PL166997B1 - Urządzenie do pomiaru przemieszczeń wału względem korpusu maszyny wirnikowej - Google Patents

Abstract

1. Urządzenie do pomiaru przemieszczeń wału względem korpusu maszyny wirnikowej, zawierające czujnik z cewką indukcyjną nawiniętą na walcowy rdzeń z materiału ferromagnetycznego oraz przetwornik składający się z generatora wysokiej częstotliwości, demodulatora amplitudy, układu linearyzacji i wzmacniacza standaryzującego, przy czym cewka czujnika jest połączona z wejściem generatora wysokiej częstotliwości a wzmacniacz standaryzujący jest wyjściowym elementem przetwornika, znamienne tym, że pierwsze wejście układu linearyzacji (M)jest podłączone do wyjścia stabilizatora napięcia (N) zaś jego drugie wejściejest połączone z wyjściem wzmacniacza (K) stałej składowej napięcia, przy czym wyjście układu linearyzacji (M) jest połączone poprzez napięciowy układ progowy (P) z pierwszym wejściem wzmacniacza standaryzującego (S), którego drugie wejście jest połączone z wyjściem wzmacniacza (K) stałej składowej napięcia, połączonego szeregowo poprzez demodulator (D) z generatorem (G).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru przemieszczeń wału względem korpusu maszyny wirnikowej, zwłaszcza przemieszczeń osiowych i promieniowych dla małych gabarytów wydzielonych elementów pomiarowych wału.

Znane są urządzenia wykorzystujące wiroprądową metodę przetwarzania długości szczeliny pomiędzy materiałem przewodzącym prąd elektryczny a czujnikiem stanowiącym źródło fali elektromagnetycznej wysokiej częstotliwości. Między innymi takie urządzenie jest znane z polskiego opisu patentowego nr 160 973.

Znane urządzenie zawiera czujnik i przetwornik. W przetworniku zawarty jest generator wysokiej częstotliwości, demodulator amplitudy, wyjściowy wzmacniacz standaryzujący, układ linearyzacji oraz układ termicznej kompensacji zmian czułości i układ termicznej kompensacji pełzania zera. Jedno wejście układu linearyzacji jest połączone z wyjściem wzmacniacza standaryzującego a drugie wejście jest połączone z układem termicznej kompensacji zmian czułości. Pierwsze wyjście układu linearyzacji jest połączone z wejściem polaryzującym generator a drugie wyjście z demodulatorem. Układ termicznej kompensacji pełzania zera jest połączony z trzecim wejściem demodulatora. Każdy układ termicznej kompensacji zawiera po jednej diodzie detekcyjnej. Cewka indukcyjna czujnika jest połączona szeregowo, poprzez generator wysokiej częstotliwości i demodulator, z wyjściowym wzmacniaczem standaryzującym.

Obwód magnetyczny czujnikajest wykonany w kształcie grzybka, którego trzonek tworzy rdzeń ferromagnetyczny w postaci walca z nawiniętym uzwojeniem a kapelusz tworzy kubek ferromagnetyczny.

Elementem obwodu rezonansowego generatora jest cewka indukcyjna czujnika wytwarzająca pola magnetyczne wysokiej częstotliwości indukujące prądy wirowe w badanym obiekcie. Na wyjściu demodulatora amplitudy jest wytwarzane napięcie odwzorowujące mierzoną długość szczeliny pomiędzy badanym obiektem a czujnikiem.

Metoda wiroprądowa jest obarczona pewnymi niedogodnościami. Jedną z nich jest wymagana odpowiednio duża powierzchnia obiektu mierzonego, w którym są indukowane prądy wirowe. Kolejną wadą jest konieczność linearyzacji charakterystyki przetwarzania w całym zakresie pomiarowym.

Badając znane czujniki stwierdzono, że największej powierzchni mierzonego obiektu wymagają czujniki wytwarzające strumień magnetyczny w kształcie ściętego stożka, którego mniejszą podstawę stanowi czoło czujnika a większa podstawa leży na płaszczyźnie badanego obiektu.

W trakcie badań stwierdzono, że wady znanych urządzeń można zminimalizować przez odpowiednie ukształtowanie strumienia magnetycznego wytwarzanego przez czujnik.

W urządzeniu według wynalazku pierwsze wejście układu linearyzacji jest podłączone do wyjścia stabilizatora napięcia ajego drugie wejściejest połączone z wyjściem wzmacniacza stałej składowej napięcia. Wyjście układu linearyzacji jest połączone, poprzez napięciowy układ progowy, z pierwszym wejściem wzmacniacza standaryzującego sygnał wyjściowy. Drugie wejście wzmacniacza standaryzującego jest połączone ze wzmacniaczem stałej składowej napięcia, połączonego szeregowo, poprzez demodulator, z generatorem.

Obwód magnetyczny czujnika ma w przekroju podłużnym kształt stylizowanej litery E i jest wykonany w postaci jednostronnie zamkniętej rurki. W środku rurki, w osi jej podstawy jest usytuowana kolumna z uzwojeniem. Brzeg rurki jest, na wysokości szczytu kolumny z uzwojeniem, ścięty stożkowo ku środkowi.

W urządzeniu według wynalazku zależność napięcia wyjściowego z przetwornika jest liniowa w dużych zakresach zmiany szczeliny między powierzchnią czołową czujnika a badanym obiektem o zmniejszonej powierzchni pomiarowej, w której indukowane są prądy wirowe. Zaleta ta wynika z uzyskanego kształtu przestrzeni zamykającej strumień magnetyczny wytworzony przez czujnik, zapewniającego skupienie strumienia na badanym obiekcie przy jednoczesnym zminimalizowaniu strumienia rozproszenia. Strumień magnetyczny wytworzony przez czujnik według wynalazku posiada postać ściętego stożka, którego mniejsza podstawa leży na powierzchni badanego obiektu, a większą podstawę stanowi powierzchnia czołowa czujnika. Kształt ten formują kolumny boczne obwodu magnetycznego, które są ścięte stożkowo ku środkowi.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia a fig. 2 czujnik w przekroju podłużnym.

Urządzenie zawiera czujnik, którego cewka indukcyjna L usytuowana w odległości d od badanego obiektu O jest włączona na wejście generatora G wysokiej częstotliwości. Wyjście generatora G jest połączone szeregowo, poprzez demodulator D i wzmacniacz K składowej stałej napięcia, z pierwszym wejściem wzmacniacza standaryzującego S. Drugie wejście wzmacniacza standaryzującego Sjest połączone poprzez napięciowy układ progowy P i układ linearyzacji M z wyjściem stabilizatora napięcia N. Drugie wejście układu linearyzacji M jest połączone z wyjściem wzmacniacza K stałej składowej napięcia. Układ linearyzacji M zawiera dwie diody Zenera o różnych napięciach Zenera.

Obwód magnetyczny czujnika jest wykonany z materiału ferromagnetycznego w postaci jednostronnie zamkniętej rurki C. W środku rurki C, w osi jej podstawy jest usytuowana walcowa kolumna W z uzwojeniem L. Brzeg rurki C, na wysokości szczytu kolumny W, jest ścięty stożkowo ku środkowi. W przekroju podłużnym, obwód magnetyczny czujnika ma kształt stylizowanej litery E.

Pole elektromagnetyczne zamykające się w przestrzeni w kształcie ściętego stożka ograniczonego mniejszą podstawą na obiekcie O i poprzez szczelinę d większą postawą na przedniej części rurki C indukuje prądy wirowe na małej powierzchni obiektu O. Przy wzroście szczeliny d rośnie amplituda napięcia generowanego przez generator G. Demodulator D odtwarza na swym wyjściu, w postaci składowej stałej napięcia, długość szczeliny d. Składowa stała napięcia z demodulatora Djest wzmocniona przez wzmacniacz K. Dla małych długości szczeliny d wskutek dużego skupienia pola elektromagnetycznego, przy pomijalnym strumieniu magnetycznym

166 997 rozproszenia, wyjściowe napięcie ze wzmacniacza K jest wzmocnione jeden raz przez wzmacniacz S standaryzujący sygnał wyjściowy. Dla większych wartości długości szczeliny d kiedy rośnie już strumień rozproszenia wprowadzający do charakterystyki przetwarzania błąd nieliniowości, do wzmacniacza S jest dodawany sygnał korygujący z układu linearyzacji M poprzez napięciowy układ progowy P. Elementami linearyzacji są dwie diody Zenera o odpowiednich różnych napięciach Zenera.

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,100 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru przemieszczeń wału względem korpusu maszyny wirnikowej, zawierające czujnik z cewką indukcyjną nawiniętą na walcowy rdzeń z materiału ferromagnetycznego oraz przetwornik składający się z generatora wysokiej częstotliwości, demodulatora amplitudy, układu linearyzacji i wzmacniacza standaryzującego, przy czym cewka czujnika jest połączona z wejściem generatora wysokiej częstotliwości a wzmacniacz standaryzujący jest wyjściowym elementem przetwornika, znamienne tym, że pierwsze wejście układu linearyzacji (M) jest podłączone do wyjścia stabilizatora napięcia (N) zaś jego drugie wejście jest połączone z wyjściem wzmacniacza (K) stałej składowej napięcia, przy czym wyjście układu linearyzacji (M) jest połączone poprzez napięciowy układ progowy (P) z pierwszym wejściem wzmacniacza standaryzującego (S), którego drugie wejście jest połączone z wyjściem wzmacniacza (K) stałej składowej napięcia, połączonego szeregowo poprzez demodulator (D) z generatorem (G).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obwód magnetyczny czujnika ma w przekroju podłużnym kształt stylizowanej litery E i jest wykonany w postaci jednostronnie zamkniętej rurki (C), przy czym w środku rurki (C), w osi jej postawy jest usytuowana kolumna (W) z uzwojeniem (L), zaś brzeg rurki (C) jest na wysokości szczytu kolumny (W) ścięty stożkowo ku środkowi.