Датчик для измерения смещений оси вала

 

.Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение чувствительности датчика трансформаторного типа, предназначенного для измерения осевых и радиальных смещенийоси вращающего или неподвижного вала, например электриче- .ской машины. Этот датчик содержит П-образные магниты 1-8, установленпопарно параллельно вокруг периферии его зубчатого роторного узла 9, состоящего из двух одинаковых частей, закрепленных соосно на контролируемом валу 10. Зубчатые части ротора имеют одинаковый по величине и противоположный по знаку угол конусности. Размещенные напротив них на статоре магниты имеют скошенные по конусу поверхности полюсов с одинаковым по величине, но противоположным по знаку углом конусности . ЭДС, наводимая в измерительных обмотках 11-18, которые размещены на полюсах магнитопроводов, зависит от величины радиальных и осевых смещений роторного узла 9 и измеряется в блоке 19 обработки сигналов, где осуществляется их алгебраическое суммирование в соответствии с заданным алгоритмом расчета. 2 ил. i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕКНЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61 ) 10231 94 (21 ) 4208244/25-28 (22) 10,03.87 (46) 07.09.88. Бюл. ¹ 33 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (72) Н.Н ° Левин, О.П. Белавин, А.Д. Серебряков и В.M. Черноштан (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1023194, кл. G Ol В 7/14, 1980. (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ

ОСИ ВАЛА (57) .Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение чувствительности датчика трансформаторного типа, предназначенного дпя измерения осевых и радиальных смещений оси вращающего или неподвижного вала, например электриче.ской машины. Этот датчик содержит.80 1421986 А 2

4 G Ol В 7/14, G Pl В 31/34

П-образные магниты l 8, установленные попарно параллепьно вокруг периферии его зубчатого роторного узла 9, состоящего из двух одинаковых частей, закрепленных соосно на контролируемом валу 10 ° Зубчатые части ротора имеют одинаковый по величине и противоположный по знаку угол конусности. Размещенные напротив них на статоре магниты имеют скошенные по конусу поверхности полюсов с одинаковым по величине, но противоположным по знаку углом конусности. ЭДС, наводимая в измерительных обмотках 11-18, которые размещены на полюсах магнитопроводов, зависит от величины радиальных и осевых смещений роторного узла 9 и измеряется в блоке 19 обработки сигналов, где осуществляется их алгебраическое суммирование в соответствии с заданным алгоритмом расчета. 2 ил.

1421986

Иэобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием изобретения по авт. св.

У .1023194, позволяет определять как осевые, так и радиальные смещения оси вала, например электрической машины, как в режиме вращения, так и в ее статическом положении.

Белью изобретения является повы- 10 ение чувствительности датчика и осевым смещениям контролируемого вала за счет последовательного включения его измерительных обмоток,размещенных на смежных П-образньгх маг- 15 китах, которые расположены напротив рабочих поверхностей ротора с углами конусности противоположных знаков.

На фиг. 1 представлена конструк 20 ция трансформаторного датчика для измерения осевых и радиальных смещений вала, на фиг. 2 — то же, продольный разрез.

Датчик содержит статор, выполнен- 25 ный в виде равномерно расположенных по периметру параллельных пар П-образных магнитов 1-8,и роторный узел 9, состоящий из двух магнитомягких зубчатых роторов, расположен- 30 ных соосно на валу 10. Половина магнитов (основных 1, 3, 5 и 7) расположена против поверхности ротора с одним знаком угла конусности, а другая половина (дополнительных 2, 4, 6 и 8) — напротив поверхности ротора с противоположным по знаку углом конусности. На П-образных магнитах расположены измерительные обмотки 11-18. Диаметрально противо- 40 положно расположенные измерительные обмотки 11 и 15, 13 и 17, 12 и 16, 14 и 18.при определении радиальных смещений включаются встречно. При определении осевых смещений встречно включаются обмотки 11, 13, 15, 17 и 12, 14, 16 и 18, расположенные на полюсах П-образных магнитов, расположенных напротив участков роторного узла 9 с разными знаками угла конусности. Сигналы измерительных обмоток 11-18 обрабатываются с помощью блока 19 обработки сигналов, резуль-. таты которых отражаются на индикато ре 20.

При использовании для возбуждения датчика постоянных магнитов, как показано на фиг. l, измеряют осевые и радиальные смещения вращающегося вала 10. При размещении обмоток воэбуждения переменного тока на полюсах

П-образных магнитопроводов (не показано) датчик позволяет измерять осевые и радиальные смещения неподвижного вала.

Датчик работает следующим образом.

При вращении вала 10 с насаженным на нем зубчатым ррторным узлом

9 магнитная проводимость воздушного зазора между статором и ротором периодически измеряется, что приводит к изменению магнитного потока, сцепленного с витками измерительных обмоток 11-18, и к появлению в них ЭДС с частотой — — (.1 )

Z n

60 где Š— число зубцов ротора

n — частота вращения, ротора, (2) Ьср = hl sing/2

h r, cosl/2, (3) где DI - величина осевого смещения контролируемого вала

Ы/2 — половинный угол конусности ротора;

hr — величина радиального сме1 щения вала, измеренная под i-м магнитом статора (здесь i = 1...8).

При учете направления радиального смещения

hr> = dr; sinLg

ЙГ3 = АГ1 ° сов Ч, (4) где у — угловое положение линии, по которой происходит радиальное смещение.

Для обеспечения синфазности ЭДС, наводимых в соответствующих парах обмоток, число зубцов ротора должно быть таким, чтобы в определенный момент времени против каждого полюса магнитопровода статора находился об/мин.

При наличии осевого d d или радиального .dd смещения вала 10 изме-:

Р няется величина воздушного зазора межжу статором и ротором датчика.

Зависимость приращения воздушного зазора от осевых и радиальных смещений определяется следующими выражениями

1421986

В результате ЭДС Е, характеризу", ющая величину осевого смещения, равна зубец ротора, а в следующий момент времени против каждого полюса магнитопровода статора находился паз ро.. тора. .5

При наличии осевого смещения 81 вала воздушный зазор между ротором и .нечетными магнитопроводами уменьшается, а между ротором и четными маг" нитопроводами увеличивается. 10

При одинаковых параметрах магнито проводов статора и измерительных об моток ЭДС, наводимые в них, будут равны

+ E„)

Е8) = (б) пренебречь малости и и

ДЕ и 81. о

ТакиЖ образом, сигнал DEg пропорцио нален смещению d l °

Е З Е Ет, = KFg f — ( (5)

1 При радиальном смещении вала воз Р+ьа душный анапу уыеньшаетпа ппд ыапнно о. 20

К вЂ” коэффициент пропорциональ- тами 1, 2, 3 и 4 и у и 4 и величится под маг(нитами 5,6, 7 и 8, благодаря чему

F — магнитодвижущая сила воэ- ЭДС, наводимые в о мые в обмотках, будут рава ны:, соответственйо душного зазора.

1 1 д,р - /р У (1у, - д rsingcosof /2 о (1 Р

Е11

Е1т где (8) 1

Е«Е (КР,р H +drsinqcos((//2

Е,„— Е 1 — KF> d ;+Ë rño s ñosñ /2

Сигналами, характеризующими радиальное смещение Дг, являются

Е (Е„+Е )-(Е +Е )

4KF д rsinP;

f5 . о

Е = (Е1з + E!Ф -(1 1„+ E(8 2 дгсоэу(4КР,((сosat/2 п 2 (9) Е

= КЧ

Е(Откуда следует, что

DEq (Таким образом, сигнал (1Eg пропорцио" нален радиальному смещению в гОбычно осевое и радиальное смещения вала происходят одновременно.

Следовательно, в ЭДС измерительных омботок 11 — 18 будут присутствовать составляющие, пропорциональные как (PEP (Е1, + Efs + Ef (Е1Я +Ef< 4 Ец +

= 8КГ

/ /Г ((ð

Величиной Доо можнО

1 ввиду ее относительной тогда — — (и р1 осевому, так и радиальному смещению вала.

Указанный выше алгоритм обработки сигналов измерительных обмоток исклю

I чает из сигнала, характеризующего осевое смещение вала, составляющую, пропорциональную его радиальному сме-.

1421

Блок 19 обработки сигналов измерительных обмоток может быть выполнен, например, .на уровне логических схем, микропроцессора и т.п, Фие. е

Составитель Т. Бычкова, Редактор В. Бугренкова Техред A.Kðàâ÷óê Корректор М.Пожо

Заказ 4414/36

Тираж 680, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 щению, и соответственно из сигнала, характеризующего радиальное смещение вала, составляющую, пропорциональную его осевому смещению.

Действительно, поскольку при измерении осевых смещений вала диаметрально противоположные измерительные обмотки 11 и 15, 13 и 17, 12 и

16, 14 и 18 включаются согласно, то составляющие, пропорциональные радиальному смещению, взаимно компенсируются.

При измерении радиальных смещений вала эа счет согласного включения измерительных обмоток 11 и 12, 13 и

14, 15 и 16, 17 и 18, расположенных на П-образных магнитопровоцах (магнитах) против поверхностей ротора с противоположными знаками угла конусности, взаимно компенсируются составляющие, пропорциональные осевому смещению.

Таким образом, обрабатывая сигналы измерительных обмоток в соответствии с выщеописанньщ алгоритмом, можно определить величины осевого и радиального смещения оси вала.

986 6

Для исключения влияния магнитной проводимости торцовых магнитных .потоков осевая полудлина 1/2 (Фиг.2) конусной поверхности ротора должна быть больше осевой длины конусной поверхности П-образных магнитов 1-8.

Для исключения воэможности механического соприкосновения зубчатых поверхностей ротора и П-образных магнитов 1-8 необходимо, чтобы ted/2 был равен отношению допустимых ра- диального и осевого смещений.

Формула изобретения

Датчик для измерения смещений оси вала по авт. св. 11 1023194, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности к осе20 вым смещениям, вала он снабжен дополнительными П-образными магнитами с размещенными на них измерительными обмотками, которые установлены на статоре параллельно основньм магнитам и выполнены аналогично им, .и . дополнительным зубчатым ротором, выполненным аналогично и установленным соосно с основным фотором, при этом конусные рабочие поверхности полюсов дополнительных магнитов и дополнительного ротора имеют одинаковый с основными угол конусности и противоположный с ними знак этого угла.