RU133665U1

RU133665U1 - DEVICE OF SIMULATION OF VORTEX LOADS

Info

Publication number: RU133665U1
Application number: RU2013119500/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Сумачев; Андрей Юльевич Смирнов
Original assignee: Юрий Николаевич Сумачев; Андрей Юльевич Смирнов
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-10-20

Abstract

Устройство имитации вихретоковых нагрузок, содержащее катушку индуктивности, шунтирующее сопротивление и управляющий генератор, отличающееся тем, что в него введен конденсатор, образующий с катушкой индуктивности колебательный контур, а в качестве шунтирующего сопротивления использован диодный мост.A device for simulating eddy current loads, containing an inductor, a shunt resistance and a control generator, characterized in that a capacitor is inserted into it, forming an oscillating circuit with the inductor, and a diode bridge is used as a shunt resistance.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для имитации виброперемещений при аттестации вихретоковых датчиков, предназначенных для контроля частоты вращения, линейных перемещений, величины зазора и уровня вибраций роторных машин, турбин и других механизмов в энергетике, нефтегазовой промышленности и других областях.The utility model relates to measuring technique and can be used to simulate vibration displacements during the certification of eddy current sensors designed to control rotational speed, linear displacements, clearance and vibration level of rotor machines, turbines and other mechanisms in the energy sector, oil and gas industry and other fields.

Обычно при аттестации вихретоковых датчиков используют приспособление для определения статической характеристики вихретокового преобразователя: электропроводящий экран в виде металлической пластины, которую перемещают с помощью микрометрического устройства, контролируя величину зазора в пределах от 0 до 3-5 мм с помощью какого-либо индикатора. Частота возбуждения современных вихретоковых датчиков составляет 800 кГц или 1200 кГц. Присутствие металлической пластины вблизи индуктивной катушки датчика уменьшает величину ее индуктивности, сдвигает резонансную частоту контура датчика в сторону высоких частот и увеличивает активное сопротивление за счет дополнительных потерь в контуре.Typically, when evaluating eddy current sensors, a device is used to determine the static characteristics of the eddy current transducer: an electrically conductive screen in the form of a metal plate, which is moved using a micrometric device, controlling the gap in the range from 0 to 3-5 mm using any indicator. The excitation frequency of modern eddy current sensors is 800 kHz or 1200 kHz. The presence of a metal plate near the inductive coil of the sensor reduces its inductance, shifts the resonant frequency of the sensor circuit towards high frequencies and increases the resistance due to additional losses in the circuit.

Известно устройство по авт.св. СССР №1580152, G01В 7/14, 1988 г., в котором используется вибростенд с набором измерительных скоб для валов различного диаметра. Поэтому определение динамических и частотных характеристик вихретокового датчика является трудоемкой операцией и, кроме того, частотный диапазон измерений ограничен до 1000 Гц, в то время как частотный диапазон датчиков расширен до 10 кГц.A device for ed. USSR No. 1580152, G01В 7/14, 1988, which uses a vibration stand with a set of measuring brackets for shafts of various diameters. Therefore, the determination of the dynamic and frequency characteristics of an eddy current sensor is a time-consuming operation and, in addition, the measurement frequency range is limited to 1000 Hz, while the frequency range of the sensors is expanded to 10 kHz.

Известен имитатор вихретоковых нагрузок по пат. РФ №2231020, G01В 7/14, 2993 г., функциональная схема которого содержит три идентичных канала калибровки в трех плоскостях X, Y, Z. Канал содержит обмотку, шунтированную переходом сток-исток полевого транзистора. Полевые транзисторы работают в режиме комплексных сопротивлений. На затворы транзисторов подается имитационный вибросигнал. Имитационный сигнал в одном из каналов подается через фазовращатель с диапазоном регулирования фазы относительно другого канала от O до π°.Known simulator eddy current loads according to US Pat. RF №2231020, G01В 7/14, 2993, the functional diagram of which contains three identical calibration channels in three planes X, Y, Z. The channel contains a winding shunted by the drain-source junction of the field-effect transistor. Field effect transistors operate in the complex resistance mode. A simulated vibration signal is applied to the gates of the transistors. A simulation signal in one of the channels is supplied through a phase shifter with a phase control range relative to the other channel from O to π °.

Известное устройство позволяет расширить диапазон линейности его имитационной характеристики, однако устройство достаточно сложно и требует наличия дополнительного источника постоянного тока.The known device allows you to expand the linearity range of its simulation characteristics, however, the device is quite complicated and requires an additional DC source.

Ближайшим аналогом заявляемого устройства является известное устройство, описанное в статье Манохина А.Е. и Герасимова Н.Б. “Эквивалентный электрический метод определения амплитудно-частотной характеристики вихретоковых датчиков виброперемещения”, журнал “Измерительная техника”, 2000 г., №6, с.43-45.The closest analogue of the claimed device is a known device described in an article by A. Manokhin. and Gerasimova NB “The equivalent electrical method for determining the amplitude-frequency characteristics of eddy current vibration displacement sensors”, Measuring Technique magazine, 2000, No. 6, p. 43-45.

Устройство содержит дополнительную катушку индуктивности, устанавливаемую перед измерительной обмоткой вихретокового датчика, которая работает в резонансном режиме. Дополнительная катушка охватывается магнитным потоком измерительной обмотки датчика. При этом дополнительная катушка шунтирована управляемым резистором, в качестве которого используют сопротивление полевого транзистора, напряжение на котором изменяют генератором по синусоидальному закону, что является имитацией вибрации. Изменение величины сопротивления изменяет величину вносимого эквивалентного сопротивления в измерительную обмотку датчика. При демодуляции сигнала, снимаемого с измерительной обмотки датчика, выделяется напряжение, эквивалентное величине зазора или амплитуде вибрации, и регистрируется соответствующим оборудованием.The device contains an additional inductor installed in front of the measuring winding of the eddy current sensor, which operates in resonant mode. An additional coil is covered by the magnetic flux of the measuring coil of the sensor. In this case, an additional coil is shunted by a controlled resistor, which is used as the resistance of a field-effect transistor, the voltage on which is changed by a generator according to a sinusoidal law, which is an imitation of vibration. A change in the resistance value changes the value of the introduced equivalent resistance in the measuring coil of the sensor. When demodulating the signal taken from the measuring winding of the sensor, a voltage equivalent to the size of the gap or the amplitude of the vibration is released, and is recorded by the corresponding equipment.

К недостаткам известного устройства можно отнести необходимость использования дополнительного источника постоянного тока для питания электрической схемы с транзистором, недостаточную линейность имитационных характеристик, а также ограничение диапазона взаимодействия обмотки датчика и сопротивления полевого транзистора, определяемого сопротивлением перехода сток-исток (примерно 50 Ом).The disadvantages of the known device include the need to use an additional DC source to power the electric circuit with a transistor, insufficient linearity of the simulation characteristics, as well as limiting the range of interaction of the sensor winding and the resistance of the field effect transistor, which is determined by the drain-source transition resistance (about 50 Ohms).

Перед авторами заявляемой полезной модели стояла задача упростить устройство имитатора вихретоковых нагрузок, обеспечить линейность имитационных характеристик и снять ограничение диапазона взаимодействия обмотки датчика и катушки имитатора.The authors of the claimed utility model had the task of simplifying the eddy current simulator simulator, ensuring the linearity of the simulation characteristics and removing the limitation on the range of interaction between the sensor winding and the simulator coil.

Поставленная задача была решена следующим образом.The task was solved as follows.

В устройство имитации вихретоковых нагрузок, содержащее катушку индуктивности, шунтирующее сопротивление и управляющий генератор, введен конденсатор, образующий с катушкой индуктивности колебательный контур, а в качестве шунтирующего сопротивления использован диодный мост.An eddy current simulation device containing an inductor, a shunt resistor and a control generator is connected with a capacitor that forms an oscillating circuit with an inductor, and a diode bridge is used as a shunt resistor.

Сущность предлагаемого решения состоит в расширении диапазона взаимодействия индуктивности датчика и колебательного контура, что обеспечивает линейность характеристик имитатора в более широком диапазоне.The essence of the proposed solution is to expand the range of interaction of the inductance of the sensor and the oscillating circuit, which ensures the linearity of the characteristics of the simulator in a wider range.

Электрическая схема устройства показана на чертеже, гдеThe electrical circuit of the device is shown in the drawing, where

1 - индуктивная катушка L₁ вихретокового датчика,1 - inductive coil L ₁ eddy current sensor,

2 - колебательный контур, состоящий из индуктивности L₂и емкости С,2 - oscillatory circuit, consisting of inductance L ₂ and capacitance C,

3 - диодный мост D1-D4,3 - diode bridge D1-D4,

4 - генератор G сигналов.4 - generator G signals.

Колебательный контур 2 настроен на частоту возбуждения датчика. Генератор 4 сигналов (например, типа 33220 фирмы AgilentTechnologies) имеет возможность генерировать низкочастотные синусоидальные сигналы с одновременной подачей напряжения смещения постоянного тока. Колебательный контур 2 (катушка L₂ и конденсатор С) подсоединен параллельно к одной диагонали диодного моста 3, а генератор 4 - к другой диагонали моста 3. Катушка L₂ конструктивно выполняется плоской, толщиной 1-2 мм, количество витков от 40 до 60, что позволяет разместить ее вплотную к торцу аттестуемого датчика. Для изменения диапазона измерений в цепь подключения генератора 4 к диодному мосту 3 могут быть подсоединены дополнительно различные радиоэлементы, например, резисторы.Oscillation circuit 2 is tuned to the excitation frequency of the sensor. A signal generator 4 (for example, type 33220 from Agilent Technologies) has the ability to generate low-frequency sinusoidal signals while supplying a DC bias voltage. The oscillation circuit 2 (coil L ₂ and capacitor C) is connected in parallel to one diagonal of the diode bridge 3, and the generator 4 is connected to the other diagonal of the bridge 3. The coil L _{2 is} structurally flat, 1-2 mm thick, the number of turns from 40 to 60, which allows you to place it close to the end of the certified sensor. To change the measurement range in the circuit connecting the generator 4 to the diode bridge 3 can be additionally connected various radio elements, for example, resistors.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При отсутствии сигнала генератора 4 диодный мост имеет большое внутреннее сопротивление. Колебательный контур 2, настроенный в резонанс на частоте возбуждения вихретокового датчика, и измерительная обмотка 1 датчика представляют собой эквивалентную систему связанных контуров с наибольшей электромагнитной связью, когда индуктивность L₂находится рядом с обмоткой 1 датчика. В этом случае индуктивность L₂вносит наибольшую нагрузку в измерительную обмотку 1 датчика. Резонансная система контуров расстраивается и выходной сигнал становится минимальным, что эквивалентно минимальному зазору между вихретоковым датчиком и токопроводящим элементом. При подаче с генератора 4 напряжения смещения постоянного тока, например, -5 вольт в диагональ моста 3, диодный мост 3 будет иметь наименьшее внутреннее сопротивление на другой диагонали, шунтируя контур 2. Вносимое сопротивление в измерительный контур датчика становится минимальным и его выходной сигнал увеличивается, что эквивалентно максимальному зазору между датчиком и токопроводящим элементом.In the absence of a generator signal 4, the diode bridge has a large internal resistance. Oscillating circuit 2, tuned to resonance at the excitation frequency of the eddy current sensor, and measuring coil 1 of the sensor are an equivalent system of connected circuits with the greatest electromagnetic coupling, when the inductance L ₂ is located next to the coil 1 of the sensor. In this case, the inductance L ₂ introduces the greatest load into the measuring winding 1 of the sensor. The resonant system of circuits is upset and the output signal becomes minimal, which is equivalent to the minimum gap between the eddy current sensor and the conductive element. When applying a DC bias voltage from the generator 4, for example, -5 volts to the diagonal of the bridge 3, the diode bridge 3 will have the smallest internal resistance on the other diagonal, bypassing the circuit 2. The introduced resistance in the measuring circuit of the sensor becomes minimal and its output signal increases, which is equivalent to the maximum gap between the sensor and the conductive element.

Шунтирование колебательного контура 2 в предлагаемом устройстве является более эффективным в сравнении с шунтированием только индуктивности в аналогичных схемах имитаторов, что расширяет диапазон взаимодействия имитатора с обмоткой датчика. При последовательной подаче уровня напряжения в диапазоне от 0 до -5 вольт выходной сигнал будет изменяться от минимального до максимального значения, что эквивалентно прямо пропорциональному изменению зазора между датчиком и токопроводящим элементом. Таким образом определяют статическую характеристику вихретокового датчика.Shunting of the oscillatory circuit 2 in the proposed device is more effective in comparison with shunting only the inductance in similar simulator circuits, which extends the range of interaction of the simulator with the sensor winding. With a sequential supply of a voltage level in the range from 0 to -5 volts, the output signal will change from minimum to maximum value, which is equivalent to a directly proportional change in the gap between the sensor and the conductive element. In this way, the static characteristic of the eddy current sensor is determined.

При аттестации датчика подают от генератора 4 напряжение смещения сигнала, соответствующее выбранной величине зазора в рабочей точке, а затем подают синусоидальный сигнал, амплитуда которого соответствует эквивалентной величине виброперемещения в зазоре токопроводящего элемента. Изменяя амплитуду или частоту подаваемого сигнала, определяют амплитудно-частотные характеристики вихретоковых датчиков.During the certification of the sensor, a signal bias voltage corresponding to the selected gap value at the operating point is supplied from the generator 4, and then a sinusoidal signal is supplied, the amplitude of which corresponds to the equivalent value of the vibration displacement in the gap of the conductive element. By changing the amplitude or frequency of the supplied signal, the amplitude-frequency characteristics of the eddy current sensors are determined.

Технический эффект состоит в том, что использование заявляемого устройства позволяет упростить решение проблемы аттестации вихретоковых датчиков и отказаться от источника питания электрической схемы имитатора благодаря использованию диодного моста в качестве управляемого резистора. Кроме того, электрически управляемое заявленное устройство позволяет автоматизировать процесс измерения параметров вихретоковых датчиков и осуществить компьютерную обработку результатов их аттестации.The technical effect consists in the fact that the use of the claimed device makes it possible to simplify the solution of the problem of certification of eddy current sensors and to refuse the power supply of the electric circuit of the simulator due to the use of a diode bridge as a controlled resistor. In addition, the electrically controlled claimed device allows you to automate the process of measuring the parameters of eddy current sensors and to carry out computer processing of the results of their certification.

Claims

A device for simulating eddy current loads containing an inductor, a shunt resistance and a control generator, characterized in that a capacitor is inserted into it, forming an oscillating circuit with the inductor, and a diode bridge is used as a shunt resistance.