RU222614U1

RU222614U1 - DEVICE FOR MEASURING VIBRATIONS

Info

Publication number: RU222614U1
Application number: RU2023128414U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2024-01-12

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений. В устройстве для измерения вибраций, содержащем источник магнитного поля и магнитопровод, внутри которого установлен цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, магнитопровод выполнен составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса, и сквозным осевым отверстием, нижняя втулка магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой, верхняя втулка магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой, которая установлена на кольцевой магнитопроводной приставке, внешнюю поверхность верхней втулки магнитопровода охватывает подвижное кольцо, на кольцевой магнитопроводной приставке установлен кольцеобразный элемент, охватывающий немагнитопроводную приставку и равный ей по высоте, выполненный составным, содержащий закрепленные в немагнитопроводном ободе постоянные магниты с поперечным сечением в форме сектора кольца, намагниченные в осевом направлении и установленные поочередно с ними немагнитопроводные проставки той же формы, подвижное кольцо размещено на кольцеобразном элементе с возможностью поворота вокруг оси, выполнено составным, содержит закрепленные в немагнитопроводном ободе установленные поочередно магнитопроводные и немагнитопроводные пластины в форме указанных выше постоянных магнитов. Технический результат заключается в обеспечении линейности регулировок частот измеряемых вибраций.

The utility model relates to measuring technology and can be used to measure and diagnose vibration parameters of various objects, equipment and structures. In a device for measuring vibrations containing a source of magnetic field and a magnetic circuit, inside of which a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface is installed, a movable sensitive element made in the form of a ring permanent magnet is placed inside the housing, the annular gap between the housing and the sensitive element is filled with magnetic fluid , the magnetic core is made of two upper and lower bushings facing each other, each at the inner end is equipped with a protrusion in the shape corresponding to the internal cylindrical surface of the housing, and a through axial hole, the lower magnetic core bushing is equipped with a ring magnetic conductor attachment at the upper end, the upper magnetic conductor bushing with the lower end is equipped with an annular non-magnetic conductor attachment, which is mounted on a ring magnetic conductor attachment, the outer surface of the upper magnetic core sleeve is covered by a movable ring, a ring-shaped element is installed on the annular magnetic conductor attachment, enclosing the non-magnetic conductor attachment and equal to it in height, made composite, containing permanent magnets fixed in the non-magnetic conductor rim with a cross section in the shape of a sector of the ring, magnetized in the axial direction and non-magnetic conductive spacers of the same shape installed alternately with them, the movable ring is placed on a ring-shaped element with the possibility of rotation around an axis, is made composite, contains fixed in a non-magnetic rim, installed alternately magnetic and non-magnetic conductive plates in form of the above permanent magnets. The technical result consists in ensuring linear adjustment of the frequencies of the measured vibrations.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений.The utility model relates to measuring technology and can be used to measure and diagnose vibration parameters of various objects, equipment and structures.

Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU 211338, МПК G01H 11/02, 2022 г.), содержащее магнитоировод с постоянным магнитом, цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, а корпус установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая из которых с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным отверстием, а между втулками установлено немагнитопроводное кольцо, постоянный магнит выполнен кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце и охватывает верхнюю втулку магнитопровода, на нижней втулке магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения, установлено магнитопроводное кольцо с кольцевым зазором в верхней втулке магнитопровода.A device for measuring vibrations is known (Utility model patent RU 211338, IPC G01H 11/02, 2022), containing a magnetic drive with a permanent magnet, a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface, inside the housing there is a movable sensitive element made in the form ring permanent magnet, the annular gap between the housing and the sensitive element is filled with magnetic fluid, and the housing is installed inside a magnetic circuit made of two upper and lower bushings facing each other, each of which is equipped with a protrusion at the inner end in the form corresponding to the internal cylindrical surface of the housing and a through hole, and a non-magnetic conductor ring is installed between the bushings, the permanent magnet is made of a ring radially magnetized, installed on a non-magnetic conductor ring and covers the upper magnetic conductor bushing, on the lower magnetic conductor bushing by means of a threaded connection with the possibility of axial vertical movement, a magnetic conductor ring is installed with an annular gap in the upper magnetic core bushing.

Недостатками рассматриваемого устройства являются ограниченный диапазона частот измеряемых вибраций и ограниченная возможность регулирования чувствительности измерений.The disadvantages of the device in question are the limited frequency range of measured vibrations and the limited ability to adjust the measurement sensitivity.

Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU 217791, МПК G01H 11/02, 2023 г.), принятое за прототип, содержащее магнитопровод с кольцевым постоянным магнитом, внутри магнитопровода установлен цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, магнитопровод выполнен составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса, и сквозным осевым отверстием, верхняя втулка магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой, нижняя втулка магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой, на которой установлены кольцевой постоянный магнит, намагниченный в осевом направлении, охватывающий немагнитопроводную приставку верхней втулки магнитопровода и равный ей по высоте, на внешней поверхности верхней втулки магнитопровода посредством резьбового соединения с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с внутренней резьбой.A device for measuring vibrations is known (Utility model patent RU 217791, IPC G01H 11/02, 2023), adopted as a prototype, containing a magnetic circuit with a ring permanent magnet, inside the magnetic circuit there is a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface, inside the housing a movable sensitive element is placed, made in the form of a ring permanent magnet, the annular gap between the housing and the sensitive element is filled with magnetic fluid, the magnetic circuit is made of two upper and lower bushings facing each other, each at the inner end is equipped with a protrusion in the shape corresponding to the internal cylindrical surface housing, and a through axial hole, the upper magnetic core bushing at the bottom end is equipped with a ring non-magnetic conductor attachment, the lower magnetic core bushing at the top end is equipped with an annular magnetic conductor attachment on which an annular permanent magnet is mounted, magnetized in the axial direction, enclosing the non-magnetic conductor attachment of the upper magnetic core bushing and equal to it in height, on the outer surface of the upper magnetic core bushing, a magnetic conductor ring with internal thread is installed through a threaded connection with the possibility of axial vertical movement.

Недостатком прототипа является нелинейность регулировок частот измеряемых вибраций обусловленная нелинейной зависимостью силы отталкивания между магнитным подвесом и чувствительным элементом при изменении расстояния между магнитопроводным кольцом и кольцевым постоянным магнитом.The disadvantage of the prototype is the nonlinearity of the adjustments of the frequencies of the measured vibrations due to the nonlinear dependence of the repulsion force between the magnetic suspension and the sensitive element when the distance between the magnetic conductor ring and the annular permanent magnet changes.

Технический результат заключается в обеспечении линейности регулировок частот измеряемых вибраций.The technical result consists in ensuring linear adjustment of the frequencies of the measured vibrations.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения вибраций, содержащем источник магнитного поля и магнитопровод, внутри которого установлен цилиндрический немагнитный корпус с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполнен магнитной жидкостью, магнитопровод выполнен составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным осевым отверстием, нижняя втулка магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой, верхняя втулка магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой, которая установлена на кольцевой магнитопроводной приставке, внешнюю поверхность верхней втулки магнитопровода охватывает подвижное кольцо, на кольцевой магнитопроводной приставке установлен кольцеобразный элемент, охватывающий немагнитопроводную приставку и равный ей по высоте, выполненный составным, содержащий закрепленные в немагнитопроводном ободе постоянные магниты с поперечным сечением в форме сектора кольца, намагниченные в осевом направлении и установленные поочередно с ними немагнитопроводные проставки той же формы, подвижное кольцо размещено на кольцеобразном элементе с возможностью поворота вокруг оси, выполнено составным, содержит закрепленные в немагнитопроводном ободе установленные поочередно магнитопроводные и немагнитопроводные пластины, в форме указанных выше постоянных магнитов.The technical result is achieved by the fact that in a device for measuring vibrations containing a source of magnetic field and a magnetic circuit, inside of which a cylindrical non-magnetic housing with a measuring winding on the outer surface is installed, inside the housing there is a movable sensitive element made in the form of a ring permanent magnet, an annular gap between the housing and the sensitive element is filled with magnetic fluid, the magnetic circuit is made of two upper and lower bushings facing each other, each at the inner end is equipped with a protrusion in the shape corresponding to the internal cylindrical surface of the housing and a through axial hole, the lower bushing of the magnetic circuit is equipped with a ring magnetic-conducting attachment at the upper end , the upper bushing of the magnetic core at the lower end is equipped with a ring-shaped non-magnetic-conducting attachment, which is installed on the annular magnetic-conducting attachment, the outer surface of the upper bushing of the magnetic core is covered by a movable ring, on the annular magnetic-conducting attachment there is a ring-shaped element enclosing the non-magnetic-conducting attachment and equal to it in height, made composite, containing fixed in the non-magnetic-conducting rim there are permanent magnets with a cross-section in the shape of a ring sector, magnetized in the axial direction and non-magnetic-conducting spacers of the same shape installed alternately with them, the movable ring is placed on a ring-shaped element with the possibility of rotation around an axis, is made as a composite, contains fixed in the non-magnetic-conducting rim installed alternately magnetically conductive and non-magnetic conductive plates, in the form of the above permanent magnets.

Сущность полезной модели поясняют графические материалы.The essence of the utility model is explained by graphic materials.

На фиг. 1 приведено устройство для измерения вибраций в разрезе.In fig. Figure 1 shows a sectional view of a device for measuring vibrations.

На фиг. 2 приведено изображение кольцеобразного элемента в разрезе.In fig. Figure 2 shows a cross-sectional image of the ring-shaped element.

На фиг. 3 приведено изображение подвижного кольца в разрезе.In fig. Figure 3 shows a cross-sectional image of the movable ring.

Устройство для измерения вибраций содержит источник магнитного поля и магнитопровод, внутри которого установлен цилиндрический немагнитный корпус 1 с измерительной обмоткой 2 на внешней поверхности. Внутри корпуса 1 размещен подвижный чувствительный элемент 3, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита. Кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 заполнен магнитной жидкостью 4. Магнитопровод выполнен составным из двух обращенных друг к другу верхней втулки 5 и нижней втулки 6. Наличие магнитопровода значительно повышает эффективность использования постоянных магнитов за счет уменьшения полей рассеяния и позволяет получить требуемые эксплуатационные характеристики. Верхняя втулка 5 с внутреннего торца снабжена выступом 7 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, и сквозным осевым отверстием 8. Нижняя втулка 6 с внутреннего торца снабжена выступом 9 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, и сквозным осевым отверстием 10. Выступ 9 нижней втулки 6 и выступ 7 верхней втулки 5 находятся внутри корпуса 1 и являются магнитным подвесом для чувствительного элемента 3. Сквозные отверстия 8 и 10 в верхней 5 и нижней 6 втулках магнитопровода обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса 1 и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений. Нижняя втулка 6 магнитопровода с верхнего торца снабжена кольцевой магнитопроводной приставкой 11. Верхняя втулка 5 магнитопровода с нижнего торца снабжена кольцевой немагнитопроводной приставкой 12, которая установлена на кольцевой магнитопроводной приставке 11. На кольцевой магнитопроводной приставке 11 установлен кольцеобразный элемент, охватывающий немагнитопроводную приставку 12 и равный ей по высоте. Кольцеобразный элемент (фиг. 2) выполнен составным и содержит, закрепленные в немагнитопроводном ободе 13, постоянные магниты 14. Каждый из постоянных магнитов 14 выполнен с поперечным сечением в форме сектора кольца и намагничен в осевом направлении. Постоянные магниты 14 установлены поочередно с немагнитопроводиыми проставками 15, выполненными в форме указанных постоянных магнитов 14. Выполнение кольцеобразного элемента равным по высоте немагнитопроводной приставке 12 исключают шунтирование постоянных магнитов 14 и появление дополнительных полей рассеяния. Внешнюю поверхность верхней втулки 5 магнитопровода охватывает подвижное кольцо, размещенное на кольцеобразном элементе с возможностью поворота вокруг оси. Подвижное кольцо (фиг. 3) выполнено составным и содержит закрепленные в немагнитопроводном ободе 16 установленные поочередно магнитопроводные пластины 17 и немагнитопроводные пластины 18, выполненные в форме указанных выше постоянных магнитов 14. Изготовление обращенных друг к другу внешней цилиндрической поверхности верхней втулки 5 и внутренней цилиндрической поверхности подвижного кольца осуществляется по широкоходовой посадке.The device for measuring vibrations contains a source of magnetic field and a magnetic circuit, inside of which there is a cylindrical non-magnetic housing 1 with a measuring winding 2 on the outer surface. Inside the housing 1 there is a movable sensitive element 3, made in the form of a ring permanent magnet. The annular gap between the housing 1 and the sensitive element 3 is filled with magnetic fluid 4. The magnetic core is made of two facing each other, the upper sleeve 5 and the lower sleeve 6. The presence of a magnetic core significantly increases the efficiency of using permanent magnets by reducing stray fields and allows you to obtain the required performance characteristics . The upper bushing 5 at the inner end is equipped with a protrusion 7 in the shape corresponding to the inner cylindrical surface of the body 1, and a through axial hole 8. The lower bushing 6 at the inner end is equipped with a protrusion 9 in the shape corresponding to the inner cylindrical surface of the body 1, and a through axial hole 10. Protrusion 9 of the lower bushing 6 and protrusion 7 of the upper bushing 5 are located inside the housing 1 and are a magnetic suspension for the sensitive element 3. Through holes 8 and 10 in the upper 5 and lower 6 magnetic core bushings ensure equality of the pressure difference in the internal volumes of the housing 1 and the external environment, which helps to increase the sensitivity of measurements. The lower sleeve 6 of the magnetic circuit from the upper end is equipped with a ring -wire bailiff 11. The upper sleeve 5 of the magnetic circuit from the lower end is equipped with a ring bailiff 12, which is installed on the ring magnetically wire prefix 11. A ring -shaped element is installed on the annular magnetic wire bailiff 11, covering the non -magnetic wiring prefix 12 and equal it to it and equal to it and equal to it. in height. The ring-shaped element (Fig. 2) is made composite and contains permanent magnets 14 fixed in a non-magnetic rim 13. Each of the permanent magnets 14 is made with a cross-section in the shape of a ring sector and is magnetized in the axial direction. Permanent magnets 14 are installed alternately with non-magnetic conductive spacers 15, made in the form of said permanent magnets 14. Making the ring-shaped element equal in height to the non-magnetic conductive attachment 12 eliminates shunting of the permanent magnets 14 and the appearance of additional stray fields. The outer surface of the upper bushing 5 of the magnetic circuit is covered by a movable ring placed on a ring-shaped element with the possibility of rotation around an axis. The movable ring (Fig. 3) is made as a composite and contains magnetic-conducting plates 17 and non-magnetic-conducting plates 18 mounted alternately in the non-magnetic-conducting rim 16, made in the form of the above-mentioned permanent magnets 14. Manufacturing of the outer cylindrical surface of the upper sleeve 5 and the inner cylindrical surface facing each other The movable ring is carried out using a wide-stroke fit.

Работа устройства для измерения вибраций состоит в следующем.The operation of the vibration measuring device is as follows.

Нижнюю втулку 6 магнитопровода жестко фиксируют на оборудовании. При возникновении вибраций происходят колебания подвижного чувствительного элемента 3, который перемещается вдоль корпуса 1, не касаясь его внутренних стенок за счет левитации на магнитном подвесе в магнитной жидкости 4. В измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций. Она обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Силы отталкивания, создаваемые магнитным подвесом и постоянным магнитом чувствительного элемента 3, препятствуют их соприкосновению. Чувствительность и диапазон измеряемых вибраций регулируют поворачивая подвижное кольцо и изменяя положение магнитопроводных 17 и немагнитопроводных 18 пластин по отношению к постоянным магнитам 14. Когда немагнитопроводные пластины 18 расположены напротив постоянных магнитов 14 большая часть магнитного потока будет представлять собой поток рассеивания. Сила отталкивания, действующая на чувствительный элемент 3, будет минимальна, при этом чувствительность измерений максимальна, а контролируемый диапазон частот находится в высокочастотной области. При повороте подвижного кольца и увеличении площади соприкосновения постоянных магнитов 14 и магнитопроводных пластин 17 поток рассеивания уменьшается, возрастают силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент 3, снижается чувствительность измерений и контролируемый диапазон переходит в низкочастотную область. При полном перекрытии постоянных магнитов 14 магнитопроводными пластинами 17 магнитный поток максимален, а поток рассеивания минимален. Сила отталкивания максимальна, при этом чувствительность измерений минимальна, а контролируемый диапазон часто находится в низкочастотной области. В предлагаемой конструкции магнитопровода при повороте подвижного кольца расстояние между магнитопроводными пластинами 17 и постоянными магнитами 14 в осевом направлении не меняется (их поверхности соприкасаются), это позволяет обеспечить линейность регулирования величины проходящего через них магнитного потока, таким образом, заявляемое устройство для измерения вибраций обеспечивает линейность регулирования частот измеряемых вибраций.The lower sleeve 6 of the magnetic circuit is rigidly fixed to the equipment. When vibrations occur, oscillations of the movable sensitive element 3 occur, which moves along the body 1 without touching its internal walls due to levitation on a magnetic suspension in the magnetic fluid 4. An EMF is induced in the measuring winding 2, the frequency of change of which is proportional to the vibration frequency. It is processed by an electronic unit and reflects the vibration parameters of machines and mechanisms. The repulsive forces created by the magnetic suspension and the permanent magnet of the sensitive element 3 prevent their contact. The sensitivity and range of measured vibrations are adjusted by turning the movable ring and changing the position of the magnetically conductive 17 and non-magnetic conductive plates 18 in relation to the permanent magnets 14. When the non-magnetic conductive plates 18 are located opposite the permanent magnets 14, most of the magnetic flux will be a leakage flux. The repulsive force acting on the sensitive element 3 will be minimal, while the measurement sensitivity is maximum, and the controlled frequency range is in the high-frequency region. When the movable ring is rotated and the contact area between the permanent magnets 14 and the magnetic conductor plates 17 increases, the dissipation flux decreases, the repulsive forces acting on the sensitive element 3 increase, the measurement sensitivity decreases, and the controlled range moves into the low-frequency region. When the permanent magnets 14 are completely overlapped by the magnetic conductor plates 17, the magnetic flux is maximum and the dissipation flux is minimal. The repulsion force is maximum, while the measurement sensitivity is minimal, and the controlled range is often in the low-frequency region. In the proposed design of the magnetic circuit, when the movable ring is rotated, the distance between the magnetic conductor plates 17 and permanent magnets 14 in the axial direction does not change (their surfaces are in contact), this allows for linear control of the magnitude of the magnetic flux passing through them, thus, the inventive device for measuring vibrations ensures linearity regulation of the frequencies of measured vibrations.

Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения уровня вибраций технических объектов, где требуется диагностика вибрационного состояния, гидрогенераторов электрических станций, авиационных двигателей, железнодорожных и автомобильных мостов, а также проведения длительного мониторинга районов с повышенной сейсмической опасностью.It is advisable to use the proposed design for measuring the vibration level of technical objects where diagnostics of the vibration state is required, hydro generators of power plants, aircraft engines, railway and road bridges, as well as long-term monitoring of areas with increased seismic hazard.

Claims

A device for measuring vibrations, containing a source of magnetic field and a magnetic circuit, inside of which a cylindrical non-magnetic housing is installed with a measuring winding on the outer surface, a movable sensitive element made in the form of a ring permanent magnet is placed inside the housing, the annular gap between the housing and the sensitive element is filled with magnetic fluid, The magnetic core is made of two upper and lower bushings facing each other, each at the inner end is equipped with a protrusion in the shape corresponding to the internal cylindrical surface of the housing, and a through axial hole, the lower magnetic core bushing is equipped with a ring magnetic conductor attachment at the upper end, the upper magnetic conductor bushing at the bottom the end is equipped with a ring-shaped non-magnetic-conducting attachment, which is installed on the ring-type magnetic-conducting attachment, the outer surface of the upper magnetic-conducting sleeve is covered by a movable ring, characterized in that a ring-shaped element is installed on the annular magnetic-conducting attachment, covering the non-magnetic-conducting attachment and equal to it in height, made composite, containing fixed in the non-magnetic-conducting the rim has permanent magnets with a cross-section in the shape of a ring sector, magnetized in the axial direction and non-magnetic conductive spacers of the same shape installed alternately with them, the movable ring is placed on a ring-shaped element with the possibility of rotation around an axis, is made as a composite, contains fixed in the non-magnetic rim, installed alternately magnetically conductive and non-magnetic conductive plates in the form of the above permanent magnets.