CS246914B1 - Indukční snímač vibrací - Google Patents

Abstract

Účelem řešení je snímač s dostatečnou silou signálů a citlivostí při zachování malých rozměrů. U indukčního snímače vibrací s dvěma čelně umístěnými a sousledně pólově orientovanými nepohyblivými magnety, v jejichž společném prostoru je umístěn pohyblivý prstencový permanentní magnet pólově nesousledně orientovaný vůči pevným magnetům se toho dosahuje tím, že první cívka je pseudobifilárně navinuta kolem nepohyblivého pouzdra, ve kterém se pohybuje pohyblivý prstencový permanentní magnet, kdežto druhá cívka pseudobifilárně navinutá na oboustranně pevně uchycené kostře je uspořádána v dutině pohyblivého prstencového permanentního magnetu.

Description

Předmětem vynálezu je indukční snímač vibrací.

Vibrace jsou jedním z důležitých parametrů charakterizující provozní stav strojů. Měření vibrací je velmi důležité u rychloběžných strojů a zařízení zejména v energetice a dopravě, například u spalovacích a parních turbin, kompresorů, ventilátorů, uhelných mlýnů, vibračních podavačů, turbodmýohadel, leteckých motorů atd.

U jmenovaných zařízení, zejména u leteckých motorů a energetických zařízení jsou snímače vibrací často vystavovány zvýšeným teplotám, velkému zrychlení a amplitudě dosahující v určitých provozních režimech hodnoty několika tisíc mikronů, zatímco u rychloběžných rotačních strojů v ustáleném provozu je amplituda vibrací pouze několik málo mikronů.

Dalšími požadavky na snímače vibrací jsou malé rozměry a hmotnost, lineární charakteristika v celém frekvenčním pásmu, malý teplotní drift 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 u nich je, že v těžkých podmínkách, zejména při velkém zvýšení amplitudy vibrací u nich praskají membrány. Také jejich frekvenční charakteristika není lineární.

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. 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 těchto snímačů je obtížná.

Další způsob je měření piezoelektrickými snímači vibrací. Využívá se schopnosti některých krystalů převádět mechanické síly na elektrické napětí, které je úměrné zrychlení hmoty piezoelektrického snímače, vznikajícímu při vibracích. Výhodou je jednak jejich schopnost snášet velké zrychlení a amplitudy vibrací a jednak jejich malé rozměry. Nevýhodou je, že dávají slabé signály, dále jsou velmi citlivé na teplotně nerovnoměrné pole okolí.

Jsou známé i indukční snímače vibrací, u nichž pohyblivý permanentní magnet je zavěšen v magnetickém poli, tvořeném dvěma pevnými magnety, které jsou nesousledně orientovány vůči pohyblivému magnetu. Pohyblivý magnet se pohybuje v pouzdře, kolem kterého je pseudobifilárně navinuta indukční cívka. Při pohybu permanentního magnetu v této cívce se indukuje elektromotorická síla, která se zesiluje a měří. Tyto indukční snímače jsou velmi spolehlivé, s dobrou lineární charakteristikou, ale intenzita signálů a citlivost snímačů je závislá na jejich velikosti.

Jiný typ indukčních snímačů s pohyblivým permanentním magnetem zavěšeným v magnetickém poli má indukční cívku uspořádanou uvnitř pohyblivého permanentního magnetu, který má prstencový tvar. Tento snímač má malý rozměr, malý teplotní drift, snese velká zrychlení a amplitudy vibrace, je velmi odolný vůči elektromagnetickému rušení, ale má poměrně slabý signál a větší necitlivost při malém zrychleni.

Nevýhody dříve uvedených snímačů vibrací odstraňuje snímač vibrací s dvěma čelně umístěnými a sousledně pólově orientovanými nepohyblivými magnety, v jejichž společném čelním prostoru je umístěn pohyblivý prstencový permanentní magnet pólově nesousledně orientovaný vůči pevným magnetům, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že první cívka je pseudobifi^lárně navinuta kolem nepohyblivého pouzdra*, vé kterém se pohybuje pohyblivý magnet, kdežto druhá cívka pseudobifilárně navinutá na oboustranně pevně uchycené kostře je uspořádaná v du3 tině pohyblivého prstencového permanentního magnetu. Obě cívky jsou vzájemně propojeny tak, že elektromotorická síla vzniklá v jednotlivých cívkách při pohybu pohyblivého magnetu se sčítá.

Oba pevné magnety jsou prstencového tvaru. Pohyblivý magnet je opatřen vlastním pouzdrem s dobrými antifrikčními vlastnostmi.

Indukční snímač podle vynálezu má malé rozměry a snese značná zrychlení a amplitudy vibrace. Jeho robustní konstrukce zaručuje spolehlivý provoz a nerovnoměrné teplotní pole nemá vliv na jeho charakteristiku. Těleso snímače u feritického materiálu zaručuje účinné magnetické tlumení pohybu pohyblivého magnetu a dobré stínění obou indukčních cívek do elektromagnetických poruch. Nepohyblivé pouzdro z teflonu a pouzdro pohyblivého magnetu z antifrikčního materiálu zajištuje malé tření a tím i vysokou citlivost snímače. Elektrický signál snímače podle vynálezu je podstatně silnější než u snímačů obdobného typu.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na přiloženém výkresu, představujícím osový řez indukčního snímače podle vynálezu.

Indukční snímač sestává z uzavřeného válcového tělesa E> z feritického materiálu, ve kterém vložkami 6 a 7_ z nemagnetického materiálu je pevně zabudováno nepohyblivé pouzdro 4, na kterém je pseudobifilárně navinuta první cívka 2· Nepohyblivé magnety 10 a 11 jsou pevně uchyceny ve vložkách j6 a T_. V těchto vložkách je pevně uchycena i kostra jí druhé cívky % která je rovněž pseudobifilárně navinuta. Pohyblivý prstencový permanentní magnet 1^ opatřený antifrikčním pouzdrem 2 se pohybuje v nepohyblivém pouzdře _4, přičemž druhá cívka 9 pseudobifilárně navinutá na kostře jí je umístěna v dutině tohoto pohyblivého magnetu _1. Oba pevné magnety 10 a 11 jsou pólově sousledně orientovány, kdežto pohyblivý prstencový permanentní magnet JL je vůči nepohyblivým magnetům 10 a 11 pólově nesousledně orientován. Vzájemně nesousledná orientace obou nepohyblivých magnetů 10 a 11 vůči pohyblivému prstencovému permanentnímu magnetu _1 vytváří odpudivé axiální síly tak, že magnetická pole působ! jako tlačné pružící prvky s velmi výhodnou charakteristikou.

V popisovaném provedení je nepohyblivé pouzdro zhotoveno z teflonu, kdežto antifrikční pouzdro 2 pohyblivého prstencového permanentního magnetu 1_ je tvořeno pochromovanou mosazí. Tím jsou sníženy třecí síly, vznikající při pohybu pohyblivého prstencového permanentního magnetu 1_ na minimum. Jelikož pseudobif ilárně navinutými cívkami J3 a 2 procházejí jak vnější, tak i vnitřní siločáry pohyblivého prstencového permanentního magnetu JI, při jeho pohybu se indukuje v nich značná elektromotorická síla. Robustní provedení snímače zaručuje jeho spolehlivý provoz. Vnější rušivé elektromagnetické signály jsou účinně stíněny feritickým tělesem 5. Mimoto feritické těleso 5. umožňuje uzavření magnetického okruhu pohyblivého prstencového permanentního magnetu 1^ a tím tlumit nežádoucí rozkmit tohoto magnetu při současném zachováni dostatečné citlivosti snímače.

Při upevnění indukčního snímače na kmitající předmět, například na ložiskový stojan spalovací turbíny, se pohyblivý prstencový permanentní magnet 1. začne pohybovat vůči pseudobifilárně navinutým cívkám 3 a 9, vůči nepohyblivému pouzdru 4., kostře a nepohyblivým magnetům 10 a 11. Při tomto pohybu vnější i vnitřní siločáry pohyblivého prstencového permanentního magnetu 1. protínají vinutí cívek 3, ^a 2' ^ve kterých se indukuje elektromotorická síla. Vhodným zapojením cívek 3 a 9 se elektromotorické sily obou cívek sečítají a výsledná elektromotorická síla se vhodnou apa.raturou dále zesiluje a měří. Magnetické tlumeni pohybu pohyblivého prstencového permanentního magnetu 1^ nedovoluje jeho velké rozkmitání, je-li frekvence vibrací stroje blízká vlastní frekvenci indukčního snímače, případně u vyšších harmonických násobků této frekvence.

Claims (2)

1. Indukční snímač vibrací s dvěma čelně umístěnými a sousledně pólově orientovanými nepohyblivými magnety, v jejíchž společném čelním prostoru je umístěn pohyblivý prstencový permanentní magnet pólově nesousledně orientovaný vůči pevným magnetům vyznačený tím, že první cívka (3) je pseudobifilárně navinuta kolem nepohyblivého pouzdra (4), ve kterém se pohybuje pohyblivý prstencový permanentní magnet (1), kdežto druhá cívka (9) pseudobifilárně navinutá na oboustranně pevně uchycené kostře (8) je uspořádána v dutině pohyblivého prstencového permanentního magnetu (1).

2. Indukční snímač podle bodu 1, vyznačený tím, že pohyblivý prstencový permanentní magnet (1) je uložen v antifrikčním pouzdře (2) .