間並連有電阻R50 ；三極體VTl的基極從串接在輸出端至地之間的電阻R54、電位器R55、電阻R56的電位器R55中間抽頭接出，三極體VTl的發射極經穩壓二極體VD7接地，VTl集電極經電阻R52接三極體VT3的射極；當接通電源時，由R38、R39分壓後經C33加到VT4的基極，VT4將其放大後，集電極輸出脈衝經R44對C34充電，形成抬高形鋸齒波，經過R43送入VT3的基極；與此同時，誤差放大器VTl集電極輸出的誤差電壓經R51加到VT3的發射極，在兩個電壓的作用下，VT3集電極輸出IOOHz方波；該方波電壓經過電容C37加到VT2基極的方波變為脈衝波形，經VT2放大後，通過低頻脈衝變壓器T微分，去觸發SCRl的控制極；當輸出電壓發生變化時，取樣電路肪4 R56兩端的電壓也變化，由VTl放大後去調製 VT3輸出方波的脈衝寬度，即改變脈衝前沿位置，使可控矽SCRl導通時間的長短與輸出電壓的高、低成反比變化。
7.根據權利要求4所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述逆變主控電路採用單片機間接控制分頻器電路，主要由開關電源、高頻變壓器T1/2、數字電位器、單片機組成；高頻變壓器T1/2 —次繞組通過兩個場效應管Al、A2接向工頻整流後的直流電源，場效應管A1、A2的漏極各接高頻變壓器T1/2 —次繞組的一端，源極各接電阻R9、RlO與柵極共同接Ra到地，源極各經電阻R11、R12接IC5的(9、10)端；IC5的(8、11、12)端接+12V， ⑷端經電阻R13接地，(13、14和15)端接Vref基準電壓，(1)端經串聯的電阻R16、電阻 R18接Vref基準電壓，電阻R16、電阻R18之間接並聯的電阻R17和電容C16到地，(2,3)端之間接電阻R20與串聯的電阻R19、電容C17並聯，(2)端經串聯的電阻R21與電阻R22接IC6的(13)端，(6)端接串聯的電位器Rw和電阻R14後接IC4的(6、7)端；IC4的(5)端接地，(8)端接+5V，(1、2、3)端分別接IC6的(18、17、16)端；IC6的(1)端經電阻R31接 +5V, (2)端經串聯的電阻R8、電容ClO和電阻R7、電容C9兩個「Γ」型濾波器後接IC3的輸出端(1)，IC3的「 + 」輸入端經電阻R32接Ra的上端，IC3的「_」輸入端經電阻R4接Ra 的地端，且IC3的輸出端⑴與「_」輸入端接有反饋電阻R6，IC6的(3)端經串聯的電阻 R23、電容C19和電阻R24、電容C20兩個「 Γ 」型濾波器後接Ρ2到RWl的中間抽頭，而串聯的PI、RW1、Ρ3接在+5V與地之間，(15)端經電阻R27接三極體Τ3的基極，三極體Τ3的射極接地，集電極接二極體Dl和光敏二極體L2並二極體Dl和光敏二極體L2的另兩端之間接電阻R25，在三極體Τ3的集電極接並聯的電阻R26與電容C21的後點與電阻R25與二極體Dl連接處Ρ6取出+12V，(14)端接IC7的(4)端，IC7的(1)端經電阻似9到Ρ5端，(2、 3)端接地，⑷端經電阻似8接+5V，(9,10)端之間晶振CR1，並在晶振CRl的兩端各接電容C23、電容C24到地；巨磁阻探頭H與C27並聯後一端接ICl的( 端，同時通過R36接 +12V電源，另一端接地；R35、R34串接分壓，R35接電源+12V，R35、R34中點接ICl的(2) 端，IC21的(1,2)端之間接有並聯阻容R33、C26，ICl的(4)端接電源+12V，(11)端接地， (1)端通過R32接數字電位器IC4的(6、7)端；逆變主控電路中(P4、P5)為電源輸出電源檢測輸入，接(P8、P9)端；(P6、P7)為工作故障指示燈，接輔助電源電源12V輸出端(E、G) 端；IC5採用他激式脈寬調製方式開關電源，由KA7500B集成電路作為脈寬調製器件，電源輸出電壓V的調節由KA7500B的(1、2)腳控制，腳⑴接參考電壓，腳⑴接開關電源輸出端，當腳⑵電壓低於腳⑴電壓時，KA7500B輸出的脈衝寬度增大，迴路的功率管導通時間增加，電源輸出電壓增大，繁殖輸出電壓V減小；當腳⑴和腳⑵電壓相等時，電源輸出電壓維持不變，達到穩定；IC6運用單片機PIC16F876結合數/模轉換器產生電壓接至腳(1)，實現輸出電壓可連續可調；單片機PLC16F876實現DC/DC斬波的方式是單片機控制脈寬PMW控制集成電路，間接產生PMW控制信號。
8.根據權利要求4所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述保護電路由 ICl四運放LM3M和NE555組成；電容C37和串接的感溫二極體D3、二極體D4並聯後下端接地，上端一經電阻R57接+12V，二接Al的「 + 」輸入極(3)，Al的輸出(1)端經二極體D5 和電阻R64至NE555的(6)端，(4)端接+12V ；+250V經電容C38接地並經電阻R61到A2的 「 + 」輸入極(5)，R60、R62串聯R60 一端接電源+12V，R62 —端接地，R60、R62串接中點接A2 負輸入端(6)，A2的輸出端(7)經二極體D6和電阻R64至NE555的(6)端；A3的「 + 」輸入極(12)經電阻R6和電流表相串到地，「-」輸入極(13)經電阻R7到地，A3的輸入端(12) 端串接R62電流表的正極，A3的負輸入端(1 串接電阻R63接電流表負極，A3的輸出(14) 端經二極體D7和電阻R64至NE555的(6)端；NE555的⑴端接地，(4、8)端接+12V，(5) 端經電阻R9接+12V，同時經穩壓二極體DZ5後一路再串接電容C3到NE555的(2)端，另一路與LED、繼電器的J1、電阻R9相串後接+12V，NE555的(7)端接相串聯的LED、繼電器的 J、TLP光電耦合器到+12V;電流檢測信號取自直流電流表分流器，經LM3M組成的同相比例運算電路Al放大後產生信號電壓Ui，感溫管D3 D4溫度超過105°C後的傳感信號經由A2運算放大後產生電壓Uc，A3檢測預穩壓電源的輸出電壓，異常時產生電壓Uv，三個電壓信號各經過比例感載二極體D5、D6、D7後的合成電壓信號Uj送往NE555，由NE555構成的觸發器，由於它的電壓控制端(5)接入穩定電壓Uz5，確定(2、6)端的觸發電平值；當開關電源正常工作時，Uj Uz5,NE555的放電管由截止轉為導通，TLP光電耦合器PC817工作，其三極體飽和導通，輸出脈衝被封鎖，主開關元件關斷； 同時繼電器J接通，它的常閉觸點斷開，切斷可控矽觸發電路的給定信號，使可控矽關斷， 並聲光報警；只在故障排除，切斷輔助電源或總電源並重新合閘後，保護電路才回到電源正常工作時的狀態。
9.根據權利要求4所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是逆變主控電路、可控矽預穩壓電路、輔助電源、保護電路、磁場檢測模塊的電路連接是逆變主控電路中工作故障指示燈P6、P7，接輔助電源12V輸出端E、G端；保護電路中的電源輸入端H、I接輔助電源中的E、G端；保護電路中輸出電流檢測A、B端接逆變主控電路中的A、B端；保護電路中的保護輸出G、14)端接逆變主控電路中集成塊KA7500B的0、14)端，磁場檢測模塊輸出接逆變主控電路(6、7)。
10.根據權利要求9所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述輔助電源供開關型穩壓集成塊MC34063和三端穩壓7805分流供電，它採用15V電源變壓器降壓整流濾波後，接IC7開關型穩壓集成塊MC34063的(6)端，IC7的(2)端為輸出端，其一接二極體 D2到地，二接扼流圈L並與(5)端接的反饋電阻R2相接，(2)端輸出+12V，該+12V接點與地之間並聯接有電容C5、電容CE2和電阻R30、發光二極體rD3，並經扼流圈LTl接IC2三端穩壓7805的(1)端，⑵端接地，(3)端輸出+5V，(1)端經電容C6接地，(3)端經電容C7、 CE3接地。
11.根據權利要求8所述的一種管道埠磁滯緩衝消磁器，其特徵是所述感溫二極體 D3、二極體D4緊貼於逆變主控電路中功率輸出管2MBI75U4A散熱片上。
全文摘要
本發明是一種管道埠磁滯緩衝消磁方法及消磁器。涉及管道系統技術領域。它是在待消磁管道的埠纏繞消磁線圈，巨磁阻探頭固定於管道埠外緣，將巨磁阻探頭與消磁器的主控制器數據接口連接，消磁線圈與主控制器功率輸出端連接，後按以下步驟進行主控制器拾取巨磁阻探頭信號，並測出管道剩磁的大小、方向；根據管道剩磁的大小、方向以及材質的不同，自動計算出輸出參數控制電路部分將50Hz的工頻交流電變為20kHz-45kHz的高頻交流電；降壓整流，控制電源產生所需電流的大小和方向，得到大小和管道剩磁相等、方向相反的磁場。本消磁器較現有消磁產品具有重量輕、能耗低、控制方式先進、運行可靠、消磁迅速消磁效果好等優點。
文檔編號H01F13/00GK102403083SQ20101027451
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者劉彥儒, 周若廳, 夏國發, 張寶玉, 張晞, 王成會, 白國義, 趙東輝 申請人:中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣集團公司