ES2227323T3 - Procedimiento de medicion sin contacto y aparato para producir una se ñal representativa de una distancia entre unas superficies opuestas. - Google Patents
Procedimiento de medicion sin contacto y aparato para producir una se ñal representativa de una distancia entre unas superficies opuestas.Info
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Abstract
Procedimiento de medición sin contacto para producir una señal representativa de una distancia entre superficies opuestas de una primera y una segunda piezas (3, 5) que están separadas con poca distancia entre sí, estando la segunda pieza (5) conectada a tierra; comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: (a) colocar un sensor (7) sobre la superficie de la primera pieza (3), comprendiendo el sensor unas placas conductivas primera y segunda, paralelas, superpuestas (9, 11) eléctricamente aisladas entre sí, siendo las placas son paralelas a la superficie de la primera pieza y estando aisladas eléctricamente de la misma, estando la segunda placa dispuesta entre la primera placa y la superficie de la primera pieza; (b) alimentar la primera placa (9) del sensor con una señal de alta frecuencia por medio de una resistencia; estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende además las etapas siguientes: (c) alimentar una entrada de un amplificador de voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia y de baja capacidad de entrada (27) con la señal de alta frecuencia por medio de la resistencia (19); y (d) alimentar la segunda placa (11) con una señal de salida del amplificador, siendo la señal de salida del amplificador representativa de la distancia entre las dos superficies.
Description
Procedimiento de medición sin contacto y aparato
para producir una señal representativa de una distancia entre unas
superficies opuestas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un aparato de medición sin contacto para producir
una señal representativa de una distancia entre superficies
opuestas, en particular el entrehierro entre un rotor y un estator
de una máquina eléctrica rotativa.
La patente US nº 4.675.670 (Lalonde et
al.), que es conocida en la industria, describe un aparato y un
procedimiento para medir un entrehierro de una máquina eléctrica
rotativa. De acuerdo con Lalonde et al., se posiciona
preferentemente un sensor sobre el estator de la máquina eléctrica
rotativa. Una señal de alta frecuencia excita al sensor y un
detector de corriente mide una señal de corriente que es
inversamente proporcional a la distancia entre el rotor y el
estator. Una desventaja de este diseño es la necesidad de proveer
medios de procesamiento a fin de linealizar la señal de corriente.
Como apreciará el experto en la materia, dicho proceso de
linealización no es deseable a causa de que disminuye la precisión
de las mediciones. Otra desventaja de este diseño es que se debe
usar un transformador en el detector de corriente y el mismo
consume una cantidad considerable de energía. Aún otra desventaja
del aparato es que su tamaño es inadecuado para ser instalado de
forma permanente sobre el rotor. Aún otra desventaja de este aparato
es su incapacidad para seleccionar fácilmente la frecuencia de
funcionamiento. Además, dicho diseño no permite medir descargas en
el estator.
También conocido en la técnica es el HydroScan™
de MCM ENTERPRISE LTD. El HydroScan™ usa una serie de sensores, que
están dispuestos alrededor de una máquina eléctrica rotativa para
medir tanto la distancia entre el rotor y el estator como para
detectar descargas parciales locales. El diseño del HydroScan™ no
es deseable, porque requiere un equipamiento caro y complejo que
proporciona unas lecturas que deben ser analizadas por
especialistas a fin de determinar la localización de las descargas
parciales locales.
Un objeto de la presente invención es proveer un
procedimiento y un aparato de medición sin contacto para producir
una señal representativa de una distancia entre superficies
opuestas de una primera y una segunda piezas, tales como el rotor y
el estator de una máquina eléctrica rotativa, más precisamente, y
con un circuito más barato y de menor consumo que los de la técnica
anterior.
De acuerdo con la presente invención, se provee
un procedimiento de medición sin contacto para producir una señal
representativa de una distancia entre superficies opuestas de una
primera y una segunda piezas que están separadas con poca distancia
entre sí, estando la segunda pieza conectada a tierra,
comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
- (a)
- colocar un sensor sobre la superficie de la primera pieza, comprendiendo el sensor unas placas conductivas primera y segunda, paralelas, superpuestas eléctricamente aisladas entre sí, siendo las placas paralelas a la superficie de la primera pieza y estando eléctricamente aisladas de la misma, estando la segunda placa dispuesta entre la primera placa y la superficie de la primera pieza;
- (b)
- alimentar a la primera placa del sensor con una señal de alta frecuencia por medio de una resistencia;
- (c)
- alimentar una entrada de un amplificador de voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia, de baja capacidad de entrada con la señal de alta frecuencia por medio de la resistencia; y
- (d)
- alimentar la segunda placa con una señal de salida del amplificador, siendo la señal de salida del amplificador representativa de la distancia entre las dos superficies.
Preferentemente, la etapa (b) se caracteriza
porque la primera placa del sensor es alimentada por medio de un
conductor interno de un cable coaxial; y la etapa (d) se
caracteriza porque la segunda placa es alimentada por medio de un
conductor externo de un cable coaxial.
Preferentemente, el procedimiento de medición sin
contacto comprende además una etapa de alimentación de un circuito
demodulador con la señal de salida del amplificador, siendo una
señal de salida del circuito demodulador una señal de tensión de
corriente continua representativa de la distancia entre las dos
superficies.
Preferentemente, el procedimiento de medición sin
contacto comprende además una etapa de alimentación de un detector
sincrónico con la señal de alta frecuencia y con la señal de salida
del amplificador, siendo una señal de salida del detector
sincrónico una señal de tensión de corriente continua
representativa de la distancia entre las dos superficies.
Preferentemente, las etapas (b) y (c) se
caracterizan porque la resistencia es una resistencia variable
eléctricamente controlada, y el procedimiento comprende además las
etapas siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un comparador con la señal de salida del circuito demodulador;
- -
- alimentar otra entrada del comparador con una señal de referencia;
- -
- alimentar una entrada de incremento/disminución de un contador con la señal de salida del comparador;
- -
- alimentar una entrada de reloj del contador con la señal de alta frecuencia; y
- -
- alimentar una entrada de control digital de la resistencia variable eléctricamente controlada con una señal de salida digital del contador, siendo la señal de salida digital representativa de la distancia entre las dos superficies.
Preferentemente, las etapas (b) y (c) se
caracterizan porque la señal de alta frecuencia es generada por un
generador controlado por frecuencia, y el procedimiento comprende
además las etapas siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un comparador con la señal de salida del circuito demodulador;
- -
- alimentar otra entrada del comparador con una señal de referencia;
- -
- alimentar una entrada de un controlador de frecuencia con una señal de salida del comparador; y
- -
- alimentar una entrada de control digital del generador controlado por frecuencia con una señal de salida digital del controlador de frecuencia, siendo la señal de salida digital representativa de la distancia entre las dos superficies.
Preferentemente, las primeras y segundas piezas
son respectivamente el rotor y el estator de una máquina eléctrica
rotativa, la primera placa comprende un anillo de seguridad, y el
procedimiento comprende además las etapas siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un filtro de paso alto con la señal de salida del amplificador mientras el rotor está girando con respecto al estator; y
- -
- alimentar una entrada de un amplificador y detector con una señal de salida del filtro de paso alto, proporcionando el amplificador y el detector una señal de tensión de corriente continua representativa de descargas que se producen entre los elementos internos del estator.
Preferentemente, el procedimiento de medición sin
contacto comprende además la etapa de memorización de la señal de
tensión de corriente continua del amplificador y del detector
mientras el rotor gira con respecto al estator para identificar las
amplitudes y la localización de las descargas que se producen
alrededor del estator.
Preferentemente, las primeras y segundas piezas
son respectivamente el rotor y el estator de una máquina eléctrica
rotativa, la primera placa comprende un anillo de seguridad, y el
procedimiento comprende además la etapa de memorización de la señal
de salida del amplificador mientras que el rotor gira con respecto
al estator para identificar las amplitudes y la localización de
entrehierros alrededor del estator.
Preferentemente, el procedimiento de medición sin
contacto se caracteriza porque:
- -
- la señal de alta frecuencia usada en las etapas (b) y (c) tiene una frecuencia comprendida entre 100 kHz y 500 kHz; y
- -
- la resistencia usada en las etapas (b) y (c) es substancialmente de 500 kOhm.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona asimismo un aparato de medición sin contacto para
producir una señal representativa de una distancia entre
superficies opuestas de una primera y una segunda piezas que están
separadas con poca distancia entre sí, estando la segunda pieza
conectada a tierra, que comprende:
- -
- un sensor adaptado para ser montado sobre la superficie de la primera pieza, comprendiendo el sensor unas placas conductivas primera y segunda, paralelas, superpuestas eléctricamente aisladas entre sí, siendo las placas paralelas a la superficie de la primera pieza y estando eléctricamente aisladas de la misma, estando la segunda placa dispuesta entre la primera placa y la superficie de la primera pieza;
- -
- un generador de señal de alta frecuencia que presenta una salida para generar una señal de alta frecuencia;
- -
- una resistencia conectada en serie con la salida del generador de señal de alta frecuencia; y
- -
- un amplificador de voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia y de baja capacidad de entrada que presenta una entrada conectada tanto a la resistencia como a la primera placa del sensor, y una salida conectada a la segunda placa del sensor, proporcionando la salida del amplificador una señal de salida representativa de la distancia entre las dos superficies.
La invención así como sus numerosas ventajas se
pondrá más claramente de manifiesto a partir de la siguiente
descripción no limitativa de las formas de realización preferidos
haciendo referencia a los planos adjuntos en los que:
la Figura 1 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición sin contacto, de acuerdo con la presente
invención;
la Figura 2 es una vista superior del sensor del
aparato sin contacto mostrado en la Figura 1;
la Figura 3 es una vista lateral a lo largo de la
línea 4 - 4 del sensor mostrado en la Figura 2;
la Figura 4 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición sin contacto, de acuerdo con la presente
invención;
la Figura 5 es un diagrama que ilustra una salida
de voltaje absoluto del amplificador mostrado en la Figura 4 con
respecto a e para diferentes valores de frecuencia;
la Figura 6 es un diagrama que ilustra la
ganancia del sistema con respecto a una frecuencia de
funcionamiento para diferentes valores de e;
la Figura 7 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición sin contacto, de acuerdo con otra realización
de la presente invención;
la Figura 8 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición sin contacto; de acuerdo con otra forma de
realización de la presente invención; y
la Figura 9 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición sin contacto para medir descargas, de acuerdo
con otra forma de realización de la presente invención.
Con referencia a las Figuras 1, 2 y 3, se trata
de un aparato de medición sin contacto de acuerdo con la invención
para producir una señal representativa de una distancia entre
superficies opuestas de las primera y segunda piezas 3, 5 las
cuales están a poca distancia entre sí. Como se ilustra, la segunda
pieza 5 está conectada a tierra. La superficie de la primera pieza
3 puede ser, por ejemplo, un polo de un rotor de una máquina
eléctrica rotativa, mientras la superficie de la segunda pieza 5
puede ser la de una pared interior de un estator. Sin embargo, debe
comprenderse que la invención no se limita a medir una distancia
entre el rotor y el estator de una máquina rotativa. El aparato
puede asimismo ser usado, por ejemplo, en generadores lineales. El
mismo puede asimismo reemplazar de manera ventajosa a sensores de
corrientes parásitas que se están usando actualmente en
aplicaciones mecánicas, y en campos tales como el de la aviación, o
en la industria del papel en los que se requieren mediciones
exactas de distancia sin contacto.
El aparato comprende un sensor 7 adaptado para
ser montado sobre la superficie de la primera pieza 3. El sensor 7
comprende unas placas conductivas, primera y segunda, paralelas,
superpuestas 9, 11 eléctricamente aisladas entre sí. Las placas 9,
11 son paralelas a la superficie de la primera pieza 3 y están
eléctricamente aisladas de la misma. La segunda placa 11 está
dispuesta entre la primera placa 9 y la superficie de la primer
pieza 3. El aparato también comprende un generador de señal de alta
frecuencia 17 que tiene una salida para generar una señal de alta
frecuencia, una resistencia 19 conectada en serie con la salida del
generador de señal de alta frecuencia 17, y un amplificador de
voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia y baja capacidad de
entrada 27. Este amplificador 27 proporciona una entrada conectada
tanto a la resistencia 19 como a la primera placa 9 del sensor 7 y
una salida 31 conectada a la segunda placa 11 del sensor 7. La
salida 31 del amplificador 27 provee una señal de salida
representativa de esta distancia entre las dos superficies 3, 5.
Por medio del aparato descrito anteriormente se
produce una señal representativa de una distancia entre las dos
superficies, más precisamente, y con un circuito más barato y de
menor consumo que los de la técnica anterior.
Las placas conductivas, primera y segunda,
paralelas, superpuestas 9, 11 están eléctricamente aisladas una de
la otra por medio de un material adecuado de aislamiento 13. El
sensor 7 está diseñado para ser colocado sobre la misma superficie
de la primera pieza 3 de modo que las placas 9, 11 sean paralelas a
esta superficie y que estén eléctricamente aisladas de la misma.
Este aislamiento puede ser realizado por el material de aislamiento
13 que ya se ha usado para aislar eléctricamente a las placas 9,
11.
Debe observarse que el sensor 7 puede estar
dispuesto indistintamente sobre el rotor o el estator solamente
cuando se debe determinar la distancia que los separa. Sin embargo,
como se explicará más adelante, cuando se deben medir tanto la
distancia como las descargas eléctricas en el estator, se dispone el
sensor 7 sobre el rotor.
La colocación del sensor sobre la misma
superficie de la primera pieza 3 puede lograrse por simple encolado
o por medio de cualquier otro medio adecuado. Cuando se pretende
montar el sensor 7 sobre un generador eléctrico para medir su
entrehierro, es ventajoso ranurar la superficie de las placas
conductivas 9, 11 por medio de surcos a fin de reducir corrientes
parásitas tanto como sea posible.
A fin de reducir posibles voltajes parásitos, se
puede variar el tamaño de la superficie de las placas 9, 11
aumentando el de una con respecto al de la otra, o variar la
distancia que las separa, quedando entendido que cuanto menor sea
esta distancia, menor serán los voltajes parásitos.
Con referencia nuevamente a la Figura 1, un
circuito demodulador 33 puede estar provisto adicionalmente para
procesar la señal de salida del amplificador 27. El circuito
demodulador 33 tiene una entrada conectada a la salida 31 del
amplificador 27, mientras que una salida 34 del circuito demodulador
33 proporciona una señal de tensión de corriente continua que es
representativa de la distancia entre las dos superficies 3, 5.
Preferentemente, se pueden prever unos medios,
tales como una computadora, para memorizar la señal de salida del
amplificador 27 mientras el rotor gira con respecto al estator a
fin de identificar las amplitudes y la localización de entrehierros
alrededor del estator.
Preferentemente, para reducir voltajes parásitos,
un anillo de seguridad 29 está comprendido en el sensor 7. El
anillo de seguridad 29 se conecta a la segunda placa 11 y se
extiende alrededor y parcialmente sobre la primera placa 9, como se
ilustra mejor en las Figuras 2 y 3.
El generador de señal de alta frecuencia 17 tiene
una salida para generar una señal de alta frecuencia. Por ejemplo,
la señal de frecuencia puede ser una onda sinusoidal o incluso una
onda cuadrada. A título de ejemplo, se define la señal de tensión
del generador de señal 17 por medio de la siguiente ecuación:
(1)E = V_{o}
cos (2\pi Ft)
En la que V_{o} es la amplitud de la señal de
voltaje, F es la frecuencia de funcionamiento, y t es el
tiempo.
En teoría, el sensor 7 actúa como capacitancia en
una configuración del circuito del filtro RC de paso bajo en el que
R es la resistencia 19. Se define el valor de la capacitancia del
sensor por medio de la siguiente ecuación:
(2)C =
\varepsilon_{o} S/e
en la que \varepsilon_{o} es la
constante dieléctrica de aire, S es la superficie de la primera
placa 9 del sensor 7, y e es la distancia que separa a la primera
placa 9 de la segunda pieza 5, la cual es inversamente proporcional
a la capacidad del
sensor.
Además, la señal de salida del amplificador 27
corresponde en teoría al voltaje de la capacitancia del sensor, la
cual es definida por la siguiente ecuación:
(3)V_{s} =
V_{O} / (1 + jRC2\pi F)
Por lo tanto, si RC2\piF es mucho mayor que 1,
entonces el voltaje de la capacitancia del sensor es determinado
por la siguiente ecuación:
(4)V_{s}\approx V_{o}/jRC2\pi F
Y al reemplazar C de la ecuación (1), la misma se
convierte en:
(5)V_{s}
\approx V_{o}e/jR \varepsilon_{o} S2 \pi F
Por lo tanto, la señal de salida del amplificador
27 es en teoría directamente proporcional a la distancia lineal que
separa la superficie de la primera placa 9 del sensor 7 de la
superficie de la segunda pieza 5 si se elige RC2\piF
suficientemente grande.
En la práctica, la señal de alta frecuencia del
generador de señal 17 puede tener un intervalo de frecuencia
comprendido entre 100 kHz y 500 kHz, mientras que la resistencia 19
puede adoptar un valor de aproximadamente 500 kOhm. Si la señal de
frecuencia se encuentra debajo de este intervalo, la dinámica de la
señal de tensión de salida puede tornarse muy pequeña para ser
medida fácilmente y luego resulta imposible determinar la distancia
e, a causa de la reducida anchura de banda de frecuencias. Además,
en el caso de los generadores en particular, una frecuencia
demasiado baja puede causar ruidos. Si, por otra pieza, la
frecuencia es demasiado alta y está más allá del intervalo
anteriormente mencionado, puede surgir un problema de medición, en
el que los amplificadores que posibilitan el tratamiento de las
señales a alta frecuencia resultan más y más complicados. Además,
una frecuencia demasiado alta puede crear problemas de impedancia
de tierra. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, el
operador puede seleccionar la frecuencia de funcionamiento dentro
del intervalo determinado de 100 kHz y 500 kHz.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona asimismo un procedimiento de medición sin contacto para
producir la señal representativa de la distancia entre superficies
opuestas. El procedimiento comprende las etapas de (a) colocar el
sensor 7 sobre la superficie de la primera pieza 3, (b) alimentar
la primera placa 9 del sensor 7 con una señal de alta frecuencia por
medio de la resistencia 19, (c) alimentar una entrada del
amplificador de voltaje 27 de ganancia unitaria, de alta impedancia
y de baja capacidad de entrada, por medio de la resistencia, y (d)
alimentar la segunda placa 11 con la señal de salida del
amplificador 27. La señal de salida del amplificador 27 es
representativa de la distancia entre las dos superficies.
Con referencia a la Figura 4, preferentemente, a
fin de reducir voltajes parásitos, se usa un cable coaxial 21 en el
aparato. En tal caso, la entrada del amplificador 27 está conectada
a la primera placa 9 del sensor por medio de un conductor interior
23 del cable coaxial 21, mientras que la salida 31 del amplificador
27 está conectada a la segunda placa 11 por medio de un conductor
externo 25 del cable coaxial 21. Preferentemente, se usa un detector
sincrónico 35 como circuito demodulador. El detector sincrónico 35
tiene un par de entradas respectivamente conectadas con la salida
del generador de señal de alta frecuencia 17 y con la salida del
amplificador 27. En funcionamiento, una salida 36 del detector
sincrónico 35 proporciona una señal de tensión de corriente
continua representativa de la distancia entre las dos superficies 3,
5.
Debe observarse que el circuito demodulador no
necesita ser un detector sincrónico 35. Evidentemente, un circuito
de diodo y filtro o un conversor rápido de analógico a digital
controlado por un microprocesador también pueden funcionar.
Con referencia a la Figura 5, se muestran las
curvas de salida de voltaje con respecto a la distancia e que
separa el rotor y el estator para diferentes valores de frecuencia.
Con referencia a la Figura 6, se muestran las curvas de ganancia
del sistema con respecto a la frecuencia de funcionamiento para
diferentes valores de e. Por lo tanto, para un diseño en particular,
es entonces posible determinar la curva de linealización del sensor
para determinar con precisión el valor de la distancia a ser medida
como una función del valor de la señal del voltaje de salida.
Con referencia a la Figura 7, se muestra un
diagrama de bloques de un aparato de medición sin contacto, de
acuerdo con otra forma de realización de la presente invención. De
acuerdo con esta forma de realización se usa una resistencia
variable 37 electrónicamente controlada en lugar de la resistencia
19 mostrada en la figura 1. El aparato comprende además un
comparador 39 que tiene una primera entrada conectada a la salida
34 del circuito demodulador 33. El comparador 39 tiene asimismo una
segunda entrada 41 que recibe un nivel de señal de referencia. El
aparato también comprende un contador 43 que tiene una entrada de
incremento/disminución 44 conectada con una salida 45 del
comparador 39. El contador 43 también tiene una entrada de reloj 47
conectada con la salida del generador de señal de alta frecuencia
17.
La resistencia variable 37 electrónicamente
controlada tiene una entrada de control digital 49 conectada a una
salida digital 51 del contador 43. En funcionamiento, la salida
digital 51 proporciona una señal de salida que es representativa de
la distancia entre las dos superficies 3, 5.
Con referencia a la Figura 8, se muestra un
diagrama de bloques de un aparato de medición sin contacto, de
acuerdo con aún otra forma de realización de la invención. De
acuerdo con esta forma de realización, el generador de señal de
alta frecuencia 17 mostrado en la Figura 1 es reemplazado por un
generador 53 controlado por frecuencia.
Este aparato comprende un comparador 39 que tiene
una primera entrada conectada con la salida 34 del circuito
demodulador 33, y una segunda entrada 41 que recibe un nivel de
señal de referencia.
El aparato también comprende un controlador de
frecuencia 55 que tiene una entrada conectada con una salida 45 del
comparador 39. El generador 53 controlado por frecuencia tiene una
entrada de control digital 54 conectada con una salida digital 56
del controlador de frecuencia 55. En el funcionamiento, la salida
digital 56 del controlador de frecuencia 55 proporciona una señal de
salida representativa de la distancia entre las dos superficies 3,
5.
Con referencia a la Figura 9, se muestra un
diagrama de bloques de un aparato de medición sin contacto, de
acuerdo con otra forma de realización de la invención. Esta forma
de realización en particular permite medir la distancia y
determinar descargas en el estator.
Tal como se ha mencionado anteriormente, en este
caso, el sensor 7 se coloca sobre el rotor. Por consiguiente, en
este aparato las piezas primera y segunda son respectivamente el
rotor y el estator de una máquina eléctrica rotativa y la primera
placa comprende un anillo de seguridad 29. Este aparato también
comprende un filtro de paso alto 57 que tiene una entrada conectada
con la salida 31 del amplificador 27 mientras que el rotor está
girando con respecto al estator. Este aparato comprende asimismo un
amplificador y detector 61 que tiene una entrada conectada a una
salida 59 del filtro de paso alto 57. En el funcionamiento, el
amplificador y detector 61 proporciona una señal de tensión de
corriente continua representativa de las descargas que se producen
entre los elementos internos del estator.
En particular, el sensor 7 mide las señales de
radiofrecuencia que están asociadas con descargas parciales del
estator. La naturaleza de estas descargas puede ser diversa y puede
originarse a partir de las barras del estator, las cavidades del
estator y los bobinados del estator. Estas descargas parciales
tienen un espectro de frecuencia muy alta que es mucho mayor que la
frecuencia de funcionamiento F del generador de señal 17.
Así, el propósito del filtro de paso alto 57 es
eliminar las frecuencias asociadas con el generador de frecuencia
17, mientras que el amplificador y detector 61 proporciona la
amplitud de estas señales de radiofrecuencia. La frecuencia de
funcionamiento del filtro de paso alto 57 puede variar entre 10 MHz
y 250 MHz.
Preferentemente, se puede prever en esta forma de
realización además con unos medios, tales como una computadora,
para memorizar la señal de tensión de corriente continua del
amplificador y detector 61 a medida que el rotor gira con respecto
al estator para identificar las amplitudes y la localización de las
descargas que se producen alrededor del estator.
Esta última realización resulta ventajosa porque,
por un costo adicional mínimo, el aparato puede ser modificado para
medir además descargas en toda la circunferencia del estator.
Sólo es necesario instalar un sensor 7 en el
rotor, y mientras el mismo está en funcionamiento, de manera
sistemática realiza un barrido de la pared interior completa del
estator, incluyendo todas las barras del estator, proporcionando
así información más precisa sobre la localización de las descargas
que los sistemas anteriores.
El presente aparato resulta menos caro de
fabricar que los aparatos de la técnica anterior. El mismo consume
menos energía y se necesitan menos cables, proporcionando al mismo
tiempo una cartografía detallada del estado del estator en tiempo
real. Los futuros diseños pueden integrar la electrónica
directamente sobre el sensor 7.
Si bien se han descrito detalladamente unas
formas de realización preferidas de la presente invención e
ilustrado en las figuras adjuntas, debe entenderse que la invención
no está limitada a estas realizaciones precisas y que se pueden
aportar varios cambios y modificaciones a la misma sin apartarse
por ello del alcance de la presente invención tal como está definida
en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (18)
1. Procedimiento de medición sin contacto para
producir una señal representativa de una distancia entre superficies
opuestas de una primera y una segunda piezas (3, 5) que están
separadas con poca distancia entre sí, estando la segunda pieza (5)
conectada a tierra; comprendiendo el procedimiento las etapas
siguientes:
- (a)
- colocar un sensor (7) sobre la superficie de la primera pieza (3), comprendiendo el sensor unas placas conductivas primera y segunda, paralelas, superpuestas (9, 11) eléctricamente aisladas entre sí, siendo las placas son paralelas a la superficie de la primera pieza y estando aisladas eléctricamente de la misma, estando la segunda placa dispuesta entre la primera placa y la superficie de la primera pieza;
- (b)
- alimentar la primera placa (9) del sensor con una señal de alta frecuencia por medio de una resistencia; estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende además las etapas siguientes:
- (c)
- alimentar una entrada de un amplificador de voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia y de baja capacidad de entrada (27) con la señal de alta frecuencia por medio de la resistencia (19); y
- (d)
- alimentar la segunda placa (11) con una señal de salida del amplificador, siendo la señal de salida del amplificador representativa de la distancia entre las dos superficies.
2. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 1, en el que:
- -
- la etapa (b) es caracterizada porque la primera placa del sensor se alimenta por medio de un conductor interior (23) de un cable coaxial (21); y
- -
- la etapa (d) es caracterizada porque la segunda placa es alimentada por medio de un conductor externo (25) del cable coaxial (21).
3. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 1, que comprende además una etapa de alimentar un
circuito demodulador (33) con la señal de salida del amplificador,
siendo una señal de salida del circuito demodulador una señal de
tensión de corriente continua representativa de la distancia entre
las dos superficies (3, 5).
4. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 1, que comprende además una etapa de alimentar un
detector sincrónico (35) tanto con la señal de alta frecuencia como
con la señal de salida del amplificador (27), siendo una señal de
salida del detector sincrónico una señal de tensión de corriente
continua representativa de la distancia entre las dos superficies
(3, 5).
5. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 3, en el que las etapas (b) y (c) están
caracterizadas porque la resistencia es una resistencia
variable eléctricamente controlada (37); comprendiendo el
procedimiento además las etapas siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un comparador (39) con la señal de salida del circuito demodulador;
- -
- alimentar otra entrada (41) del comparador con una señal de referencia;
- -
- alimentar una entrada de incremento/disminución (44) de un contador (43) con una señal de salida del comparador;
- -
- alimentar una entrada de reloj (47) del contador con la señal de alta frecuencia; y
- -
- alimentar una entrada de control digital (49) de la resistencia variable eléctricamente controlada (37) con una señal de salida digital del contador, siendo la señal de salida digital representativa de la distancia entre las dos superficies (3, 5).
6. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 3, en el que las etapas (b) y (c) están
caracterizadas porque la señal de alta frecuencia es
generada por un generador controlado por frecuencia (53),
comprendiendo además el procedimiento las etapas siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un comparador (39) con la señal de salida del circuito demodulador;
- -
- alimentar otra entrada (41) del comparador con una señal de referencia;
- -
- alimentar una entrada de un controlador de frecuencia (55) con una señal de salida del comparador; y
- -
- alimentar una entrada de control digital (54) del generador controlado por frecuencia con una señal de salida digital del controlador de frecuencia, siendo la señal de salida digital representativa de la distancia entre las dos superficies (3, 5).
7. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 1, en el que las piezas primera y segunda son
respectivamente el rotor y el estator de una máquina eléctrica
rotativa, comprendiendo la primera placa un anillo de seguridad
(29), comprendiendo el procedimiento además las etapas
siguientes:
- -
- alimentar una entrada de un filtro de paso alto (57) con la señal de salida del amplificador mientras el rotor está girando con respecto al estator; y
- -
- alimentar una entrada de un amplificador y detector (61) con una señal de salida del filtro de paso alto, proporcionando el amplificador y detector una señal de tensión de corriente continua representativa de las descargas que se producen entre los elementos internos del estator.
8. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 7, que comprende además la etapa de memorizar la
señal de tensión de corriente continua del amplificador y detector
mientras el rotor gira con respecto al estator para identificar las
amplitudes y la localización de las descargas que se producen
alrededor del estator.
9. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 1, en el que las piezas primera y segunda son
respectivamente el rotor y el estator de una máquina eléctrica
rotativa, comprendiendo la primera placa un anillo de seguridad
(29), comprendiendo además el procedimiento la etapa de memorizar la
señal de salida del amplificador mientras que el rotor gira con
respecto al estator para identificar las amplitudes y la
localización de entrehierros alrededor del estator.
10. Procedimiento de medición sin contacto según
la reivindicación 9, caracterizado porque:
- -
- la señal de alta frecuencia usada en las etapas (b) y (c) tiene una frecuencia comprendida entre 100 kHz y 500 kHz; y
- -
- la resistencia usada en las etapas (b) y (c) es substancialmente de 500 kOhm.
11. Aparato de medición sin contacto para
producir una señal representativa de una distancia entre superficies
opuestas de una primera y una segunda piezas (3, 5) que están
separadas con poca distancia entre sí, estando la segunda pieza (5)
conectada a tierra, que comprende:
- -
- un sensor (7) adaptado para ser montado sobre la superficie de la primera pieza (3), comprendiendo el sensor unas placas conductivas primera y segunda, paralelas, superpuestas (9, 11), eléctricamente aisladas entre sí, siendo las placas paralelas a la superficie de la primera pieza y estando aisladas eléctricamente de la misma, estando la segunda placa dispuesta entre la primera placa y la superficie de la primera pieza;
- -
- un generador de señal de alta frecuencia (17) que tiene una salida para generar una señal de alta frecuencia;
- -
- una resistencia (19) conectada entre la primera placa (9) y el generador de señal de alta frecuencia (17); caracterizado porque comprende:
- -
- un amplificador de voltaje de ganancia unitaria, de alta impedancia y de baja capacidad de entrada (27) que tiene una entrada conectada a la resistencia y a la primera placa (9) del sensor (7), y una salida (31) conectada a la segunda placa (9) del sensor (7), proporcionando la salida del amplificador una señal de salida representativa de la distancia entre las dos superficies (3, 5).
12. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 11, caracterizado porque comprende además un
cable coaxial (21), estando la entrada del amplificador (27)
conectada con la primera placa (9) del sensor por medio de un
conductor interno (23) del cable coaxial, estando la salida (31) del
amplificador (27) conectada con la segunda placa (11) por medio de
un conductor externo (25) del cable coaxial (21).
13. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 11, que comprende además un circuito demodulador (33)
que tiene una entrada conectada con la salida (31) del amplificador
(27), proporcionando una salida (34) del circuito demodulador una
señal de tensión de corriente continua representativa de la
distancia entre las dos superficies (3, 5).
14. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 11, que comprende además un detector sincrónico (35)
que tiene un par de entradas respectivamente conectadas con la
salida del generador de señal de alta frecuencia (17) y con la
salida del amplificador (27), proporcionando una salida (36) del
detector sincrónico una señal de tensión de corriente continua
representativa de la distancia entre las dos superficies (3,
5).
15. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 13, en el que la resistencia es una resistencia
variable eléctricamente controlada (37), y el aparato comprende
además:
- -
- un comparador (39) que tiene una primera entrada conectada con la salida (34) del circuito demodulador (33), y una segunda entrada (41) conectada con un generador de señal de referencia; y
- -
- un contador (43) que tiene una entrada de incremento/disminución (44) conectada con la salida (45) del comparador (39), presentando el contador (43) una entrada de reloj (47) conectada con la salida del generador de señal de alta frecuencia (17), presentando la resistencia variable eléctricamente controlada (37) una entrada de control digital (49) conectada con una salida digital (51) del contador (43), proporcionando la salida digital (51) una señal de salida representativa de la distancia entre las dos superficies (3, 5).
16. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 13, en el que el generador de señal de alta
frecuencia es un generador controlado por frecuencia (53),
comprendiendo además el aparato:
- -
- un comparador (39) que presenta una primera entrada conectada con la salida (34) del circuito demodulador (33), y una segunda entrada (41) conectada con un generador de señal de referencia; y
- -
- un controlador de frecuencia (55) que presenta una entrada conectada con una salida (45) del comparador (39), presentando el generador controlado por frecuencia (53) una entrada de control digital (54) conectada con una salida digital (56) del controlador de frecuencia (55), proporcionando la salida digital del controlador de frecuencia una señal de salida representativa de la distancia entre las dos superficies (3, 5).
17. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 11, en el que las piezas primera y segunda son
respectivamente el rotor y el estator de una máquina eléctrica
rotativa, comprendiendo la primera placa un anillo de seguridad
(29), comprendiendo además el aparato:
- -
- un filtro de paso alto (57) con una entrada conectada a la salida del amplificador mientras el rotor está girando con respecto al estator; y
- -
- un amplificador y detector (61) que presenta una entrada conectada a una salida (59) del filtro de paso alto, proporcionando el amplificador y detector una señal de tensión de corriente continua representativa de las descargas que se producen entre los elementos internos del estator.
18. Aparato de medición sin contacto según la
reivindicación 17, en el que:
- -
- la señal de alta frecuencia presenta una frecuencia comprendida entre 100 kHz y 500 kHz; y
- -
- la resistencia es de 500 kOhm aproximadamente.
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