專利名稱：一種管道端口磁滯緩沖消磁控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種管道端口磁滯緩沖消磁控制器。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前對(duì)管道端口的消磁采用多種方法1)適當(dāng)改變焊件接地線位置；幻適當(dāng)調(diào)節(jié)焊條傾角，將焊條朝偏吹方向傾斜；幻采用分段退焊法以及短弧焊法；4)采用交流焊法代替直流焊法力)安放產(chǎn)生對(duì)稱磁場(chǎng)的鐵磁材料，盡量使電弧周圍的鐵磁物質(zhì)分布均勻；6) 減少焊件上的剩磁；7)用反消磁法，即讓焊件產(chǎn)生相反磁場(chǎng)來(lái)抵消焊件上的剩磁；8)用截面35-50mm的焊接導(dǎo)線繞在鋼管或者兩根對(duì)接的鋼管上，根據(jù)鋼管剩磁大小繞成匝數(shù)不同的線圈，來(lái)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(duì)焊接的影響。前8 種技術(shù)雖說(shuō)對(duì)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(duì)焊接的影響雖在理論上進(jìn)行了探討，并提出用鋼楔沿對(duì)口縫楔一周的方法，顯然是又慢又麻煩。實(shí)際上，現(xiàn)在是方法多而效果差，并未真正解決問(wèn)題。如US4158873A公開(kāi)了一種管道端口消磁方法及實(shí)現(xiàn)該消磁方法的消磁器，它是在管道端口纏繞消磁線圈，通過(guò)線圈種通入高頻交流電的方法消磁。CN101651006A公開(kāi)了一種管道端口消磁方法和實(shí)現(xiàn)該消磁方法的消磁器，它是在管道端口設(shè)置消磁線圈和探頭，通過(guò)探頭檢測(cè)到的磁場(chǎng)方向、強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)消磁線圈通交流電進(jìn)行消磁。該兩技術(shù)雖有一定程度的消磁，但消磁效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種重量輕、能耗低、控制方式先進(jìn)、運(yùn)行可靠、消磁迅速、消磁效果好的管道端口磁滯緩沖消磁控制器。本發(fā)明是利用磁滯緩沖器的磁滯特點(diǎn)外加消磁線圈，控制產(chǎn)生高頻磁脈沖，阻斷其磁場(chǎng)，使其與鋼管的矯頑力平衡，達(dá)到消磁的目的。具體消磁如圖1所示，是在待消磁管道的端口纏繞消磁線圈，巨磁阻探頭固定于管道端口外緣，將巨磁阻探頭與消磁器的主控制器數(shù)據(jù)接口連接，消磁線圈與主控制器功率輸出端連接。本管道端口磁滯緩沖消磁控制器是消磁器中的核心設(shè)備，其構(gòu)成如圖2所示，包括可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、逆變主控電路、整流器、調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)檢測(cè)模塊、顯示面板、保護(hù)電路； 來(lái)自電網(wǎng)的電源接可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路，可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路輸出接逆變主控電路，同時(shí)輸出接顯示面板的手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出接逆變主控電路，接檢測(cè)探頭輸出的磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路，保護(hù)電路輸出接可控硅預(yù)穩(wěn)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2。來(lái)自電網(wǎng)的電源經(jīng)由可控硅預(yù)穩(wěn)電路穩(wěn)壓后輸出250V左右直流電壓，供電給逆變主控電路，并經(jīng)LC濾波后給輔助電源和功率輸出電源供電，逆變主控電路產(chǎn)生PMW控制信號(hào)，分頻器電路驅(qū)動(dòng)功率輸出管，經(jīng)變壓器降壓后整流輸出，驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁線圈，完成消磁。所述逆變主控電路(見(jiàn)圖幻采用單片機(jī)間接控制分頻器電路，主要由開(kāi)關(guān)電源、
5高頻變壓器T1/2、數(shù)字電位器、單片機(jī)組成；高頻變壓器T1/2 —次繞組通過(guò)兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管 A1、A2接向工頻整流后的直流電源，場(chǎng)效應(yīng)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(jīng)電阻Rll、R12接IC5的9、 10端；IC5的8、11、12端接+12V，4端經(jīng)電阻R13接地，13、14和15端接Vref基準(zhǔn)電壓，1 端經(jīng)串聯(lián)的電阻R16、電阻R18接Vref基準(zhǔn)電壓，電阻R16、電阻R18之間接并聯(lián)的電阻R17 和電容C16到地，2、3端之間接電阻R20與串聯(lián)的電阻R19、電容C17并聯(lián)，2端經(jīng)串聯(lián)的電阻R21與電阻R22接IC6的13端，6端接串聯(lián)的電位器Rw和電阻R14后接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(jīng)電阻R31接 +5V, 2端經(jīng)串聯(lián)的電阻R8、電容ClO和電阻R7、電容C9兩個(gè)“ Γ ”型濾波器后接IC3的輸出端1，IC3的“ + ”輸入端經(jīng)電阻R32接Ra的上端，IC3的“_”輸入端經(jīng)電阻R4接Ra的地端， 且IC3的輸出端1與“_”輸入端接有反饋電阻R6，IC6的3端經(jīng)串聯(lián)的電阻R23、電容C19 和電阻R24、電容C20兩個(gè)“ Γ，，型濾波器后接Ρ2到RWl的中間抽頭，而串聯(lián)的PI、RW1、Ρ3 接在+5V與地之間，15端經(jīng)電阻R27接三極管Τ3的基極，三極管Τ3的射極接地，集電極接二極管Dl和光敏二極管L2并二極管Dl和光敏二極管L2的另兩端之間接電阻R25，在三極管Τ3的集電極接并聯(lián)的電阻R26與電容C21的后點(diǎn)與電阻R25與二極管Dl連接處Ρ6 取出+12V，14端接IC7的4端，IC7的1經(jīng)端電阻似9到Ρ5端，2、3端接地，4端經(jīng)電阻似8 接+5V，9、10端之間晶振CR1，并在晶振CRl的兩端各接電容C23、電容CM到地；巨磁阻探頭H與C27并聯(lián)后一端接ICl的3端，同時(shí)通過(guò)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(diǎn)接ICl的2端，IC21的1端、2端之間接有并聯(lián)阻容 R33、C26，ICl的4端接電源+12V，11端接地，1端通過(guò)R32接IC4的6、7端；逆變主控電路中P4、P5為電源輸出電源檢測(cè)輸入，接本圖中P8、P9端；P6、P7為工作故障指示燈，接圖6 中輔助電源電源12V輸出端E、G端；。IC5采用他激式脈寬調(diào)制方式開(kāi)關(guān)電源，由KA7500B集成電路作為脈寬調(diào)制器件， 電源輸出電壓V的調(diào)節(jié)由KA7500B的1、2腳控制，腳1接參考電壓，腳1接開(kāi)關(guān)電源輸出端， 當(dāng)腳2電壓低于腳1電壓時(shí)，KA7500B輸出的脈沖寬度增大，只是回路的功率管導(dǎo)通時(shí)間增加，電源輸出電壓增大，繁殖輸出電壓V減小，僅當(dāng)腳1和腳2電壓相等時(shí)，電源輸出電壓才維持不變，達(dá)到穩(wěn)定；IC6運(yùn)用單片機(jī)PIC16F876結(jié)合數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電壓接至腳1，這樣就實(shí)現(xiàn)輸出電壓可連續(xù)可調(diào)；本電源輸出電壓由00. OV起連續(xù)可調(diào)，輸出電壓的變化步幅位0. IV，最大輸出電壓為60V;該電路中的高頻變壓器T1/2 —次繞組通過(guò)兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管接向工頻整流后的直流電源，這兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管交互導(dǎo)通、推挽工作；具有效率高，功率管負(fù)載小，工作穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間大功率工作的特點(diǎn)。本電路如采用并聯(lián)多組場(chǎng)效應(yīng)管輸出功率可加大兩倍以上；IC4采用MCP41010，是具有256個(gè)抽頭的數(shù)字電位器，他是單通道器件，MCP41010 的抽頭位置在工業(yè)級(jí)SPI接口控制下線性變化，在關(guān)斷模式期間，能更改抽頭控制寄存器的內(nèi)容，電位器在退出關(guān)斷模式后將使用新值；本電路主要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下機(jī)械電位器的 A/C轉(zhuǎn)換；單片機(jī)PLC16F876實(shí)現(xiàn)DC/DC斬波有兩種方式一種是單片機(jī)控制脈寬(PMW)控制集成電路，從而間接產(chǎn)生PMW控制信號(hào)，二是由單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)電路電壓和電壓設(shè)定值產(chǎn)生PMW控制信號(hào)，本發(fā)明考慮PLC16F876產(chǎn)生PMW信號(hào)電壓值較低，另外控制信號(hào)占空比
6精度也不高，故采用第一種方案，即單片機(jī)控制間接PMW生成方式，使用單片機(jī)控制成本低廉的KA7500B分頻器電路，實(shí)現(xiàn)用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在0. 99. 7%范圍內(nèi)準(zhǔn)確而穩(wěn)定地控制PMW 信號(hào)的占空比，從而控制輸出電壓的穩(wěn)定輸出；由于開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中，目的是為了得到穩(wěn)定的電壓輸出，消除電壓偏差，故在PID參數(shù)整定過(guò)程中盡量增大積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)系數(shù)，減小微分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)系數(shù)；所述可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路采用的是可控硅紋波觸發(fā)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；它包括兩級(jí)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，由晶閘管預(yù)穩(wěn)和專用集成電路反饋穩(wěn)壓達(dá)到170V-400V范圍；電路將整流后的紋波加以整形、放大后，去觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通；當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值降到OV時(shí)，可控硅自動(dòng)關(guān)斷，用輸出電壓的變化控制觸發(fā)脈沖的前沿，便可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；所述穩(wěn)壓電路(見(jiàn)圖4)主要由晶體管VTl VT4、變壓器T、可控硅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與并聯(lián)有電阻R47的可控硅SCRl 串聯(lián)至輸出端，且可控硅SCRl的控制極經(jīng)J2接并聯(lián)有二極管VD8的變壓器T次級(jí)繞組； (二極管VD8是脈沖變壓器次級(jí)繞組的續(xù)流管，保證T次級(jí)繞組正半周觸發(fā)可控硅SRCl，負(fù)半周由VD8續(xù)流)橋式整流電路輸出經(jīng)電阻R38和R39分壓并經(jīng)電容C33接三極管VT4的基極，三極管VT4的發(fā)射極經(jīng)電阻R40接橋式整流電路輸出，發(fā)射極與基極之間接有反饋電阻R41，集電極經(jīng)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(lián)電路的兩電阻之間，VT3發(fā)射極與基極之間接有二極管VD5，VT3發(fā)射極經(jīng)電阻R45 與VT4的發(fā)射極相連并接變壓器T的初級(jí)繞組一端并共同接至R40分壓供電端，VT3集電極經(jīng)電阻R47到地，并VT3集電極經(jīng)電容C37接三極管VT2的基極，三極管VT2的發(fā)射極經(jīng)電阻R53到地，集電極接變壓器T初級(jí)繞組的另一端，且變壓器T初級(jí)繞組兩端之間并連有電阻R50 ；三極管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，三極管VTl的發(fā)射極經(jīng)穩(wěn)壓二極管VD7接地，VTl集電極經(jīng)電阻 R52接三極管VT3的射極；當(dāng)接通電源時(shí)，由R38、R39分壓后經(jīng)C33加到VT4的基極，VT4將其放大后，集電極輸出脈沖經(jīng)R44對(duì)C34充電，形成抬高形鋸齒波，經(jīng)過(guò)R43送入VT3的基極。與此同時(shí)，誤差放大器VTl集電極輸出的誤差電壓經(jīng)R51加到VT3的發(fā)射極，在兩個(gè)電壓的作用下，VT3 集電極輸出IOOHz方波。該方波電壓經(jīng)過(guò)電容C37加到VT2基極的方波變?yōu)槊}沖波形，經(jīng) VT2放大后，通過(guò)低頻脈沖變壓器T微分，去觸發(fā)SCRl的控制極；當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，取樣電路肪4 R56兩端的電壓也變化，由VTl放大后去調(diào)制VT3輸出方波的脈沖寬度，即改變脈沖前沿位置，使可控硅SCRl導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短與輸出電壓的高、低成反比變化，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的；本電路用兩級(jí)穩(wěn)壓，隨影響電源總效率， 但可在大范圍調(diào)壓下，仍具有足夠的輸出電壓穩(wěn)定度；所述輔助電源(見(jiàn)圖幻為開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓集成塊MC34063和三端穩(wěn)壓7805分流供電， 它采用15V電源變壓器降壓整流濾波后，接IC7開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓集成塊MC34063的6端，IC7的 2端為輸出端，其一接二極管D2到地，二接扼流圈L并與5端接的反饋電阻R2相接，2端輸出+12V，該+12V接點(diǎn)與地之間并聯(lián)接有電容C5、電容CE2和電阻R30、發(fā)光二極管rD3，并經(jīng)扼流圈LTl接IC2三端穩(wěn)壓7805的1端，2端接地，3端輸出+5V，1端經(jīng)電容C6接地，3 端經(jīng)電容C7、CE3接地。
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MC34063是專用于直流-直流變換器控制集成電路，能輸出1. 5A的開(kāi)關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器，降壓式變換器和電源反向器。本電路用于輸出12V供電；三端穩(wěn)壓集成電路7805是一種線性穩(wěn)壓器件，具有外圍電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，最大輸出電流1. 5A，本電路用于5V供電。所述保護(hù)電路如圖6所示，由ICl四運(yùn)放LM3M和NE555組成；電容C37和串接的感溫二極管D3、二極管D4并聯(lián)后下端接地，上端一經(jīng)電阻R57接+12V，二接Al的“ + ”輸入極3，A1的輸出1端經(jīng)二極管D5和電阻R64至NE555的6端，4端接+12V ；+250V經(jīng)電容C38 接地并經(jīng)電阻R61到A2的“ + ”輸入極5，R60、R62串聯(lián)R60 —端接電源+12V，R62 一端接地，R60、R62串接中點(diǎn)接A2負(fù)輸入端6，A2的輸出端7經(jīng)二極管D6和電阻R64至NE555的 6端；A3的“ + ”輸入極12經(jīng)電阻R6和電流表相串到地，“_”輸入極13經(jīng)電阻R7到地，A3 的輸入端12端串接R62電流表的正極，A3的負(fù)輸入端13串接電阻R63接電流表負(fù)極，A3 的輸出14端經(jīng)二極管D7和電阻R64至NE555的6端；NE555的1端接地，4、8端接+12V，5 端經(jīng)電阻R9接+12V，同時(shí)經(jīng)穩(wěn)壓二極管DZ5后一路再串接電容C3到NE555的2端，另一路與LED、繼電器的J1、電阻R9相串后接+12V，NE555的7端接相串聯(lián)的LED、繼電器的J、TLP 光電耦合器到+12V ；感溫二極管D3、二極管D4緊貼于變主控電路中功率輸出管2MBI75U4A 散熱片上；本機(jī)一旦出現(xiàn)過(guò)流、短路、電源電壓異常、過(guò)溫等故障，將自動(dòng)切斷主電路，同時(shí)聲光報(bào)警。電流檢測(cè)信號(hào)取自直流電流表分流器，經(jīng)LM3M組成的同相比例運(yùn)算電路Al放大后產(chǎn)生信號(hào)電壓Ui，感溫管D3 D4溫度超過(guò)105°C后的傳感信號(hào)經(jīng)由A2運(yùn)算放大后產(chǎn)生電壓Uc，A3檢測(cè)預(yù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，異常時(shí)產(chǎn)生電壓Uv，三個(gè)電壓信號(hào)各經(jīng)過(guò)比例感載二極管D5、D6、D7后的合成電壓信號(hào)Uj送往NE555，由NE555構(gòu)成的觸發(fā)器，由于它的電壓控制端5接入穩(wěn)定電壓Uz5，確定2、6端的觸發(fā)電平值。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源正常工作時(shí)，Uj <Uz5，保護(hù)系統(tǒng)不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生過(guò)流、短路、過(guò)溫時(shí)，Uj >Uz5，NE555的放電管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，TLP光電耦合器PC817工作，其三極管飽和導(dǎo)通，輸出脈沖被封鎖，主開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷； 同時(shí)繼電器J接通，它的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷可控硅觸發(fā)電路的給定信號(hào)，使可控硅關(guān)斷， 并聲光報(bào)警。只在故障排除，切斷輔助電源或總電源并重新合閘后，保護(hù)電路才回到電源正常工作時(shí)的狀態(tài)。所述磁場(chǎng)檢測(cè)模塊選用運(yùn)放、磁感應(yīng)類市銷產(chǎn)品。電路連接逆變主控電路、可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、輔助電源、保護(hù)電路、磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路中的電源輸入端H、I接輔助電源中的E、G端；保護(hù)電路中輸出電流檢測(cè)A、B端接逆變主控電路中的A、B端；保護(hù)電路中的保護(hù)輸出4、14端接逆變主控電路中集成塊KA7500B的4、14端， 磁場(chǎng)檢測(cè)模塊的輸入端接磁場(chǎng)檢測(cè)探頭，輸出端接逆變主控電路6、7。本磁滯緩沖消磁控制器的特征是單片機(jī)上連接有磁場(chǎng)檢測(cè)探頭；晶間管恒流恒壓模塊輸入端與單片機(jī)連接；在晶間管恒流恒壓模塊輸出端與單片機(jī)之間串連有電流傳感器(即電流表端電壓)；消磁線圈連接在晶閘管恒流恒壓模塊輸入端。使用時(shí)，消磁線圈纏繞在鋼質(zhì)管道上。效果控制電源產(chǎn)生消磁器所需的電流的大小和方向，以得到大小和管道剩磁相等，方向相反的磁場(chǎng)，把剩磁降到管道能夠正常焊接的水平.一種帶磁長(zhǎng)輸管道局
8部消磁器，能把管道剩磁降到能夠正常焊接的水平。本發(fā)明在充分研究鐵磁性材料的剩磁、矯頑力和內(nèi)稟矯頑力，根據(jù)鐵磁性材料矯頑力的不同，在參照矯頑力和磁能積計(jì)算消磁電流消磁的基礎(chǔ)上，優(yōu)化消磁線圈，進(jìn)一步降低功耗、簡(jiǎn)化操作，達(dá)到較好的消磁目的。消磁電路采用工業(yè)單片機(jī)比較反饋控制方式，通過(guò)調(diào)制脈寬與頻率的不同比例來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的從零起調(diào)，使輸出電源的功率實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。同時(shí)，利用D/A轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)用電位器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)輸出，達(dá)到模糊控制，降低操作難度。通過(guò)安裝在管端的巨磁阻探頭即時(shí)測(cè)定消磁部位磁感強(qiáng)度與極性并通過(guò)顯示儀表直觀顯示出來(lái)，根據(jù)儀表顯示調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的方向，并通過(guò)電位器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)輸出高頻脈沖勵(lì)磁電流，直至儀表顯示為零，達(dá)到消磁目的。本發(fā)明能較好解決長(zhǎng)輸管道帶磁焊接問(wèn)題，消磁器較現(xiàn)有消磁產(chǎn)品具有重量輕、 能耗低、控制方式先進(jìn)、運(yùn)行可靠、消磁迅速消磁效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)保證焊接質(zhì)量、加快管道局維搶修施工進(jìn)度具有重要意義。本發(fā)明的五大特點(diǎn)①本機(jī)電源采用兩級(jí)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，由晶閘管預(yù)穩(wěn)和專用集成電路反饋穩(wěn)壓達(dá)到 170V-400V寬范圍工作，并且交直兩用，電源適用范圍寬；②電路采用單片機(jī)脈寬調(diào)制與頻率調(diào)制雙重開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源輸出功率從零至最大的線性可調(diào)，解決了其他開(kāi)關(guān)電源調(diào)整范圍窄或階躍式調(diào)整輸出的弊端；③充分利用高強(qiáng)鋼硬磁性材料磁滯回線接近矩形的特點(diǎn)，采用20kHz-45kHz高頻直流脈沖來(lái)克服管道焊接部位鐵磁性材料的矯頑力，以磁滯緩沖形式使管道焊接部位的磁性達(dá)到內(nèi)磁平衡狀態(tài)，使焊接過(guò)程中磁偏吹影響降到最低，滿足焊接工藝要求，確保焊接質(zhì)量，在消磁效果相同的情況下與傳統(tǒng)純直流消磁相比，節(jié)能30%以上；④采用新型材料巨磁阻探頭與單片機(jī)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的不同自動(dòng)調(diào)整輸出功率，根據(jù)鋼管材質(zhì)的不同自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁脈沖頻率，根據(jù)管道端口磁極的不同自動(dòng)調(diào)整電源的輸出極性；⑤消磁線圈采用內(nèi)螺旋設(shè)計(jì)，與普通線圈相比，相同匝數(shù)下磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)， 磁感強(qiáng)度提高約20倍，提高消磁效率。


圖1管道端口磁滯緩沖消磁控制器消磁示意2管道端口磁滯緩沖消磁控制器原理框3管道端口磁滯緩沖消磁控制器電原理4可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路電原理5輔助電源電路電原理6保護(hù)電路電原理圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例.本例是一實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，其構(gòu)成如圖2-圖6所示。它由可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、
9逆變主控電路、整流器、調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)檢測(cè)模塊、顯示面板、保護(hù)電路組成；來(lái)自電網(wǎng)的電源接可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路，可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路輸出接逆變主控電路，同時(shí)輸出接顯示面板的調(diào)節(jié)器輸出接逆變主控電路，接檢測(cè)探頭輸出的磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路，保護(hù)電路輸出接可控硅預(yù)穩(wěn)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2。所述可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路(見(jiàn)圖4)采用的是可控硅紋波觸發(fā)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；其中橋式整流選KBU2520 ；晶體管 VTl VjM 選 3DG5C ；變壓器T選1200T/400T
可控硅SCRl選S4025L ；
Ll 為 200μ H/15A ；
VD5 選 2CP14 ；
VD6.VD8 選 2CP10 ；
VD7 選 2DW7 ；
C28-C32 為 4700Pf ；
C41 為 100μ f/15V ；
C33、C34、C35 為 1 μ f ；
C36 為 10μ f ；
C37 為 0. 01 μ f ；
R37 為 0. 1 Ω ；
R38 為 200ΚΩ ；
R39 % IOK Ω ；
R40 為 18ΚΩ ；
R41 為 6. IΩ ；
R42 為 1ΙΩ ；
R43 為 9. IK Ω ；
R44 為 390 Ω ；
R45 為 5. 6Κ Ω ；
R46 為 2 Ω ；
R47 為 6. IΩ ；
R48 為 100 Ω ；
R49 為 1ΙΩ ；
R50 為 1ΚΩ ；
R51 % 680 Ω ；
R52 為 5. 6ΚΩ ；
R53 % 180 Ω ；
R54 為 27ΚΩ ；
R55為IK Ω電位器；
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R56 為 IK Q ；所述主控電路(見(jiàn)圖幻主控電路采用單片機(jī)間接控制分頻器電路；其中IC6 選 8 位單片機(jī) PICl6F876 ；IC5 選 KA7500B ；IC4 選 MCP41010 ；IC3 選 TLC2264;IC7 選 P521;CRl 為 4MHz ；A1、A2 選 2MBI75U4A-120 ；Ra 為 0. 1 Q ；R4 為 150Q;R5 為 300 Q ；R6 為 150KQ;R7 為 1.5KQ;R8 為 1.5KQ;R9、RlO 為 100KQ ；R11、R12 為 50KQ ；R14 為 39KQ;Rff 為 20K Q 電位器；R16 為 150Q;R17 為 10KQ;R18 為 100 Q ；R19、R20 為 4. 7KQ ；R21 為 150Q;R22 為 100Q;R23 為 15KQ;R24 為 10KQ;R25 為 4. 7KQ;R26 為 1KQ;R27 為 10KQ;R28 為 5KQ;R29 為 10KQ;R31 為 15KQ;C8 為 330iif;C9 為 33Pf;ClO 為 IOPf ；Cll 為 IOiif;C12 為 IOiif;
C13 為 IOiif;C14 為 220iif;C15 為 350Pf;C16 為 220iif;C17 為 O.liif;C18 為 220iif;C19、C20 為 0. 1 ii f ；C21 為 4.7iif;C23、C24 為 18Pf ；C25 為 IOOiif;保護(hù)電路如圖6所示，由四運(yùn)放LM324和NE555組成；其中A1、A2、A3 選四運(yùn)放 LM324 ；LED 選；繼電器JI 選 JQX-40F/2Z ；電流表 A 選 HY-5235 ；ニ極管 D3、D4 選 IN4001 ；ニ極管 D5、D6、D7 選 IN34A ；ニ極管 DZ5 選 IN4737 ；R57 為 12KQ;R58 為 56KQ;R59 為 10KQ;R60 為 56KQ;R61 為 1.5MQ;R62 為 20KQ;R63 為 20KQ;R64 為 22KQ;R65 為 100KQ;R66 為 100KQ;C37 為 0. 01 ii f ；C38 為 0. 01 ii f ；C39 為 liif。用上述消磁器，在管道上安裝兩線圈和巨磁阻探頭，按照?qǐng)D1所示連接方法與消 磁器的主控制器連接好后，即可進(jìn)行消磁。具體消磁的步驟是開(kāi)始后先初始化；讀A/D采樣值；輸出電壓、電流和輸入電壓超限判斷；超限則保護(hù)；未超限，進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)，根據(jù)電壓值調(diào)用控制算法；
輸出相應(yīng)PMW信號(hào)；設(shè)定電壓改變；電壓改變則改變PMW輸出頻率，設(shè)置相應(yīng)的初始寬度；采樣周期到，則轉(zhuǎn)回到讀A/D采樣值。本例經(jīng)多次試驗(yàn)，證明本發(fā)明重量輕、能耗低、控制方式先進(jìn)、運(yùn)行可靠、消磁迅速、消磁效果好。
1權(quán)利要求
1.一種管道端口磁滯緩沖消磁控制器，其特征是它由可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、逆變主控電路、整流器、調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)檢測(cè)模塊、顯示面板、保護(hù)電路組成；來(lái)自電網(wǎng)的電源接可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路，可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路輸出接逆變主控電路，同時(shí)輸出接顯示面板的手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出接逆變主控電路，接檢測(cè)探頭輸出的磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路，保護(hù)電路輸出接可控硅預(yù)穩(wěn)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(2)；來(lái)自電網(wǎng)的電源經(jīng)由可控硅預(yù)穩(wěn)電路穩(wěn)壓后輸出250V左右直流電壓，供電給逆變主控電路，并經(jīng)LC濾波后給輔助電源和功率輸出電源供電，逆變主控電路產(chǎn)生PMW控制信號(hào)， 分頻器電路驅(qū)動(dòng)功率輸出管，經(jīng)變壓器降壓后整流輸出，驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁線圈，完成消磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是所述可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路采用可控硅紋波觸發(fā)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；它包括兩級(jí)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，由晶間管預(yù)穩(wěn)和專用集成電路反饋穩(wěn)壓達(dá)到170V-400V范圍；電路將整流后的紋波加以整形、放大后，去觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通；當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值降到OV時(shí)，可控硅自動(dòng)關(guān)斷，用輸出電壓的變化控制觸發(fā)脈沖的前沿，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是所述穩(wěn)壓電路主要由晶體管VTl VT4、變壓器T、可控硅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與并聯(lián)有電阻R47的可控硅SCRl串聯(lián)至輸出端，且可控硅SCRl的控制極經(jīng)J2接并聯(lián)二極管VD8的變壓器T次級(jí)繞組；橋式整流電路輸出經(jīng)電阻R38和R39分壓并經(jīng)電容C33接三極管VT4的基極，三極管VT4的發(fā)射極經(jīng)電阻R40接橋式整流電路輸出， 發(fā)射極與基極之間接有反饋電阻R41，集電極經(jīng)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(lián)電路的兩電阻之間，VT3發(fā)射極與基極之間接有二極管VD5，VT3發(fā)射極經(jīng)電阻R45與VT4的發(fā)射極相連并接變壓器T的初級(jí)繞組一端并共同接至R40分壓供電端，VT3集電極經(jīng)電阻R47到地，并VT3集電極經(jīng)電容C37接三極管VT2的基極，三極管VT2的發(fā)射極經(jīng)電阻R53到地，集電極接變壓器T初級(jí)繞組的另一端，且變壓器T初級(jí)繞組兩端之間并連有電阻R50 ；三極管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，三極管VTl的發(fā)射極經(jīng)穩(wěn)壓二極管VD7接地，VTl集電極經(jīng)電阻R52接三極管VT3的射極；當(dāng)接通電源時(shí)，由R38、R39分壓后經(jīng)C33加到VT4的基極，VT4將其放大后，集電極輸出脈沖經(jīng)R44對(duì)C34充電，形成抬高形鋸齒波，經(jīng)過(guò)R43送入VT3的基極；與此同時(shí)，誤差放大器VTl集電極輸出的誤差電壓經(jīng)R51加到VT3的發(fā)射極，在兩個(gè)電壓的作用下，VT3集電極輸出IOOHz方波；該方波電壓經(jīng)過(guò)電容C37加到VT2基極的方波變?yōu)槊}沖波形，經(jīng)VT2放大后，通過(guò)低頻脈沖變壓器T微分，去觸發(fā)SCRl的控制極；當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，取樣電路肪4 R56兩端的電壓也變化，由VTl放大后去調(diào)制 VT3輸出方波的脈沖寬度，即改變脈沖前沿位置，使可控硅SCRl導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短與輸出電壓的高、低成反比變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是所述逆變主控電路采用單片機(jī)間接控制分頻器電路，它由開(kāi)關(guān)電源、高頻變壓器T1/2、數(shù)字電位器、單片機(jī)組成；高頻變壓器T1/2 —次繞組通過(guò)兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Al、A2接向工頻整流后的直流電源，場(chǎng)效應(yīng)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(jīng)電阻R11、R12接IC5的(9、10)端；IC5的(8、11、12)端接+12V， ⑷端經(jīng)電阻R13接地，(13、14和15)端接Vref基準(zhǔn)電壓，(1)端經(jīng)串聯(lián)的電阻R16、電阻 R18接Vref基準(zhǔn)電壓，電阻R16、電阻R18之間接并聯(lián)的電阻R17和電容C16到地，(2,3)端之間接電阻R20與串聯(lián)的電阻R19、電容C17并聯(lián)，(2)端經(jīng)串聯(lián)的電阻R21與電阻R22接 IC6的(13)端，(6)端接串聯(lián)的電位器Rw和電阻R14后接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(jīng)電阻R31接 +5V, (2)端經(jīng)串聯(lián)的電阻R8、電容ClO和電阻R7、電容C9兩個(gè)“?！毙蜑V波器后接IC3的輸出端(1)，IC3的“ + ”輸入端經(jīng)電阻R32接Ra的上端，IC3的“-”輸入端經(jīng)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(jīng)串聯(lián)的電阻 R23、電容C19和電阻R24、電容C20兩個(gè)“ Γ，，型濾波器后接Ρ2到RWl的中間抽頭，而串聯(lián)的PI、RW1、Ρ3接在+5V與地之間，(15)端經(jīng)電阻R27接三極管Τ3的基極，三極管Τ3的射極接地，集電極接二極管Dl和光敏二極管L2并二極管Dl和光敏二極管L2的另兩端之間接電阻R25，在三極管Τ3的集電極接并聯(lián)的電阻R26與電容C21的后點(diǎn)與電阻R25與二極管Dl連接處Ρ6取出+12V，(14)端接IC7的(4)端，IC7的(1)端經(jīng)電阻似9到Ρ5端，(2、 3)端接地，⑷端經(jīng)電阻似8接+5V，(9,10)端之間晶振CR1，并在晶振CRl的兩端各接電容C23、電容C24到地；巨磁阻探頭H與C27并聯(lián)后一端接ICl的( 端，同時(shí)通過(guò)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(diǎn)接ICl的(2) 端，IC21的(1,2)端之間接有并聯(lián)阻容R33、C26，ICl的(4)端接電源+12V，(11)端接地， (1)端通過(guò)R32接數(shù)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(cè)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采用他激式脈寬調(diào)制方式開(kāi)關(guān)電源，由KA7500B集成電路作為脈寬調(diào)制器件，電源輸出電壓V的調(diào)節(jié)由KA7500B的(1、2)腳控制，腳⑴接參考電壓，腳⑴接開(kāi)關(guān)電源輸出端，當(dāng)腳⑵電壓低于腳⑴電壓時(shí)，KA7500B輸出的脈沖寬度增大，回路的功率管導(dǎo)通時(shí)間增加，電源輸出電壓增大，繁殖輸出電壓V減?。划?dāng)腳⑴和腳⑵電壓相等時(shí)，電源輸出電壓維持不變，達(dá)到穩(wěn)定；IC6運(yùn)用單片機(jī)PIC16F876結(jié)合數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電壓接至腳(1)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓可連續(xù)可調(diào)；單片機(jī)PLC16F876實(shí)現(xiàn)DC/DC斬波的方式是單片機(jī)控制脈寬PMW控制集成電路，間接產(chǎn)生PMW控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是所述保護(hù)電路由 ICl四運(yùn)放LM3M和NE555組成；電容C37和串接的感溫二極管D3、二極管D4并聯(lián)后下端接地，上端一經(jīng)電阻R57接+12V，二接Al的“ + ”輸入極(3)，Al的輸出(1)端經(jīng)二極管D5 和電阻R64至NE555的(6)端，(4)端接+12V ；+250V經(jīng)電容C38接地并經(jīng)電阻R61到A2的 “ + ”輸入極(5)，R60、R62串聯(lián)R60 一端接電源+12V，R62 —端接地，R60、R62串接中點(diǎn)接A2 負(fù)輸入端(6)，A2的輸出端(7)經(jīng)二極管D6和電阻R64至NE555的(6)端；A3的“ + ”輸入極(12)經(jīng)電阻R6和電流表相串到地，“-”輸入極(13)經(jīng)電阻R7到地，A3的輸入端(12) 端串接R62電流表的正極，A3的負(fù)輸入端(1 串接電阻R63接電流表負(fù)極，A3的輸出(14) 端經(jīng)二極管D7和電阻R64至NE555的(6)端；NE555的⑴端接地，(4、8)端接+12V，(5)端經(jīng)電阻R9接+12V，同時(shí)經(jīng)穩(wěn)壓二極管DZ5后一路再串接電容C3到NE555的( 端，另一路與LED、繼電器的J1、電阻R9相串后接+12V，NE555的(7)端接相串聯(lián)的LED、繼電器的 J、TLP光電耦合器到+12V;電流檢測(cè)信號(hào)取自直流電流表分流器，經(jīng)LM3M組成的同相比例運(yùn)算電路Al放大后產(chǎn)生信號(hào)電壓Ui，感溫管D3 D4溫度超過(guò)105°C后的傳感信號(hào)經(jīng)由A2運(yùn)算放大后產(chǎn)生電壓Uc，A3檢測(cè)預(yù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，異常時(shí)產(chǎn)生電壓Uv，三個(gè)電壓信號(hào)各經(jīng)過(guò)比例感載二極管D5、D6、D7后的合成電壓信號(hào)Uj送往NE555，由NE555構(gòu)成的觸發(fā)器，由于它的電壓控制端(5)接入穩(wěn)定電壓Uz5，確定(2、6)端的觸發(fā)電平值；當(dāng)開(kāi)關(guān)電源正常工作時(shí)，Uj < Uz5，保護(hù)系統(tǒng)不動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生過(guò)流、短路、過(guò)溫時(shí)，Uj > Uz5,NE555的放電管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，TLP光電耦合器PC817工作，其三極管飽和導(dǎo)通，輸出脈沖被封鎖，主開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷； 同時(shí)繼電器J接通，它的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷可控硅觸發(fā)電路的給定信號(hào)，使可控硅關(guān)斷， 并聲光報(bào)警；只在故障排除，切斷輔助電源或總電源并重新合閘后，保護(hù)電路才回到電源正常工作時(shí)的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是逆變主控電路、可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、輔助電源、保護(hù)電路、磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路中的電源輸入端H、I接輔助電源中的E、G端；保護(hù)電路中輸出電流檢測(cè)A、B端接逆變主控電路中的A、B端；保護(hù)電路中的保護(hù)輸出G、14)端接逆變主控電路中集成塊KA7500B的0、14)端，磁場(chǎng)檢測(cè)模塊輸出接逆變主控電路(6、7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是輔助電源為開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓集成塊MC34063和三端穩(wěn)壓7805分流供電，采用15V電源變壓器降壓整流濾波后，接 IC7開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓集成塊MC34063的(6)端，IC7的(2)端為輸出端，其一接二極管D2到地， 二接扼流圈L并與(5)端接的反饋電阻R2相接，(2)端輸出+12V，該+12V接點(diǎn)與地之間并聯(lián)接有電容C5、電容CE2和電阻R30、發(fā)光二極管rD3，并經(jīng)扼流圈LTl接IC2三端穩(wěn)壓7805 的⑴端，⑵端接地，⑶端輸出+5V，⑴端經(jīng)電容C6接地，(3)端經(jīng)電容C7、CE3接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種管道端口磁滯緩沖消磁器，其特征是所述感溫二極管 D3、二極管D4緊貼于逆變主控電路中功率輸出管2MBI75U4A散熱片上。
全文摘要
本發(fā)明是一種管道端口磁滯緩沖消磁控制器。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它由可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路、逆變主控電路、整流器、調(diào)節(jié)器、磁場(chǎng)檢測(cè)模塊、顯示面板、保護(hù)電路組成；來(lái)自電網(wǎng)的電源接可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路，可控硅預(yù)穩(wěn)壓電路輸出接逆變主控電路，同時(shí)輸出接顯示面板的手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出接逆變主控電路，接檢測(cè)探頭輸出的磁場(chǎng)檢測(cè)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(hù)電路，保護(hù)電路輸出接可控硅預(yù)穩(wěn)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(2)。本發(fā)明較現(xiàn)有消磁產(chǎn)品具有重量輕、能耗低、控制方式先進(jìn)、運(yùn)行可靠、消磁迅速消磁效果好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F13/00GK102403085SQ20101027597
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者劉彥儒, 周若廳, 夏國(guó)發(fā), 張寶玉, 張晞, 王成會(huì), 白國(guó)義, 趙東輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣管道局, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司