SU1744439A1 - Вихретоковый способ измерени зазора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может примен тьс  при вихретоковых измерени х зазоров в услови х воздействи  на преобразователи неинформативных вли ющих факторов. Цель изобретени  - повышение точности во всем диапазоне измерений зазора и неинИзобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может примен тьс  при вихретоковых измерени х зазоров в услови х воздействи  на датчики неинформативных вли ющих факторов, например при контроле энергетических машин в услови х изменени  температуры окружающей среды. Известен способ, заключающийс  в том, что запитываютс  напр жением два датчика: первый измерительный (обмотка формативного вли ющего фактора. Это достигаетс  благодар  тому, что в способе,за- ключающемс  в том, что на измерительный преобразователь предварительно воздействуют полем заданной величины при воздействии на измерительный и компенсационный преобразователи неинформативным вли ющим фактором соответ- ственно максимальной и минимальной величины, измер ют соответствующие сигналы измерительного и компенсационного преобразователей, дополнительно определ ют сигналы соответственно с измерительногоикомпенсационного- преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта. Информативный сигнал формируют из сигналов соответственно на измерительном и компенсационном преобразовател х при воздействии измер емого пол  контролируемого объекта на измерительный преобразователь и неинформативного вли ющего фактора на оба преобразовател  в соответствии с установленным соотношением. 3 ил. электромагнитного преобразовател ); второй компенсационный (мост с термосопротивлением , расположенным в рабочей зоне электромагнитного преобразовател  и управл ющим вторым - опорным - каналом, а о величине зазора суд т по разности выходных сигналов измерительного и опорного каналов. Недостатком такого способа  вл етс  наличие погрешности при изменении температуры из-за разной (нелинейной) зависисо с XI Јь 00 ю

Description

мости импедансов преобразовател  и термосопротивлени .

Известен также способ, заключающийс  в том, что переменным напр жением за- питывают двухобмоточный датчик, обмотки которого включены встречно и изготовлены из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширени , а о зазоре суд т по разности сигнала (напр жени ) на одной из обмоток и масштабированного сигнала, снимаемого со всей дифференциальной обмотки.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ, заключающийс  в том, что в услови х,воздействи  на два по возможности идентичных - измерительного и компенсационного - датчика неинформативного вли ющего фактора Т на измерительный датчик воздействуют полем, создаваемым контролируемым обьектом, наход щимс  от этого измерительного датчика на измер емом рассто нии Н, измер ют сигналы 1Н и LJ2 на датчиках, сравнивают их и по разности сигналов Уз суд т о зазоре.

Основным достоинством указанного способа  вл етс  то, что из-за идентичности датчики имеют близкие температурные и прочие зависимости импедансов. которыми определ етс  функци  выходного сигнала УЗ от Н и Т При этом вли ние Т компенсируетс  пои определении разности Ui-U2.

Однако абсолютно одинаковыми датчики изготовить практически невозможно, а, при изменении температуры объекта контрол  внос тс  дополнительные изменени  во вторичном электромагнитном поле, воздействующем только на один измерительный датчик. Вследствие этого приходитс  непосредственно перед измерени ми производить подстройку нул  измерительного устройства.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  но всем диапазоне изменений зазора Нмин Н Нмэкс и неинформ зтивного вли ющего фактора Тмин Т Тмакс без перерегулировки преобразовател .

Цель достигаетс  тем, что на измерительный датчик воздействуют полем, созда- ваемым контролируемым объектом, наход щимс  от преобразовател  на заданном рассто нии Но, измер ют ситалы датчиков при минимальном и максимальном значени х неинформативного параметра, определ ют сигнал начальной компенсации из соотношени 

Uo KiUio-U20,

где Uo - сигнал начальной компенсации:

К1

U2m - Uzo

Ulm - UlO

Uio и Uim - сигналы измерительного датчика соответственно при минимальном и максимальном значени х неинформативного параметра.

U20 и Item - аналогичные сигналы с компенсационного датчика.

Затем воздействуют на измерительный датчик полем, создаваемым контролируемым обьектом. наход щимс  от преобразовател  на измер емом рассто нии, при произвольном значении неинформативного вли ющего фактора, измер ют текущие сигналы на измерительном и компенсационном датчиках, после чего снимают воздействие пол  контролируемого обьек- та, определ ют сигналы на измерительном и компенсационным датчиках, а разность, по которой суд т о зазоре, определ ют из

соотношени 

U3 (Kilh-U2 Uo)K2. где Уз - разность, по которой суд т о зазоре:

иоп

К2

KiUii -U2T-U0

К2 коэффициент усили ; Ui и U2 - текущие значени  сигналов

соответственно измерительного и компенсационного датчиков при воздействии пол  контролируемого объекта;

Uir и U2r - те же сигналы, после сн ти  воздействи  пол  контролируемого обьек- та. т.е. при воздействии только неинформативного вли ющего фактора;

Don - масштабный коэффициент. При этом величины Н0 и Uon выбирают- с  произвольно, но дл  большей точности номинальный зазор Н0 необходимо выбирать как можно ближе к Hmm. a Uon - как можно большей.

На фиг. 1 изображена схема расположе- ни  объекта контрол  относительно преобразовател  дл  преобразовани  зазора; на фиг. 2 - график зависимости величины U - от Н дл  различных значений неинформативного вли ющего фактора Т; на фиг. 3 - график зависимости величины Кз от Н дл  всех значений Т.

В качестве примера конкретной реализации способа рассмотрим измерение преобразователем 1 с идентичными

измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками (типа используемых в приборе ТПН-1) зазора Н между лопатками 4 вращающейс  турбины (не показана) и защитным экраном 5 (фиг. 1). Лопатки попеременно по вл ютс  в зоне чувствительности измерительной обмотки 2 и выход т из зоны. Момент выхода из зоны чувствительности соответствует максимальному зазору между 2 и 4, т.е. Н Нмакс.

При этом компенсационна  обмотка располагаетс  таким образом, чтобы лопатки 4 были вне зоны ее чувствительности, но достаточно близко к измерительной обмотке 2. чтобы ей находитьс  в аналогичных температурных услови х.

Необходимо измер ть биение зазора Н во врем  от момента запуска турбины до выхода ее на рабочий режим в услови х изменени  вли ющего фактора - темпера- туры Т.

В момент запуска температура турбины и окружающей ее среды равна минимальному значению ТМин«20°С, что соответствует комнатной температуре (в лабораторных ус- лови х). Поэтому до запуска турбины преобразователь 1 выставл етс  и фиксируетс  на номинальном зазоре Н0 0,3 мм по одной из лопаток 4. При этом измер ютс  напр жени  Uio и U20 с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотки соответственно . После запуска турбина некоторое врем  выходит на рабочий режим, а во врем  ее вращени  повышаетс  температура как самих лопаток 4, так и экрана 5 и среды, в которой наход тс  лопатки 4, В процессе работы температура повышаетс  и достигает своего максимального значени  Тмакс

-300°С. После выключени  в момент остановки турбины преобразователь 1 вновь вы- ставл етс  на зазор Н, на датчиках 2 и 3

.измер ютс  соответственно напр жени  Uim и U2m, и рассчитываютс  величины Ki и Uo из соотношений:

U2m - U20

К1

Uim -Uio

Uo KiUio-U2o.

Процесс измерени  биений зазора Н между лопатками 4 и преобразователем 1 в услови х неопределенности температуры Т во врем  вращени  турбины состоит в измерении напр жений Ui и U2 соответственно на датчиках 2 и 3 в моменты нахождени  лопаток 4 в зоне чувствительности датчика 2 и напр жени  Uir и и2т соответственно на датчиках 2 и 3 в момент выхода лопаток 4 из

зоны чувствительности датчика 2. Практически о моментах входа в зону чувствительности и выхода лопаток 4 из зоны чувствительности суд т по тому, что на датчике 2 в момент входа в зону напр жение проходит свой минимум, а при выходе - максимум. О величине биени  зазора Н от номинального значени  Но суд т по величине Уз разности напр жений на датчиках 2 и 3 из соотношений:

U3 (KiUi-U2 -Uo) K2; Don

К2

KiUiT-U2T-Uc

где Uon в общем случае произвольное посто нное значение, имеющее смысл масштабного коэффициента размерности напр жени  и дл  удобства выбрано таким, чтобы величине биени  Н-Но 0,01 мм соответствовало значение Уз, равное 1 В.

Покажем, что предлагаемый способ позвол ет достичь поставленную цель. Дл  этого достаточно доказать, что величина

U U3/K2 KiUi-U2-Uo

(2)

при соблюдении Н Но равна нулю как при линейных, так и при нелинейных температурных зависимост х напр жений Ui и U2, снимаемых с измерительного и компенсационного датчиков. При этом при помощи автоматически подстраиваемого коэффициента усилени  Ка дл  зазора Н Нмакс при любых Т напр жени х Уз становитс  равным опорному Uon (фиг. 3). Так как вид кривой У(Н) Уз/К2 на фиг. 2 зависит лишь от взаимного пространственного расположени  преобразовател  и объекта контрол , а изменение Т может лишь раст нуть или сжать ее по оси ординат, то крива  11з на фиг. 3 однозначно определ етс  перемещением Нине зависит от Т.

Дл  доказательства равенства„нулю выражени  (2) при Н Но и всех Т рассмотрим вначале случай линейной температурной зависимости . Пусть сигналы Ui и У2 выражаютс  через температуру Т:

Ui Uю - (Uim - Uio) Т.Т ТгГ :

I max I min

U2 U20 - (U2m - U20)

1 max I mm

где Тмин, Тмакс - соответственно минимальное и максимальное значение температуры Т из диапазона ее изменени .

Тогда дл  всех Тмин Т Тмакс на зазоре

И - Но имеем U - Urm .° (Ui - Uio) - (U2Ulo UIO

-U20) - Ki «Uio - (Ui - Uio) - I макс I мин

iii rn iТ Тмин

-U10} - - fzTr

I макс i мин

Т - Тмин

(U2 - U20) - U20} (U2m U20) j

-ft,

макс I мин

- (U2m - U20)

Т - Тмин Тмакс Тмин

О,

т.е. при произвольных линейных зависимост х Ui(T) и U2(T) на зазоре Н Но при всех Тмин Ј Т Тмакс достигаетс  полна компенсаци  выходного сигнала.

Пусть теперь температурные зависимости на зазоре Н НО  вл ютс  нелинейными , но законы, которыми они описываютс ,  вл ютс  одинаковыми, например экспоненциальными , т.е.

Ui Uio-Ai{1-exp(Т-Т ,

мин

).

U2 U20 - - ехр { - Т г ),

где AI, А2,Ј- температурные коэффициенты датчиков.

Дл  А Но

U Ki {-Ai 1 - ехр( Т-Т ,

мин

)}

{-А2 1 - ехр ( ) - Аг Г1 - ехр ( Т-Т

мин

л

Л,-ехр(-)

Т - Тмин

(V

П-о,

) + А2 1 - ехр

Т„ТГ Ui.1- I

т.е. и в этом случае на зазоре Н Но при всех Тмин Т Тмакс достигаетс  полна  компенсаци  выходного сигнала.

Таким образом способ обеспечивает такое преобразование, что при любых ТМИн Т Тмакс будут соблюдатьс  равенства в двух реперных точках диапазона Н:

Уз 0 при Н Но и из Uon при выходе объекта контрол  из зоны чувствительности

преобразовател  1,т.е обеспечиваетс  независимость функции из(Н) от Т.

По сравнению с прототипом предложенный способ позвол ет производить настройку преобразовател  на объект контрол  всего один раз, и при изменении неинформативного вли ющего фактора отстройка от последнего, на пор док повышающа  точность преобразовани ,

производитс  автоматически без дополнительной установки нул  измерительного устройства .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Вихретоковый способ измерени  зазора при помощи измерительного и компенса- ционногопреобразователей,

   заключающийс  в том, что при воздействии на оба преобразовател  неинформативного вли ющего фактора на измерительный преобразователь воздействуют полем контролируемого объекта, измер ют сигналы Ui и U2 соответственно на измерительном и компенсационном преобразовател х и используют их дл  определени  информативного

   об измер емом зазоре Н сигнала Уз. отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, предварительно на измерительный преобразователь воздействуют полем заданной величины при воздействии на преобразователи неинформативным вли ющим фактором соответственно минимальной и максимальной величин, измер ют соответствующие сигналы Uio U2o и Utr, U2r измерительноге и компенсационного преобразователей, определ ют из соотношени 

   Uo KiUio-U20, U2r -U20

   Ki

   Uir -Uio

   где дополнительно определ ют сигналы UiT и и2т соответственно с измерительного и компенсационного преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта, наход т коэффициент «2 из соотношени 

   К2

   и

   оп

   KiUn -U2T -Uc

   где Uon - масштабный коэффициент, а информативный сигнал Уз формируют в 55 соответствии с соотношением (KiUi--U2-Uo).

   mm

   t

   И

   max

   H

   Фи. J