Transducteur inductif
L'invention concerne un transducteur inductif
ou transmetteur inductif pour la captation de vibra-
tions et d'oscillations, notamment des vibrations et
des oscillations prenant naissance pendant l'activité fonctionnelle de machines et d'installations comprenant
des machines.
Les vibrations font partie des paramètres les
plus importants caractérisant l'état de fonctionnement
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l'exploitation des vibrations sont extraordinairement importantes, notamment pour des machines rotatives qui tournent rapidement, et dans les installations qui travaillent en exploitation de longue durée, par exemple des turbines à vapeur et des turbines à gaz.
Dans les installations énergétiques précitées,
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des températures élevées, à une grande accélération ainsi qu'à une amplitude d'oscillations considérable atteignant, dans certaines phases du régime de travail, des valeurs qui peuvent atteindre quelques centaines de micromètres, alors qu'en exploitation normale, l'amplitude des oscillations ne s'élève qu'à quelques micro- <EMI ID=3.1>
de vibrations sont : de petites dimensions et un fai- ble poida, une caractéristique linéaire dans tout le domaine de mesure et une stabilité à l'égard des
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On utilise aujourd'hui couramment, pour capter des vibrations, des transducteurs inductifs dans lea-
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du transducteur, une force électromotrice est induite dans ces bobines, force qui est amplifiée et mesurée au moyen d'un appareillage convenable. L'inconvénient des transducteurs inductifs considérés réside en ce que, lorsqu'ils sont soumis à des conditions sévères, notamment lors d'un élèvement considérable de l'amplitude des vibrations, les membranes éclatent.
Un autre transducteur inductif connu pour capter des vibrations comprend une bobine capteuse et deux bagues magnétiques dont l'une est une bague magnétique intérieure mobile avec jeu dans un espace creux en forme de cylindre d'une autre bague magnétique ex-
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I
un espace intermédiaire étroit en forme de cylindre, entre les deux bagues magnétiques, une mince bobine capteuse montée sur un manchon de guidage. Par le fait de l'oscillation de la bague magnétique intérieure mobile se trouve engendrée, dans la bobine capteuse, une
force électromotrice que l'on amplifie de manière appro-priée et que l'on Mesure. L'inconvénient de cette réalisation du transducteur inductif réside en ce qu'il émet un signal relativement faible et en ce qu'il y a un guidage défectueux de la bague intérieure mobile, à l'intérieur de la bague magnétique extérieure fixe,
ce guidage défectueux provoquant, en cours d'exploitation, un frottement accru et une disposition oblique relative des pièces mobiles l'une par rapport à l'autre et, par suite, un défaut de linéarité considérable surtout dans le cas de faibles amplitudes de vibration ,
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la vitesse relative des bagues magnétiques. L'utilisation du transducteur inductif qui vient d'être décrit est donc limitée, pour les raisons indiquées, à la mesure en direction verticale.
Dans une autre forme de réalisation connue du transducteur inductif, on a disposé concentriquement,
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meure, une bobine capteuse en forme de disque mince, au-dessus de laquelle est disposé un aimant déplaça- ble axialement. En conséquence de l'orientation polaire contraire des aimants précités, il apparaît, dans
leur espace frontal commun, des forces de répulsion axiales qui agissent à la façon d'un ressort de compression maintenant l'aimant mobile à l'état de flottement permanent au-dessus de l'aimant fixe. Cette réalisation du transducteur inductif des vibrations ne permet les mesures d'oscillation qu'en direction verti-cale. On connaît aussi un transducteur inductif formé avec un aimant permanent mobile, pour la captation des vibrations. Cet aimant est disposé dans un manchon et fixé de part et d'autre à l'aide de deux ressorts. Tout autour du manchon est disposée une bobine d'induction.
Lors du mouvement de l'aimant mobile, il y a, dans
la bobine, induction d'une force électromotrice qui est amplifiée, mesurée et exploitée de façon appropriée. L'inconvénient de ce transducteur réside dans une faible sensibilité par suite du frottement dans le manchon et par suite du couple développé par les ressorts sur l'aimant permanent, et qui presse celui-ci contre les parois du manchon.Par ailleurs, la masse et la fréquence élastique propre limitent l'application de
ces transducteurs à des domaines de fréquences et d'accélération relativement étroits. Egalement, la génération d'effets élastiques avec une caractéristique pré-
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coûteuse. Un autre procédé pour la mesure des oscilla-
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thermiques précitées , consiste à employer des transducteurs d'oscillations piézoélectriques. Dans ces transducteurs, on met à profit l'aptitude de certains cristaux à transformer des forces mécaniques en tension électrique . Cette tension est proportionnelle
à l'accélération de la masse du transducteur piézoélectrique, prenant naissance avec les oscillations. La tension électrique ainsi engendrée est alors à nou-veau amplifiée, mesurée et exploitée dans un appareillage approprié. L'avantage de ces transducteurs piézoélectriques réside, d'une part, dans leur capacité de supporter de grandes accélérations et de grandes amplitudes d'oscillations et, d'autre part, dans leurs petites dimensions. Un inconvénient de ces dispositifs, par contre, est le fait qu'ils transmettent des signaux faibles. C'est pourquoi l'appareillage amplifi- cateur associé doit être disposé à distance relativement petite des transducteurs piézoélectriques. D'autre part, les transducteurs piézoélectriques sont très sensibles à la non uniformité du champ de températures dans l'environnement.
L'invention a pour but d'éliminer la plus grande partie des inconvénients des transducteurs inductifs actuellement connus. Dans un transducteur inductif, le problème posé est résolu par l'invention par
le fait que, dans un espace creux axial d'un mancnon comportant, disposés frontalement, des aimants fixes
dont les pôles sont orientés dans le même sens, dans l'espace frontal commun de ces aimants est disposé un aimant permanent axial mobile dont les pales sont
orientés en sens contraire, des bobines d'induction é-
tant enroulées dans le manchon autour de cet espace frontal commun. Dans le manchon sont enroulées, au- tour de l'espace frontal commun des aimants fixes, aux endroits des espaces polaires, des bobines d'induction pseudo-bifilaires. Dans l'espace creux axial du manchon est disposée une garniture anti-friction. L'aimant permanent est lui-même pourvu d'un manchon anti-friction.
Le transducteur inductif suivant l'invention a des dimensions relativement petites et il supporte des accélérations et des amplitudes de vibrations considérables. Il est simple, supporte aussi un champ de températures non uniforme et transmet un signal de sortie relativement fort qui permet de placer l'appareillage d'amplification et de mesure à distance plus
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possède une très bonne sensibilité et conserve une caractéristique linéaire de la dépendance de la force électromotrice de sortie à l'égard de la vitesse, et supporte des températures allant jusqu'à 250*C.
Des exemples de formes de réalisation du transducteur inductif suivant l'invention sont illustrés par les dessins joints au présent mémoire, que l'on expliquera plus complètement ci-après. On y voit, en:
- figure 1, une forme de réalisation, en coupe axiale; et en
- figure 2, une variante de forme de réalisation, également en coupe axiale.
Dans la première forme de réalisation suivant La figure 1, le transducteur inductif se compose d'un :orps fermé en forme de cylindre, 7, dans l'espace :reux duquel est disposé un manchon 2 avec, disposés :oncentriquement dans l'espace frontal, des aimants fixes 5,6 entre lesquels, dans l'espace frontal commun, dans une ouverture de forme cylindrique -le ce manchon 2, se trouve un aimant permanent 1 en forme de cylindre, monté concentriquement et mobile axialement. L'o-
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5 et 6 et l'orientation polaire, opposée à la précédente , de l'aimant permanent mobile 1 créent, dans le premier espace polaire frontal 9, entre le premier
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que dans le deuxième espace polaire frontal 10, entre le deuxième aimant fixe 6 et l'aimant permanent mobile 1, des forces de répulsion axiales, de sorte que les champs magnétiques de ces espaces polaires frontaux 9,10 jouent le rôle d'éléments de pression élastiques, avec une très bonne caractéristique.
Les forces de répulsion créées dans les deux espaces polaires frontaux 9,10 empêchent, dans une position de repos quelconque du transducteur inductif,
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conque des aimants fixes 5,6. L'aimant permanent mobile 1 traversé axialement d'une ouverture d'aération 12, est porteur à sa surface extérieure d'un manchon antifriction 8. La matière de la surface de glissement du manchon anti-friction 8 et la matière du manchon 2 sont choisies pour avoir un coefficient de frottement mutuel minimal. Dans la première forme de réalisation décrite, le manchon anti-friction 8 est en laiton,pourvu à sa surface de frottement d'une couche de chrome, le manchon 2 étant alcrs, dans cette première tome de réalisation, en Teflon. Dans la surface cylindrique
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périphériques dans lesquels sont disposés des enroule-
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Comme il est connu, l'enroulement de bobine dans la configuration bifilaire est formé de deux chaînons conducteurs de bobine qui sont disposés dans un même espace de bobine et qui comprennent deux conducteurs d'environ même longueur. Le conducteur de l'un des chaînons est enroulé en sens contraire par rapport au conducteur du deuxième chaînon, et les deux conducteurs sont enroulés alternativement à proximité immédiate et ils sont reliés de manière conductrice l'un à l'autre au milieu de l'enroulement total. La configuration bifilaire de l'enroulement de la bobine a pour but que, lors de la traversée, par le courant électrique, des deux chaînons constituant la bobine, les champs magnétiques créés se compensent mutuellement.
Dans le sens de la présente demande de brevet, on er.tend par ''configuration pseudo-bifilaire Il de l'enroulement en bobine, la configuration de deux chaînons de conducteurs de bobines dans deux espaces de bobines indépendants. Dans la forme de réalisation représentée, le premier chaînon do conducteur de bobi- ne de la première bobine d'induction 4 est décalé axia- lement par rapport au deuxième chaînon de conducteur de bobine de la deuxième bobine d'induction 5, en sorte que dans cette configuration pseudo-bifilaire, les champs magnétiques créés par les deux chaînons de conducteurs lorsqu'ils sont traversée par le courant ne se compensent qu'en partie. Par contre , la
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menter la force électromotrice totale induite lora du mouvement axial donné de l'aimant permanent 1 dans l'ouverture du manchon 2 et, en outre, cette configuration affaiblit l'influence perturbatrice éventuelle du champ magnétique extérieur. A cet affaiblissement de l'influence perturbatrice du champ magnétique extérieur contribue aussi le fait que le corps 7 est fait d'une matière ferromagnétique.
Dans la deuxième forme de réalisation du transducteur inductif, à la figure 2, le manchon 2 est pourvu au surplus, dans son ouverture cylindrique, d'une garniture anti-friction de forme cylindrique à paroi mince ,11. Le manchon 2, dans cette seconde forme de réalisation de l'invention, est fait avantageusement d'une masse céramique et la garniture anti-friction 11 est faite de Teflon. Cette configuration empêche le coinçage de l'aimant permanent 1 dans l'ouverture de forme cylindrique du manchon 2 et assure la stabilité dimensionnelle du manchon 2 même en cas de changements de température relativement importants. La réalisation matérielle d'autres parties du transducteur inductif dans la seconde forme de réalisation est pratiquement la même que celle du transducteur inductif suivant la première forme de réalisation.
La configuration pseudo-bifilaire de l'enroulement des deux bobines d'induction 3,4 est identique dans les deux formes de réalisation.
Lorsqu'on fixe le transducteur inductif sur
un objet animé d'oscillations, par exemple sur le pied de palier d'une turbine, l'aimant permanent 1 commence à se mouvoir par rapport aux autres parties du trans-
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7 avec le manchon 2, les aimants fixes 5,6 et les bo-
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gnes de force de l'aimant permanent 1 recoupent l'enroulement des bobines d'induction 3,4 dans lesquelles est induite la force électromotrice résultante qui est alors amplifiée et mesurée dans un appareillage approprié. Avec la réalisation pseudo-bifilaire avantageuse décrite des bobines d'induction 3,4 , cette force électromotrice résultante est la somme des forces électromotrices qui apparaissent séparément dans la première bobine d'induction 4 , et est donc maximale.
Inductive transducer
The invention relates to an inductive transducer.
or inductive transmitter for capturing vibra-
tions and oscillations, especially vibrations and
oscillations arising during the functional activity of machines and installations including
machines.
The vibrations are part of the parameters
most important characterizing the operating state
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the exploitation of vibrations is extraordinarily important, in particular for rotary machines which rotate rapidly, and in installations which work in long-term operation, for example steam turbines and gas turbines.
In the aforementioned energy installations,
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high temperatures, with great acceleration and with a considerable amplitude of oscillations reaching, in certain phases of the working regime, values which can reach a few hundred micrometers, while in normal operation, the amplitude of the oscillations only amounts to a few micro- <EMI ID = 3.1>
vibrations are: small dimensions and low weight, a linear characteristic in the whole measuring range and stability with respect to
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Inductive transducers are commonly used today to sense vibrations.
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of the transducer, an electromotive force is induced in these coils, force which is amplified and measured by means of a suitable apparatus. The drawback of the inductive transducers under consideration resides in that, when they are subjected to severe conditions, in particular during a considerable increase in the amplitude of the vibrations, the membranes burst.
Another inductive transducer known for picking up vibrations comprises a pick-up coil and two magnetic rings, one of which is a movable inner magnetic ring with play in a hollow space in the shape of a cylinder of another magnetic ring ex-
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I
a narrow cylinder-shaped intermediate space between the two magnetic rings, a thin pick-up coil mounted on a guide sleeve. By the oscillation of the movable inner magnetic ring is generated, in the pick-up coil, a
electromotive force which is appropriately amplified and measured. The drawback of this embodiment of the inductive transducer lies in that it emits a relatively weak signal and in that there is a defective guidance of the movable inner ring, inside the fixed outer magnetic ring,
this defective guidance causing, during operation, increased friction and a relative oblique arrangement of the moving parts with respect to each other and, consequently, a considerable linearity defect especially in the case of low vibration amplitudes ,
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the relative speed of the magnetic rings. The use of the inductive transducer which has just been described is therefore limited, for the reasons indicated, to measurement in the vertical direction.
In another known embodiment of the inductive transducer, concentrically,
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dies, a pick-up coil in the form of a thin disc, above which is disposed an axially displaceable magnet. As a result of the opposite polar orientation of the aforementioned magnets, it appears, in
their common frontal space, axial repulsive forces which act in the manner of a compression spring keeping the movable magnet in the state of permanent floating above the fixed magnet. This embodiment of the inductive vibration transducer allows oscillation measurements only in the vertical direction. There is also known an inductive transducer formed with a movable permanent magnet, for the capture of vibrations. This magnet is placed in a sleeve and fixed on both sides using two springs. All around the sleeve is arranged an induction coil.
During the movement of the movable magnet, there is, in
the coil, induction of an electromotive force which is amplified, measured and exploited appropriately. The disadvantage of this transducer lies in a low sensitivity due to friction in the sleeve and as a result of the torque developed by the springs on the permanent magnet, and which presses it against the walls of the sleeve. and the natural elastic frequency limit the application of
these transducers at relatively narrow frequency and acceleration domains. Also, the generation of elastic effects with a pre-
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expensive. Another method for measuring oscillations
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thermal aforementioned, consists in using piezoelectric oscillation transducers. In these transducers, we take advantage of the ability of certain crystals to transform mechanical forces into electrical voltage. This voltage is proportional
to the acceleration of the mass of the piezoelectric transducer, arising with the oscillations. The electrical voltage thus generated is then amplified again, measured and exploited in an appropriate apparatus. The advantage of these piezoelectric transducers lies, on the one hand, in their capacity to withstand large accelerations and large amplitudes of oscillations and, on the other hand, in their small dimensions. A disadvantage of these devices, on the other hand, is the fact that they transmit weak signals. This is why the associated amplifier equipment must be placed at a relatively small distance from the piezoelectric transducers. On the other hand, piezoelectric transducers are very sensitive to the non-uniformity of the temperature field in the environment.
The object of the invention is to eliminate most of the drawbacks of currently known inductive transducers. In an inductive transducer, the problem posed is solved by the invention by
the fact that, in an axial hollow space of a rod having, arranged frontally, fixed magnets
whose poles are oriented in the same direction, in the common frontal space of these magnets is disposed a movable axial permanent magnet whose blades are
oriented in opposite directions, induction coils
both wrapped in the sleeve around this common frontal space. Fixed magnets are wound around the common front space, at the polar spaces, pseudo-two-wire induction coils. In the axial hollow space of the sleeve is arranged an anti-friction lining. The permanent magnet is itself provided with an anti-friction sleeve.
The inductive transducer according to the invention has relatively small dimensions and it supports considerable accelerations and amplitudes of vibrations. It is simple, also supports a non-uniform temperature field and transmits a relatively strong output signal which makes it possible to place the amplification and measurement equipment at a distance more
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has a very good sensitivity and retains a linear characteristic of the dependence of the electromotive output force on speed, and supports temperatures up to 250 ° C.
Examples of embodiments of the inductive transducer according to the invention are illustrated by the drawings attached to this specification, which will be explained more fully below. We see, in:
- Figure 1, an embodiment, in axial section; and in
- Figure 2, an alternative embodiment, also in axial section.
In the first embodiment according to FIG. 1, the inductive transducer is made up of: a closed orps in the shape of a cylinder, 7, in space: at the bottom of which is a sleeve 2 with, arranged: eccentrically in space frontal, fixed magnets 5,6 between which, in the common frontal space, in a cylindrical opening -the sleeve 2, is a permanent magnet 1 in the form of a cylinder, mounted concentrically and axially movable. The-
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5 and 6 and the polar orientation, opposite to the previous one, of the mobile permanent magnet 1 create, in the first frontal polar space 9, between the first
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that in the second frontal polar space 10, between the second fixed magnet 6 and the mobile permanent magnet 1, axial repulsion forces, so that the magnetic fields of these frontal polar spaces 9,10 play the role of elements of elastic pressures, with a very good characteristic.
The repulsion forces created in the two frontal polar spaces 9, 10 prevent, in any position of rest of the inductive transducer,
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conch fixed magnets 5,6. The movable permanent magnet 1 axially traversed by a ventilation opening 12 carries on its outer surface an anti-friction sleeve 8. The material of the sliding surface of the anti-friction sleeve 8 and the material of the sleeve 2 are chosen to have a minimum mutual friction coefficient. In the first embodiment described, the anti-friction sleeve 8 is made of brass, provided on its friction surface with a layer of chromium, the sleeve 2 being anchored, in this first embodiment, in Teflon. In the cylindrical surface
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devices in which windings are arranged
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As is known, the coil winding in the two-wire configuration is formed of two coil conductor links which are arranged in the same coil space and which comprise two conductors of approximately the same length. The conductor of one of the links is wound in the opposite direction to the conductor of the second link, and the two conductors are wound alternately in the immediate vicinity and they are conductively connected to each other in the middle of the total winding. The purpose of the two-wire configuration of the winding of the coil is that, during the crossing, by the electric current, of the two links constituting the coil, the magnetic fields created compensate each other.
In the sense of the present patent application, er.tend by '' pseudo-two-wire configuration II of the coil winding, the configuration of two links of coil conductors in two independent coil spaces. In the embodiment shown, the first coil conductor link of the first induction coil 4 is axially offset with respect to the second coil conductor link of the second induction coil 5, so that in this pseudo-two-wire configuration, the magnetic fields created by the two links of conductors when crossed by the current only partially compensate for each other. However, the
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lie the total electromotive force induced lora of the given axial movement of the permanent magnet 1 in the opening of the sleeve 2 and, moreover, this configuration weakens the possible disturbing influence of the external magnetic field. To this weakening of the disturbing influence of the external magnetic field also contributes the fact that the body 7 is made of a ferromagnetic material.
In the second embodiment of the inductive transducer, in FIG. 2, the sleeve 2 is additionally provided, in its cylindrical opening, with a thin-walled cylindrical anti-friction lining, 11. The sleeve 2, in this second embodiment of the invention, is advantageously made of a ceramic mass and the anti-friction lining 11 is made of Teflon. This configuration prevents the permanent magnet 1 from wedging in the cylindrical opening of the sleeve 2 and ensures the dimensional stability of the sleeve 2 even in the event of relatively large temperature changes. The material embodiment of other parts of the inductive transducer in the second embodiment is practically the same as that of the inductive transducer according to the first embodiment.
The pseudo-two-wire configuration of the winding of the two induction coils 3,4 is identical in the two embodiments.
When fixing the inductive transducer on
an object animated by oscillations, for example on the landing leg of a turbine, the permanent magnet 1 begins to move relative to the other parts of the trans-
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7 with the sleeve 2, the fixed magnets 5,6 and the bo-
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force magnets of the permanent magnet 1 intersect the winding of the induction coils 3,4 in which the resulting electromotive force is induced which is then amplified and measured in an appropriate apparatus. With the advantageous pseudo-two-wire embodiment described of the induction coils 3,4, this resulting electromotive force is the sum of the electromotive forces which appear separately in the first induction coil 4, and is therefore maximum.