2. 20
ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ
REPUBLIKA
o Ra D Pro PATENTx A vxNÁLEzx
Třída 42 b, 11
42 b, 12Vydáno 15. září 1961
Vyloženo 15. března 1961
PATENTNÍ SPIS č.
100859
Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. .
34/1957 Sb.
JIŘÍ HAVELKA, PRAHA
Přístroj k nedestruktivnímu zjišťování tloušťky isolace ocelových potrubí :
Přihlášeno 13. listopadu 1959 (Pv 6496-59) Platnost patentu od
13. listopadu 1959
Každým rokem se ukládají do země desítky kilometrů nejrůznějších ocelových
potrubí. Jsou to zejména naftovody, plynové tlakovody a rozvody různých průmyslových
závodů. K ochraně před korosí se opatřují tato potrubí obyčejně pláštěm z několika
vrstev isolace, jako například juty prosycené asfaltem apod. V praxi je velmi často
zapotřebí změřit a zkontrolovat tloušťku této isolace. Až dosud se při zjišťování
postupovalo tak, že se ilosaçe na zkoušeném místě mechanicky odstranila proříznutím
a ploupáním až na holou ocelovou trubku a její tloušťka se pak změřila měřítkem. Tím
se ovšem isolace porušila a bylo nutno ji opravit. Takováto oprava je však obtížná,
zejména když se má provádět venku na trase, kde nejsou prostředky k rozehřátí asfaltu
a zejména ke spolehlivému vysušení opraveného místa.
Popsaný způsob zkoušek je pracný, vyžaduje mnoho času a naprosto se nehodí
pro přejímací kontrolu jakosti isolace, při níž je třeba měřit tloušťku pokud možno často
3. a v krátkých úsecích. Mimo to nemá porušená isolace již nikdy takovou jakost jako
ispiace původní.
Přístroj podle vynálezu všechny tyto závady odstraňuje a může měřit
tloušťku isolace bez jejího porušení. K měření je pouze zapotřebí přitisknout na
potrubí měřicí sondu a na stupnici přístroje je možno. přímo odečíst tloušťku
isolace v milimetrech. Měření se dá provádět velmi snadno kdekoliv v poli nebo
ve výkopu, neboť v přístroji, který. je dále podrobņěji popsán, jsou též všechny
proudové zdroje. Velmi
4.
5. 40
2 100859
jednoduchým způsobem je též zajištěna kontrola bezvadného stavu přístroje, těsně
před měřením a popřípadě i po něm, aby byla jistota, že byl po celou, dobu v pořádku a
že zjištěná hodnota je správná." Tato kontrola se provede jedním pohybem a je hotova
za okamžik. Manipulace s přístrojem je velmi jednoduchá a měření může provádět
každý po přečtení návodu, nehledě k tomu, že si může ověřit správnost svého postupu
na kontrolním vzorku, který tvoří součást příslušenství přístroje.
Přesnost měření je stejná u suché isolace právě provedené jako u navlhlé isolace,
která ležela po několik let v zemi. Přístroj má malé rozměry i malou váhu, takže se dá
snadno přenášet a na všech místech používat.
Po p i s p ří s t r o je. K měření tloušťky isolace je využito změn indukčnosti
magnetického obvodu se železným jádrem a proměnlivou vzduchovou mezerou, jejíž
velikost je dána právě tloušťkou isolace. Jde tedy o využití obecně známého fysikálního
principu, avšak takovými prostředky, aby bylo měření v trase vůbec provediteľné, aby
bylo dostatečně přesné, a to i na trubkách různých průměrů. .
Měření indukčnosti je nejsnáze proveditelné střídavým proudem. Nebylo možno
však použít mechanického přerušovače, neboť jeho kmitočet z důvodů, které jsou , dále
podrobně vysvětleny, nevyhovoval, a proto bylo použito zcela nového řešení s
tranzistorovým oscilátorem, s kmitočtem řádově několika kilohertzů.
Základní schéma zapojení přístroje je naznačeno na obr. 1. Vlastním proudovým
zdrojem je tříčlánková baterie, které se používá do kapesních svítilen B. Zdroj má
napětí asi ,5 až 4 Volty. Místo suché baterie se též může použít malého tříčlánkového
stříbrozinkového akumulátoru, s přibližně stejným napětím. Akumulátor se vyplatí při
častém měření, kdežto pro měření příležitostná se hodí suchá baterie. Relativně malé
napětí zdroje postačí však plně k napájení tranzistorového oscilátoru. Ve schématě na
obr. 1 je naznačeno zapojení oscilátoru dvojčinného, který byl záměrně zvolen proto,
aby se vystačilo s běžnými tranzistory a aby nebylo zapotřebí tranzistoru s vyšším
výkonem. Provoz je však uskutečnitelný i jedním tranzistorem, například v Colpitsově
zapojení. Dvojčinný oscilátor, naznačený ve schématě na obr. 1, pracuje tak, že po
zapojení spínače K projde proud z kladného pólu baterie B přes odpor R3 k emisní
elektrodě , tranzistoru T2 a odtud přes základní elektrodu Z2 a odpor R5 k zápornému
pólu baterie B. Tím se otevře průtok proudu z kladného pólu baterie B přes emisní
elektrodu e2 a sběrnou elektrodu k2 a vinutí v2 výstupního transformátoru Tr, k
zápornému pólu baterie B. Induktivní vazbou v transformátoru Tr vznikne v reakčním
vinutí v3 napětí, které přejde přes kondensátor C1 a odpory R1 a R3 na emisní
elektrodu a odtud přes elektrodu Z2 a odpor R4 nazpět. Za předpokladu, že reakční
vinutí v3 má opačný smysl než vinutí , působí toto napětí proti napětí baterie B a tím
6. potenciál emisní elektrody e2 poklesne na nulu. Tranzistor T2 se uzavře a proud ve
vinutí v2 se přeruší. Zánikem proudu ve vinutí v2 se indukuje v reakčním vinutí v3 proud
opačného směru, který přes odpory , R2 a R3 projde k emisní elektrodě el tranzistoru
T1 a odtud přes elektrodu Z1 a kondensátor , nazpět k druhému pólu vinutí . Tím začne
tranzistor T1 vodit a z kladného pólu baterie B prochází proud
přes odpor R3 elektrody e1 a k1 a vinutí v1 transformátoru Tr k zápor
nému pólu baterie B. Tím opět vznikne v reakčním vinutí v3 indukované napětí, které
přes kondensátor C1 a odpory , R2 a R4 zruší kladný potenciál elektrody e1 a tím
uzavře tranzistor . Tím zanikne proud ve vinutí v1 u transformátoru Tr. Při zániku
proudu vznikne v reakčním
7.
8. 100
110
130
3 100859
vinutí v3 opět napětí opačného směru a otevře znovu vhodnou úpravou
potenciálu emisní elektrody tranzistor T2 způsobem již dříve popsaným. Tento
postup se neustále opakuje, přičemž rychlost střídavého zapojování tranzistorů
T1 a T2 a tím i kmitočet závisí na elektrických konstantách reakčního obvodu; to
jest na indukčnosti vinutí , kapacitě kondensátoru C1 a velikosti odporu . Tyto
hodnoty mohou být bez obtíží zvoleny tak, aby kmitočet dosáhl několika
kilohertzů.
Tento relativně vysoký kmitočet je totiž nutný k zajištění lepší přesnosti
měření i vhodného měřicího rozsahu. Celková impedance měřicí sondy je totiž
dána vztahem:
Při technickém kmitočtu 50 hertzů je však hodnota coL řádově asi stejná jako
hodnota R. Při vzrůstajícím kmitočtu však vlivem rostoucího co je oL mnohem větší než
R, a to nejméně o dva řády. Můžeme tedy svrchu uvedený vztah: -
X = W R2 + (o L? pro oL > R přepsat přibližně v X = WoL)coL a platí s dostatečnou
přesností, že X je úměrné L, respektive že změny impedance sondy jsou úměrné
změnám její indukčnosti. . . .
K zajištění lepší stability provozu je použito odporu , ktorý působí jako negativní
zpětná vazba a může být po případě nahrazen odporem , což je ve schématě
naznačeno tečkovaně. Odpor R3 slouží k tepelné kompensaci. Jestliže by se tato
kompensace ukázala nedostatečnou, je možno ji zlepšit použitím termistoru s
kompensačním odporem. Toto zapojení, které by přicházelo v úvahu při velkých
změnách teploty, není ve schématu na obr. 1 maznačeno. Spotřeba obvodu oscilátoru
může být bez obtíží upravena asi na 50 až 70 miliampér při nejtenčí prakticky
používané isolaci.
Ve vinutí v4 na sekundární straně transformátoru Tr vzniká střídavý proud, který
prochází přes závity měřicí sondy S, regulační potenciometr P do měřicího přístroje M.
Výchylku měřicího přístroje můžeme zkorigovat nastavením potenciometru P. Je
výhodné, když systém měřicího přístroje má opačný směr vychylování, než je obvyklé
(to jest , proti smyslu otáčení hodinových ručiček, aby dával maximální výchylku (na
levé straně stupnice) při nejtenčí, prakticky používané iso
laci. Každá větší tloušťka, isolace dává pak menší výchylku a stupnice
tlouštěk na přístroji postupuje odleva doprava (tedy ve směru pohybu hodinových
9. ručiček, jak je to obvyklé. Minimální výchylka (respektive maximální tloušťka isolace)
odpovídá sondě držené volně v prostoru, kdy se uplatňuje jen rozptyl otevřených konců
jádra. Pro ověřovací měření, jímž se kontroluje správnost nastavení kmitočtu
tranzistorového obvodu, je v přístroji zamontován měřicí kondensátor Cm, který se
dvoupólovým přepínačem zapne do obvodu sekundárního vinutí transformátoru Tr
místo měřicí sondy S. Je výhodné, když kondensátor Cm má isolaci ze styroflexu, aby
byl tepelně nezávislý a aby se jeho hodnota stárnutím neměnila. -
Další přídavnou kontrolu je možno provést ještě tak, že se měřicí přístroj zapojí
přes odpor na baterii, aby změřil její napětí. Přitom ovšem se musí nahradit měřicí
přístroj M v sekundárním obvodu trans- formátoru Tr ekvivalentním odporem stejné
velikosti, aby se zatížení sekundárního obvodu neměnilo. Seřízení napětí baterie se
provede sériovým potenciometrem obvyklého provedení. Tato úprava je obecně známá,
a proto není ve schématu na obr. . 1 naznačena. . . . . . . -
Provedení měřicí sondy je naznačeno na obr. 2 v pohledu a v částeč
10.
11. 140 ,
160
170
180
4 100859
ném řezu. Základem sondy je jádro páskového tvaru, s poměrem stran asi 12,5
až 13, zahnuté do podkovy. Jádro je z magneticky měkkého materiálu s vysokou
permeabilitou, například permaloy, sonaperm apod. Jádro může být též složeno
z tenkých plechů, podobně jako u transfor- mátorků pro akustické kmitočty.
Zajištění vysoké permeability je nutné z toho důvodu, aby magnetický odpor
železa v obvodu sondy byl alespoň o dva řády nižší než odpor vzduchové
mezery a mohl se při stanovení reluktance magnetického obvodu sondy
zanedbat. Tato podmínka je splnitelná a platí i pro onu část magnetického
obvodu, která je uzavírána stěnou ocelové trubky. Proto je též důležité, aby se
tloušťka jádra sondy příliš nelišila od tloušťky stěny ocelové, trubky.
Z praktických důvodů bude proto výhodné, když se použije dvou sond, jinak
stejného provedení, avšak různé velikosti; např. jedna pro měření tloušťky isolace u
potrubí o vnitřní světlosti 50 mm až 100 mm . a druhá pro potrubí o vnitřní světlosti od
100 mm výše.
Stupnice přístroje má pak pro každý druh sondy jiné cejchování, například nahoře
za dole, které se dá rozlišit ještě barvou, shodnou s barvou isolačního laku na příslušné
sondě.
Na jádře je navlečena dvojdílná isolační kostřička, na níž je navinuto vinutí.
Vzhledem k nízkému provoznímu napětí se vystačí s jednoduchou emailovou isolací,
bez prokládání vrstev a s tzv. hladkým
vrstvovým vinutím. Značné úspory na váze přístroje se dosáhne po
užitím smaltovaného drátu hliníkového. Hotová cívka se mechanicky Zpevní
namočením do syntetické pryskyřice, např. epoxydové, která umožňuje i barevné
rozlišení. Vzhledem k tomu, že sonda má měřit tloušťku isolace potrubí rů z n ý c h p r
m ě rů, je nutno zajistit přesné dosednutí obou konců jádra sondy na povrch isolace.
Tloušťka isolace bude totiž změřena správně jen tehdy, když dosedací plošky budou
rpvnoběžné s povrchem ocelové trubky. Ke splnění tohoto požadavku je použito
zvláštní konstrukce, naznačené na obr. 3, kde je ve dvou pohledech zobrazena úprava
jednoho pólového nástavce sondy podle vynálezu.
V nástavci sondy N je provedeno půlkruhové vybrání poloměru r. Do toho vybrání
zasahuje váleček z téhož magneticky měkkého materiálu, jako nástavec sondy N.
12. Váleček má též stejný průměr r, a proto
, dosedá přesně do válcového vybrání sondy. Váleček je na své spodní
části seříznut rovnoběžně se svou osou tak, aby po seříznutí vznikla
ploška o šířce a, to jest o stejné a, jakou má pólový nástavec sondy N. K zajištění před
vypadnutím je válečkem provlečen hřídelík S z nemagnetického kovu a je přitlačován k
pólovému nástavci dvěma pružinkami, silou p, — ve směru šipky. Pružinky jsou
zavěšeny na čípcích na objímce F rovněž z nemagnetického kovu.
Po přitisknutí sondy ke trubce se dosedací válečky pootočí již samy ve
směru zakřivení povrchu trubky, takže rovná dosedací ploška o
šířce a se sama postaví vždy do rovnoběžného směru s povrchem oce
lové trubky v místě dotyku. Způsob dosednutísondy je patrný též
v pravé části na obr. 1 a na obr. 2. Mezi válečkem a žlábkem vznikne
sice nežádoucí vzduchová mezera, avšak při běžném způsobu opracování je možno
jistě oprávněně předpokládat, že nebude větší než jedna desetina milimetru a neovlivní
tedy přesnost měření. Bude též při všech měřeních stejná a její vliv bude již na stupnici
tlouštěk respekto
Pro ověření správnosti měření bude výhodné, když součást příslušenství přístrojė
bude tvořit též zkušební vzorek. Tento vzorek může být proveden z ocelového pásku
asi o dvojnásobné šířce, než je jádro měřicí sondy, a o stejné tloušťce. Na něm se
hliníkovými nýtky
13.
14. 190
210
5 100859
připevní isolační deska například z gumy, linolea nebo jiné nemagnetické hmoty známé
tloušťky. Po nastavení přístroje se pak provede prvé kontrolní měření na tomto
zkušebním vzorku a skutečná tloušťka isolace vzorku se musí shodovat s údajem na
stupnici přístroje.
Přístroj v popsaném provedení je přizpůsoben k měření - isolace ocelových potrubí.
Vynález se však dá aplikovat, po změně rozměrů a velikosti sondy, též k měření isolace
u ocelových nádrží, plynojemů apod., přičemž se v zásadě použije všech význakových
prvků uvedených ve vynálezu.
Předmět patentu
1. Přístroj k nedestruktivnímu zjišťování tloušťky isolace ocelových potrubí, používající
induktivní měřicí metody, vyznačující se tím, že k výrobě střídavého proudu používá
tranzistorového oscilátoru pro akustické kmitočty několika kilohertzů, s provozem na nízké
napětí, a měřicí sondy z magneticky měkkého materiálu s dosedacími nástavci s otočnými
válečky z téhož materiálu.
2. Přístroj podle bodu 1 vyznačující se tím, že k výrobě střídavého měřicího napětí
s kmitočtem několika kilohertzů je použito dvojčinného zesilovače se dvěma tranzistory
běžných výkonů a s kompensací stability, provedené odporem () na obr. 1, nebo dalším
odporem () a s tepelnou kompensací, provedenou dalším odporem .
3. Přístroj podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že místo odporu
() je v reakčním obvodu použito potenciometru k seřízení kmitočtu
nebo že paralelně ke kondensátoru C1, v reakčním obvodu, je připojen ještě trimr k seřízení
kmitočtu.
4. Přístroj podle bodů 1 až 3 vyznačující se tím, že k měření je použito sondy, jejíž
jádro z magneticky měkkého materiálu má při stranovém poměru 1:2,5 až 13 přibližně
stejnou tloušťku jako stěna měřené trubky a že k úspoře váhy je použito hliníkového
drátu s emailovou isolací.
5. Přístroj podle bodů 1 až 4, který používá dvou (nebo více) sond, jinak stejné
úpravy, vyznačující se tím, že k spolehlivému rozlišení údajů je použito různých barev
na stupnici, shodujících se se stejnými barvami u ochranného povlaku měřicích sond.
. Přístroj podle bodů 1 až 5 vyznačující se tím, že k ověření správnosti nastavení
měřicího přístroje (M) v sekundárním obvodu transformátoru (Tr) je použito
cejchovaného kondensátoru (Cm) s vel
kou tepelnou a životnostní stálostí a s takovou hodnotou kapacity, aby . .
15. stupnice.
. Přístroj podle bodů 1 až 6 vyznačující se tím, že na pólových nástavcích (N)
měřicí sondy jsou upraveny otáčivé dosedací válečky, mechanicky přidržované
pružinami (p), které se po přitlačení samy nastaví svou dosedací plochou o šířce (a) do
směru zakřivení povrchu isolace (viz obr. 3]. .
. Přístroj podle bodů 1 až 7 vyznačující se tím, že plocha dosedacích válečků má
stejnou šířku (a) na obr. 3 jako jádro sondy (N) a že hřídelík (S) otáčivého válečku z
nemagnetického kovu má průměr nejvýše rovný rozdílu (2r – a) k zajištění stejného
průřezu magnetického obvodu. - -
. Přístroj podle bodů 1 až 8 vyznačující se tím, že je použito speciální sondy i
měřicího zařízení, avšak se stejnými význakovými prvky, pro měření tloušťky isolace na
ocelových nádržích, plynojemech
kontrolní značka na měřicím přístroji (M) mohla být asi uprostřed
a popřípadě i jiných konstrukcích.
Severografia, n. p, závod 03
