CN101126647A - 用于控制电感器温度稳定性的方法和系统 - Google Patents

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CN101126647A CNA2007101385105A CN200710138510A CN101126647A CN 101126647 A CN101126647 A CN 101126647A CN A2007101385105 A CNA2007101385105 A CN A2007101385105A CN 200710138510 A CN200710138510 A CN 200710138510A CN 101126647 A CN101126647 A CN 101126647A
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Abstract

本发明提供一种用于控制电感器温度稳定性的方法和系统。该方法包括确定用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当该线圈受到大约150千赫至大约350千赫的频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定,以及调节线圈几何形状,使得线圈的电阻-温度曲线基本上恒定。

Description

用于控制电感器温度稳定性的方法和系统
技术领域
本发明涉及电感器温度稳定性的控制,更特别地涉及用于控制接近探测器(proximity probe)的探测线圈温度稳定性的方法和装置。
背景技术
至少一些已知的旋转和往复机器使用涡流或者接近探测器以有助于监视机器振动或者电机位置性能。接近探测器操作的环境可能会相对苛刻。
通常,接近探测器输出与在目标对象例如机器的旋转轴或者旋转元件轴承的外环和接近探测器的探测线圈之间的距离有关的信号。在目标和接近探测器的探测线圈之间的间隙或者距离需要保持在接近探测器的线性范围内,用于提供机器振动性能的准确和稳定测量。因此,为了提供准确和稳定的测量,接近探测器应该在所有的操作环境条件下都保持在线性操作范围内。
与接近探测器有关的电子器件通常包含振荡电路,该振荡电路的振荡幅度取决于探测线圈的导电性。当电路振荡时,探测线圈具有流过其中的交流电流,从而引起探测线圈以交流磁场的形式辐射能量。当将目标对象置于由探测线圈发出的交流场中时,目标对象吸收来自探测线圈的部分辐射能量。该能量的吸收是源于在目标中产生涡流的交流场,其循环以便对抗产生它们的交流场。受到目标对象吸收的总能量与目标对象和探测线圈之间的距离有关。目标离探测线圈越近,因为涡流原理目标从探测线圈中吸收的能量越多。因此,振荡电路的振荡幅度将随着在探测线圈和目标之间的距离的变化而变化。
在宽范围的电路和环境条件下提供准确和稳定的测量能力至少部分取决于探测线圈的性能,包括用于缠绕线圈的导线的材料和直径、接近探测器系统的电子器件和系统的操作频率。探测线圈和其余的电子器件通常具有宽范围的容许偏差(tolerance),例如增益、偏置电压、偏置电流和温度系数。因此,每一产品单元必须被初始校准以包含这些容许偏差。此外,接近探测器的探测线圈通常包含温度漂移误差之源,其试图在最终产品中被补偿。
在探测线圈中温度漂移误差之源归因于线圈-温度相关电阻和线圈。随探测线圈的这种温度相关的电阻和线圈的电感对温度漂移误差之源造成影响,这导致了不准确的接近探测器测量,从而产生在目标和探测线圈之间的间隙改变的假象。这种接近探测器温度稳定性的不一致导致不可预知的以及不稳定的测量,即使当接近探测器在其操作的线性范围内工作。对于这种不一致性的补偿对于促进温度相关误差来说通常仅仅部分有效。
发明内容
在一个实施例中,一种组装接近探测器的方法,包括确定用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当线圈受到大约150千赫至大约350千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近不变,并且调整线圈几何形状使得线圈的电阻-温度曲线基本上不变。
在另一个实施例中,一种接近探测器的构造,通过测量在探测器和与旋转机器有关的目标之间的间隙监控旋转机器,该接近探测器包括配置其位置磁性接近该线圈第一侧上的目标的线圈和接近该线圈的第二相对侧设置的调节盘,所述线圈包括用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当线圈受到大约150千赫至大约350千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近不变,其中在第一线圈和该调节盘之间的距离是可变化的以产生线圈的预定标度参数。
在又一实施例中,一种系统,用于确定在涡流接近探测器和目标之间确定的间隙,其包括接近探测器和调节盘,该接近探测器包括配置其位置磁性接近线圈第一侧上的目标的线圈,使得输出信号与在接近探测器和目标之间的距离有关,所述线圈包括用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何尺寸,使得线圈受到大约150千赫至大约350千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定,该调节盘接近线圈的第二相对侧设置,其中在第一线圈和调节盘之间的距离是可变换的以产生线圈的预定标度参数。该系统还包括连接该接近探测器的电路,该电路配置成将激励频率传输给接近探测器并且接受来自该接近探测器的输出信号。
附图说明
图1是接近探测器系统的示意图;
图2是根据本发明实施例的典型接近探测器的分解透视图;和
图3是图2所示的接近探测器的典型组装方法的流程图。
具体实施方式
图1是接近探测器系统100的示意图。接近探测器系统100配置成监控目标对象例如机器(未示出)的旋转轴102。接近探测器系统100包括接近探测器104,该接近探测器104包括温度稳定电感器106、电子电路108和监控系统110。通常,接近探测器104可操作地连接于电子电路108并且相邻旋转轴102设置用于监控其振动或者电机位置特性。接近探测器104使用涡流以产生表示旋转轴102和电感器106之间的间隙112的信号。接近探测器104包括磁性耦合于电感器106用于设定接近探测器104输出的标度范围(scale range)的调节盘114。
接近探测器104确定了容纳电感器116和调节盘114的公共外壳。在典型实施例中,接近探测器104由经处理的模压材料118的块材形成,该模压材料确定具有前端120和后端122的密封装。电感器106通常对称设置在接近探测器104中。沿着接近探测器104的最前方部分制造整体形成的厚度126基本上均匀的保护探测器尖端124。模压材料118基本上包围电感器106紧邻的前端部120并且安置从后端122发源的部分电缆128。调节盘114是可调节的,使得可以选择和保持电感器106和调节盘114之间的距离138,从而有助于控制接近探测器104的输出特性。
在典型实施例中,电缆128包括多轴电缆,该多轴电缆包括电连接于电感器106的第一引线142的中心导线140和电连接于电感器106的第二引线146的同轴导线144,其中中心导线72和同轴导线74由绝缘体或电介质148隔开。在典型实施例中,编织套管150外接同轴导线144并且由绝缘体152从其中分离出来。编制套管150提供额外的屏蔽以及机械集成于电缆128。电缆128延伸至密封118的后端116的外部并且将电感器106连接于电子电路108以在它们之间提供输出信号和功率输入。
电子电路108可操作地连接于电感器106用于从电感器106以交流磁场158的形式辐射能量至旋转轴102并且用于接收来自电感器106的信号。旋转轴102吸收部分这种辐射能量并且通过电子电路108接收的来自电感器106的信号作为在旋转轴102和电感器106之间的距离的函数。因此,旋转轴102越接近电感器106,源于旋转轴102中感应的涡流旋转轴102吸收的能量越多。
特别地,由轴102对辐射能量的吸收在轴102中产生涡流地交流磁场158的结果,其循环以便对抗产生它们的磁场158。这种行为引起线圈电阻变化。此外,在紧密相邻的导体中电流的相互作用,电感器106的匝数,产生了响应于交流电流的电阻随温度的变化。因此,在电感器106的紧密相邻匝中电流地相互作用和在轴102中电流的作用产生响应于交流电流的温度漂移和增益变化。在典型实施例中,根据系统性能需要和接近探测器104的操作环境进行预先选定电感器106的尺寸和电感器106包含的导线的尺寸。例如,距离112可以确定接近探测器104和电感器106的直径。系统的操作频率根据电感器106的尺寸以及用于形成电感106的导线的电特性和尺寸确定。系统以特定频率操作,从而提供可以接受的温度稳定性。该频率可以理论上而确定,例如使用计算机编程根据导线组成、直径和线圈绕组的几何构造确定频率。这提供了系统将操作的基线频率。该系统在其操作温度范围内进行反复测试以确定最佳操作频率。在典型实施例中,当在150千赫至350千赫频率之间工作时,涡流电流系统是温度稳定的。特别地,在大约267千赫频率下操作时,对于构造如此处所描述的50mm直径探测器来说,该系统是温度稳定的。
使用确定的频率,电阻-温度曲线的线性根据经验确定。为了提高在整个期望的范围内电阻-温度曲线的线性,可以调节电感器106的电感值,例如通过增加或者去除电感器106的绕组匝,使得由电感器106和目标对象(例如轴102)产生的影响电感器10温度稳定性的温度漂移和增益变化基本上相互抵消,其导致温度稳定接近探测器104。因此,在机器监控的环境中发现的温度变化的情况中,温度补偿接近探测器保持在旋转轴102和电感器106之间的间隙112保持者准确的表示。
图2是根据本发明实施例的典型接近探测器104的分解透视图。接近探测器104包括容纳电感器106和调节盘114的公共外壳116。在典型实施例中,接近探测器104由模压材料118形成,该模压材料118确定了具有前端120和后端122的密封装。电感器106在接近探测器104中通常对称设置。沿着接近探测器104的最前端部制造整体形成的厚度126基本上均匀的保护探测器尖端124。模压材料118基本上包围电感器106紧邻的前端120。馈通轴套202从后端122延伸以引导和保护电感器106的电缆128(在图2中未示出)。轴套202包括贯通其中的孔204和螺纹部分206,该螺纹部分206配置成以螺纹方式与调节盘114的螺纹部分208啮合。调节盘114的调盘是可调的,使得在电感器106和调节盘114之间的距离可以选择并且保持,从而有助于控制接近探测器104的输出特性。焊接环210有助于将壳体212密封到外壳116上。
图3是(图2所示的)接近探测器104的典型组装方法300的流程图。该方法包括确定用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当该线圈受到大约150千赫至大约350千赫的频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定302,调节线圈几何形状,使得线圈的电阻-温度曲线基本上恒定304。
根据接近探测器的应用选择线圈的几何形状。在典型实施例中,选择50mm直径的探测器。选择线圈的几何形状还包括选择导线直径和材料。在操作期间施加给该探测器的激励使用例如基于确定操作频率的算法的计算机来确定,其中该操作频率有助于减少探测器输出的温度相关的。在典型实施例中,该算法使用选择的线圈几何形状和线圈导线尺寸和电特性以确定在大约150千赫至大约350千赫之间的操作频率。在线圈和目标之间的不同间隙距离对该线圈进行的输出测试。在一个这种测试中,探测器的周围温度在探测器的实际温度极限之间变化。反复调节该线圈的几何形状以获得基本上恒定的线圈的电阻-温度曲线。例如,添加或者去除线圈匝以控制线圈电感,使得激励频率相应变化。在典型实施例中,大约267千赫的操作频率是最终的操作频率。此外,在实施例中调节盘包括设置于线圈远离目标的线圈相对侧上的不锈钢盘。当激励信号施加于该线圈时,该调节盘磁性耦合于该线圈。该调节盘以螺纹方式连接于从线圈外壳的侧面延伸出的轴套。线圈的标度参数通过将调节盘旋拧到更接近该线圈或者远离线圈来进行控制。当输出标度尺寸确定在预定数值时,调节盘位于适当位置并且该接近探测器进一步组装。
温度稳定接近探测器系统的上述实施例提供了用于监控机器的节省成本并且稳定的器件。更具体地,制造接近探测器的线圈使得选择的操作频率基本上减轻线圈输出的温度相关性。结果,提供了有助于提高接近探测器的准确性和可重复性的接近基监控系统。
以上详细描述监控系统的典型实施例。示出的监控系统元件不限于在此描述的特定实施例,而是监控系统的每一元件可以不受在此描述地其它元件限制自由和单独地使用。例如,上述监控系统元件还可以与其它监控系统组合使用。
尽管根据各种特定实施例已经描述了本发明,本领域技术人员应该知道在本发明的精神和范围之中本发明可以以各种形式实施。
部件列表
10    温度稳定电感器
72    中心导线
74    同轴导线
100   接近探测器系统
102   旋转轴
104   接近探测器
106   电感
108   电子电路
110   监控系统
112   间隙
114   调节盘
116   外壳
118   模压材料
120   前端
122   后端
124   保护探测器尖端
126   厚度
128   电缆
138   距离
140   中心导线
142   第一引线
144   同轴导线
146   第二引线
148   绝缘体或者电介质
150   编织套管
152   绝缘体
158   磁场
202   轴套
204   孔
206   螺纹部分
208   螺纹部分
210   焊接环
212  壳体
300  方法
302  确定
304  调节。

Claims (10)

1.一种接近探测器(104),配置成通过测量所述探测器和与旋转机器有关的目标之间的间隙(112)来监控一旋转机器,所述接近探测器包括:
配置成其位置磁性地接近该线圈第一侧上的该目标的线圈,所述线圈包括用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当线圈受到大约150千赫至大约350千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线近似不变;和
接近该线圈的第二相对侧设置的调节盘(114);
其中,在第一线圈和该调节盘之间的距离(138)是可变化的以产生用于线圈的预定标度参数。
2.根据权利要求1的接近探测器(104),其中所述线圈包括用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当线圈受到大约267千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定。
3.根据权利要求1的接近探测器(104),其中所述线圈包括DC导线电阻和邻近效应导线电阻,其导致与温度有关的串连电阻。
4.根据权利要求3的接近探测器(104),其中所述线圈包括多匝导线和配置成有助于减少以预定频率操作时线圈的温度相关的几何形状。
5.根据权利要求1的接近探测器(104),其中所述线圈包括多匝导线和根据操作过程中邻近探测器和目标之间的距离的几何形状。
6.根据权利要求1的接近探测器(104),其中所述线圈包括接近50mm的线圈直径。
7.一种用于确定涡流接近探测器和目标之间确定的间隙(112)的系统(100),所述系统包括:
接近探测器(104),包括:
配置成其位置磁性接近在线圈第一侧上的该目标的线圈,使得输出信号在接近探测器和目标之间的距离有关,所述线圈包括用于探测器的线圈导线尺寸和线圈几何尺寸,使得线圈受到大约150千赫至大约350千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定;和
接近线圈的第二相对侧设置的调节盘(114),其中第一线圈和调节盘之间的距离(138)是可变换的以产生用于线圈的预定标度参数;以及
连接所述接近探测器的电子电路,该电子电路配置成将激励频率传输给接近探测器并且接受来自该接近探测器的输出信号。
8.根据权利要求7的系统(100),其中所述线圈包括用于探测器(104)的线圈导线尺寸和线圈几何形状,使得当线圈受到大约267千赫的激励频率激励时,线圈的电阻-温度曲线接近恒定。
9.根据权利要求7的系统(100),其中所述线圈包括DC导线电阻和邻近效应导线电阻,其导致的温度相关的串连电阻。
10.根据权利要求9的系统(100),其中所述线圈包括多匝导线和配置成有助于减少以预定频率操作时线圈的温度有关的几何形状。
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