CS219371B1 - Indukční snímač - Google Patents

Abstract

Vynález se týká indukčního snímače pr>o snímání vibrací a otřesů. Účelem vynálezu je odstranit použití pružin, zmenšit rozměry snímače, .a to při snášení značného zrychlení i amplitudy vibrací. V osové dutině pouzdra s čelně umístěnými sousledně pélově orientovanými pevnými magnety je v jejich společném čelním prostoru axiálně pohyblivě upravený nesousledně pólově orientovaný permanentní magnet, přičemž v pouzdře jsou okolo tohoto společného čelního prostoru navinuty indukční cívky. Pohyblivý permanentní magnet je opatřen antifrikčním obalem a v osové dutině pouzdra je upravena antiírikční vložka.

Description

Vynález se týká indukčního snímače pro snímání vibrací a otřesů, zejména vibrací a otřesů, vznikajících při pracovní činnosti strojů a strojních zařízení.

Vibrace jsou jedním z důležitých parametrů, charakterizujících provozní stav a pracovní režim stroje. Měření a vyhodnocování vibrací je mimořádně důležité zejména u rychloběžných strojů a zařízení pracujících v dlouhodobém provozu, například u parních a plynových turbin.

U jmenovaných tepelně energetických zařízení jsou snímače vibrací často vystavovány vysokým teplotám, velkému zrychlení i značné amplitudě, dosahující v jistých fázích pracovního režimu hodnot i několika set mikrometrů, zatímco v běžném provozu je velikost amplitudy vibrace pouze několik málo mikrometrů. Další požadavky kladené na snímače vibrací jsou: malé rozměry a váha, lineární charakteristika v celém měřicím rozsahu a odolnost vůči elektromagnetickému rušení.

V současné době se běžně používají indukční snímače vibrací, u nichž je permanentní magnet zavěšen na pružné membráně mezi dvěma pevně uchycenými cívkami. Při pohybu snímače se v těchto cívkách indukuje elektromotorická síla, která se vhodnou aparaturou zesiluje a měří. Nevýhodou uvedených indukčních snímačů je, že v těžkých podmínkách, zejména při velkém zvýšení amplitudy vibrací, u nich praskají membrány.

Jiný indukční snímač vibrací sestává ze snímací cívky a ze dvou magnetických prstenců, z nichž vnitřní pohyblivý magnetický prstenec je s vůlí uložen ve válcovité dutině vnějšího pevného magnetického prstence a v úzkém meziválcQvém prostoru mezi oběma magnetickými prstenci je ,na vodicím pouzdře upravena tenká snímací cívka. Kmitáním vnitřního pohyblivého magnetického prstence se ve snímací cívce indukuje elektromotorická síla, která se vhodným způsobem zesiluje a měří. Nevýhodou tohoto provedení Indukčního snímače je poměrně slabý signál a nedokonalé vedení vnitřního pohyblivého magnetického prstence uvnitř vnějšího pevného magnetického prstence, které v provozu způsobuje zvýšení tření a příčení vzájemně se pohybujících částí a tím zejména při malých amplitudách vibrace vyvolává značnou nelinearitu v závislosti indukované elektromotorické síly na relativní rychlosti magnetických prstenců. Použití právě popsaného indukčního snímače je z uvedených důvodů omezeno pouze na měření ve vertikálním směru.

Další provedení indukčního snímače je známo z československého autorského osvědčení číslo 172 849, u něhož je ve vodicím profilu nad nehybně uloženým pevným magnetem koncentricky ustavena tenká kotoučovitá snímací cívka, nad kterou pak je upraven axiálně posuvný magnet. Vzhledem k nesousledné pólové orientaci zmíněných magnetů se v jejich společném čelním prostoru vytvářejí axiální odpudivé síly, které působí jako tlačný pružící prvek, udržující posuvný magnet v trvalém vznosu nad pevným magnetem. Také toho chráněné provedení indukčního snímače umožňuje měření vibrací pouze ve vertikálním směru. Je rovněž znám indukční snímač vibrací, tvořený posuvným permanentním magnetem, který je umístěn v pouzdře a oboustranně uchycen dvěma pružinami. Kolem pouzdra je uspořádána indukční cívka. Při pohybu posuvného magnetu se v cívce indukuje elektromotorická síla, která se vhodným způsobem zesiluje, měří a vyhodnocuje. Nevýhodou .tohoto snímače je nižší citlivost vlivem tření v pouzdře a následkem kroutícího momentu, vyvozovaného pružinami na permanentní magnet a přitlačujícího jej ke stěnám pouzdra. Mimoto hmota a vlastní frekvence pružin omezuje použití těchto snímačů na poměrně úzké pásmo frekvence a zrychlení. Rovněž výroba pružin s přesnou charakteristikou a s přesnými rozměry je ob tížná a nákladná. iDalší způsob měření vibrací zejména u zmíněných tepelně energetických zařízení spočívá v použití piezoelektrických snímačů chvění. U uvedených piezoelektrických snímačů se využívá schopnosti některých krystalů převádět mechanické .síly na elektrické napětí, které je úměrné zrychlení hmoty piezoelektrického snímače, vznikajícímu při vibraci. Takto vznikající elektrické napětí se pak vhodnou aparaturou opět zesiluje, měří a vyhodnocuje, Výhodou piezoelektrických snímačů je jednak jejich schopnost snášet velká zrychlení a amplitudy vibrací a jednak jejich malé rozměry. Nevýhodou je, že dávají slabé signály. Proto příslušná zesilující aparatura musí být od piezoelektrického snímače umístěna v poměrně malé vzdálenosti. Dále jsou piezoelektrické snímače velmi citlivé na okolní nerovnoměrné teplotní pole.

Značnou část nevýhod současných snímačů vibrací odstraňuje indukční snímač vibrací podle vynálezu, Podstata vynálezu spočívá v tom, že v osové dutině pouzdra s čelně umístěnými sousledně pólově orientovanými pevnými magnety je v jejich společném čelním prostoru axiálně pohyblivě upravený nesousledně pólově orientovaný permanentní magnet, přičemž v pouzdře jsou okolo tohoto společného čelního prostoru navinuty indukční cívky. V pouzdře okolo společného čelního prostoru pevných magnetů j&ou v místech pólových prostorů pseudofibilárně navinuty indukční cívky. V osové dutině pouzdra je upravena antifrikční vložka. Permanentní magnet je opatřen antifrikčním obalem.

Indukční snímač podle vynálezu má poměrně malé rozměry a snese značná zrychlení i amplitudy vibrací. Je nenáročný, snáší i nerovnoměrné teplotní pole a dává po219371 měrně silný výstupní signál, čímž umožňuje umístění zesilovací a měřicí -aparatury ve větší vzdálenosti. Jeho citlivost je velmi dobrá, při zachování lineární charakteristiky v závislosti výstupní elektromotorické síly na rychlosti snáší teploty do 250 °C.

Příklady provedení indukčního snímače podle vynálezu jsou znázorněny na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je v osovém řezu jeho první alternativní provedení a na obr. 2 je opět v osovém řezu jeho druhé alternativní provedení.

Indukční snímač v prvním provedení podle obr. 1 sestává z uzavřeného válcovitého tělesa 7, v jehož dutině je upevněno pouzdro 2 s čelně koncentricky upravenými pevnými magnety 5, 6, mezi nimiž ve společném čelním prostoru je ve válcovitém otvoru tohoto pouzdra 2 axiálně pohyblivě koncentricky uložen válcovitý pohyblivý permanentní magnet 1. Vzájemná sousledná pólová orientace pevných magnetů 5, 6 a vzhledem k nim nesousledně pólově orientovaného pohyblivého permanentního magnetu 1 vytvářejí jak v prvním čelním pólovém prostoru 9 mezi prvním pevným magnetem S a pohyblivým permanentním magnetem 1, tak ve druhém čelním pólovém prostoru 10 mezi druhým pevným magnetem 6 a pohyblivým permanentním magnetem 1 axiální odpudivé síly, takže magnetická pole v uvedených čelních pólových prostorech 9, 1(1 působí jako tlačné pružící prvky s velmi výhodnou charakteristikou.

Uvedené odpudivé síly magnetických polí, působících v pólových prostorech 9, 10, přitom v libovolné klidové poloze indukčního snímače zamezují bezprostřednímu styku pohyblivého permanentního magnetu 1 s kterýmkoliv z pevných magnetů 3, 6. Pohyblivý permanentní magnet 1, ve kterém je vytvořen čelně průchozí ventilační otvor 12, je na svém vnějším válcovitém povrchu opatřen antifrikčním obalem 8. Materiál kluzné plochy antiifrikčního obalu 8 a materiál pouzdra 2 jsou vybrány s ohledem na minimální vzájemný koeficient tření. V prvním popisovaném provedení je antifrikční obal 8 vytvořen z mosazi, která ‘je na třecí ploše opatřena vrstvou chrómu, pouzdro 2 pak je v tomto prvním provedení zhotoveno z teflonu. Na vnějším válcovitém povrchu pouzdra 2 jsou vytvořeny dva obvodové zápichy, v nichž jsou pseudobifilárně upraveny indukční cívky 3, 4. Jak je známo, cívkové vinutí v bifilární úpravě sestává ze dvou cívkových vodičových osnov, uspořádaných v jednom cívkovém prostoru vodičových osnov, uspořádaných v jednom cívkovém prostoru a tvořených dvěma vodiči o přibližně stejné délce, kde vodič jedné osnovy je vinutý protiběžně vzhledem k vodiči druhé osnovy, přičemž oba vodiče jsou navinuty střídavě v bezprostřední blízkosti a jsou uprostřed celkové délky tohoto cívkového vinutí navzájem vodivě spojeny. Bifilární úprava cívkového vinutí má za účel vzájemně kompenzovat magnetická pole, vznikající při průtoku elektrického proudu oběma cívkovými vodičovými osnovami.

Ve smyslu této přihlášky vynálezu se pak pod pojmem pseudoblfilární úpravy cívkového vinutí rozumí úprava obou cívkových vodičových osnov do dvou samostatných cívkových prostorů. Ve znázorněném provedení je první cívková vodičová osnova první indukční cívky 4 axiálně přesazena vzhledem ke druhé cívkové vodlčové osnově druhé indukční cívky 5, takže v této· pseudobifilární úpravě se magnetická pole, vznikající při průchodu elektrického proudu oběma vodičovými osnovami, kompenzují pouze částečně. Zato¹ však uvedená pseudobifilární úprava umožňuje zvýšit celkovou elektromotorickou sílu, indukovanou při daném axiálním pohybu pohyblivého permanentního magnetu 1 v otvoru pouzdra 2, a dále tato úprava oslabuje případný rušivý vliv vnějšího magnetického pole. K uvedenému oslabení rušivého vlivu vnějšího magnetického pole přispívá i vytvoření tělesa 7 z ferromagnetického materiálu.

U druhého provedení indukčního' snímače, znázorněného na obr. 2 je vzhledem k prvnímu popsanému provedení pouzdro 2 ve svém válcovitém otvoru dále opatřeno' tenkostěnnou válcovitou antifrikční vložkou

11. Pouzdro 2 je v tomto druhém provedení s výhodou vytvořeno z keramické hmoty a antifrikční vložka 11 je vytvořena z tefíonu. Tato úprava zamezuje váznutí pohyblivého permanentního magnetu 1 ve válcovitém otvoru pouzdra 2 a zaručuje rozměrovou stabilitu pouzdra 2 i při relativně vysokých teplotních změnách. Tělesné vytvoření ostatních částí indukčního snímače ve druhém provedení je prakticky stejné jako u indukčního snímače podle popsaného a nakresleného prvního provedení. Také pseudoblfilární úprava vinutí indukčních cívek 3, 4 je u obou provedení shodná.

Při upevnění indukčního snímače na kmitající předmět, například na ložiskový stojan turbiny, se permanentní magnet 1 začne pohybovat vůči ostatním částem indukčního snímače, to je vůči jeho tělesu 7 s pouzrem 2, pevnými magnety 5, 8 a indukčními cívkami 3, 4. Během tohoto pohybu siločáry pohyblivého· permanentního' magnetu 1 protínají vinutí indukčních cívek 3, 4, v nichž se indukuje výsledná elektromotorická .síla, která se pak ve vhodné aparatuře zesiluje a měří. Při popsaném výhodném pseudobiifilárním uspořádání indukčních cívek 3, 4 je tato výsledná elektromotorická síla součtem dílčích elektromotorických sil vznikajících separátně v první indukční cívce 3 a v druhé indukční cívce 4 a je tudíž maximální.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT

   1. Indukční snímač pro snímání vibrací a otřesů, obsahující permanentní magnet, pohyblivě uložený vzhledem k nejméně jedné indukční cívce, vyznačující se tím, že vosové dutině pouzdra (2) s čelně umístěnými sousledně pólově orientovanými pevnými magnety (5, 6] je v jejich společném čelním prostoru axiálně pohyblivě upravený nesiousledně pólově orientovaný pohyblivý permanentní magnet (1), přičemž v pouzdře (2) jsou okolo tohoto společného čelního prostoru navinuty indukční cívky (3, 4).
2. 2. Indukční snímač podle bodu 1 vyznačující se tím, že v pouzdře (2) okolo společného* čelního prostoru pevných magnetů (5, 6) jsou v místech pólových prostorů (9, 10) pseudobifllárně navinuty indukční cívky (3, 4).
3. 3. Indukční snímač podle hodu 1 vyznačující se tím, že v osové dutině pouzdra (2) je upravena antifrikční vložka (11).
4. 4. Indukční snímač podle bodu 1 vyznačující se tím, že permanentní magnet (1) je opatřen antifrikčním obalem (8).