Индуктивный датчик вибраций

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1432342

А1 (5 4 б 01 Н 11/{)

NCKOeSnp„»;: !3,",; ; ".,„Ц:

1 !»Ы l." ГБ",, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2) ) 7772159/25 28 (22) 17.11.8! (46) 23.10.88. Бюл. X 39 (71) Првни Брненска стройирна {CS) (72) 10рий Широкорад и Ладислав Пржиял (CS) (53) 621.317.319:531.71(088.8) (54) (57) 1. ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК

ВИБРАЦИЙ, содержащий корпус 11, размещенные в нем измерительные катушки

5,6 «Iavnia!IHIIe на изоляционном каркасе 3, и (постоянный магнит 1 с магнитным подав ")и, выполненным в виде двух дополни-ельных постоянных магнитов 9, 10, уст,>новленных соосНо и ориентированных

> (.;>;(ч(. ннымн полюсачи относительно полюсов î HoBH()ï) постоянного чагliliT(> и{и(((я Тс и, HTo, oil HH())I((ll HTчл кой 4 IIH II(. магнитного мет (лла, у T;I II(>B, I(Hli()ll ч(жд) корпусом 11 и постоянными магнитами

1,9,10, которые выполнены кольцевыми, а измерительные катушки установлены в полости основного постоянного магнита 1 с нанесенным на его внешней поверхности антифрикционным покрытием 2 так, что их изоляционный каркас 3 прикреплен торцами

7,8 к неподвижно установленным дополнительным постоянным магнитам 9,10.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что отношение толщины втулки 4 к внешнему диаметру основного постоянного магнита 1 находится в пределах 0,{)1 — 1,0.

1432342

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций, например, быстроходных ротационных машин, а также агрегатов, используемых в энергетике и на транспорте (газовых или паровых турбин, турбодетандеров, авиационных моторов и т.д.).

Датчики вибрации, установленные на авиационных моторах и другом энергетическом оборудовании, часто подвержены воздействию повышенных температур, большого ускорения и значительной амплитуды вибраций, которая достигает при некоторых режимах эксплуатации нескольких сот микрометров, тогда как при нормальном режиме величина амплитуды вибрации составляет всего лишь несколько микрометров. Другими требованиями, предъявленными к датчикам вибрации, являются малые габариты и вес, линейность характеристики преобразования во всем диапазоне измерений и устойчивость против электромагнитных помех.

В настоящее время широко применяются индуктивные датчики вибрации, у которых постоянный магнит подвешен на эластичной мембране между двумя жестко закрепленными катушками индуктивности. При движении магнита в катушках индуктируется электрическое напряжение, пропорциональное амплитуде вибраций. Недостатком этих датчиков является частая поломка мембран при тяжелых условиях эксплуатации, особенно при повышении амплитуды вибрации.

Известен индуктивный датчик вибрации, у которого подвижный постоянный магнит, находящийся в направляющей втулке, подвешен на двух пружинах. Катушка индуктивности намотана на направляющей втулке.

При перемещении подвижного магнита в катушке индуктируется электрическое напряжение, которое соответствующим образом усиливается и измеряется (Заявка ФРГ № 2439072, кл. G 01 Н 1/00, 1976).

Недостатком этого датчика является пониженная чувствительность, вызванная трением в направляющей втулке, которое обусловлено крутящим моментом, создаваемым воздействием обеих пружин на постоянный магнит и прижимающим этот магнит к стенкам втулки. Кроме того, масса и собственная частота колебаний ограничивают возможность использования этого датчика довольно узким диапазоном частоты вибраций. Производство пружин с точной характеристикой и габаритами сложно и дорого.

Измерение вибраций возможно также с помощью пьезоэлектрическйх датчиков, у которых используется способность преобразовывать механическое усилие в электрическое напряжение, пропорциональное ускорению массы пьезоэлектрического датчика под действием вибраций. Положительным качеством пьезоэлектрических датчиков является их способность выдерживать большие

5 l0

55 ускорения и амплитуды вибрации, а также небольшие габариты.

Недостатком является слабый электрический сигнал, из-за которого необходимо устанавливать усилительную аппаратуру вблизи от датчика, а также чувствительность к температурным изменениям окружающей среды.

Более близким техническим решением к данному изобретению является индуктивный датчик вибраций, у которого подвижный магнит подвешен в магнитном поле, образованном двумя неподвижными магнитами, ориентированными одноименными полюсами относительно полюсов подвижного магнита. Этот магнит перемещается по втулке, на которой намотаны две катушки индуктивности, соединенные встречно-последовательно. При перемещении подвижного магнита в этих катушках индуцируется электрическое напряжение, которое затем усиливается и измеряется (Авторское свидетельство СССР № 693118, кл. G 01 Н 11/02, 1977) . Такой датчик отличается большой надежностью, но уменьшение его габаритов до диаметра менее 30 мм и длины менее

60 мм затруднительно. Кроме того, он обладает недостаточной помехоустойчивостью и чувствителен к изменениям температуры окружающей среды, так как его измери тельные катушки охватывают снаружи подвижный магнит датчика. Эти недостатки устранены в индуктивном датчике вибраций, в котором постоянный магнит установлен с возможностью перемещения по отношению не менее, чем к одной катушке индуктивности и подвешен в магнитном поле.

Этот датчик содержит корпус, в котором размещены две измерительные катушки, намотанные встречно на общем изоляционном каркасе, а магнитный подвес постоянного, магнита выполнен в виде двух дополнительных постоянных магнитов, установленных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов основного постоянного магнита.

С целью повышения помехоустойчивости и уменьшения габаритных размеров, этот датчик снабжен втулкой из немагнитного металла, установленной между корпусом и постоянными магнитами, которые выполнены кольцевыми, а измерительные катушки установлены в полости основного постоянного магнита с нанесенным на его внешней поверхности антифрикционным покрытием, изоляционный каркас прикреплен торцами к неподвижно установленным дополнительным постоянным магнитам. Кроме того, отношение толщины втулки к внешнему диаметру основного постоянного магнита находится в пределах 0,01 — 1,0.

Индуктивный датчик вибраций согласно изобретению имеет значительно меньшие габариты, чем до сих пор известные индуктивные датчики, и выдерживает большие

1432342

Составитель В. Чеклетов

Редактор А. Мотыль Техред И. Верес Корректор Н. Король

Заказ 54! 4/33 Тираж 524 Поди ь » ос

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 ускорения и амплитуды вибраций. Он надежен в эксплуатации, а температурные измерения окружающей среды практически не влияют на его характеристику.

Отношение толщины втулки к внешнему диа- 5 метру постоянного магнита, выбранное в диапазоне 0,01 — 1,0, обеспечивает хорошее магнитное демпфирование колебаний последнего. Корпус из ферритового материала защищает измерительные катушки от электрических помех.

На чертеже представлен индуктивный датчик вибраций, разрез.

Датчик содержит закрытый корпус 11, в котором жестко закреплен торцами 7 и 8 изОляциОнныЙ каркас 3 с намотанными > на нем катушкам 5 и 6 индуктивности.

Каркас 3 и катушка 5,6 установлены в полость 12 подвижного постоянного магнита

1, который имеет на внешней поверхности антифрикционное покрытие 2. Неподвижно закрепленные в корпусе дополнительные по- 20 стоянные магниты 9 и 10 кольцеобразной формы установлены соосно и ориентированы одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита I, благодаря чему отталкивающие силы их магнитных полей действуют как пружинные элементы, имеющие согласованные характеристики. Отталкивающие силы взаимодействующих магнитных полей не позволяют подвижному магниту касаться неподвижных магнитов 9 и 10, образующих его магнитный подвес, 30 при любом положении датчика в пространстве. Антифрикционное покрытие 2 на поверхности магнита 1 может быть выполнено, например, из хромированной латуни, а втулка 4, установленная между этим магнитом и корпусом датчика, должна быть выполнена из немагнитного металла, например из нержавеющей стали. Корпус 11 датчика может быть изготовлен из ферромагнитного материала.

Так как катушки 5 и 6 индуктивности, намотанные встречно (псевдобифилярно) на 40 каркасе 3, находятся внутри подвижного постоянного магнита 1 в зоне равномерного магнитного поля с большой густотой силовых линий, при движении этого магнита относительно катушек в них индуктируется достаточно .сильный электрический сигнал, что позволяет уменьшить число витков в этих катушках. Внешние электромагнитные помехи демпфируются корпусом 11 из ферромагнитного материала. Выбор отношения толщины втулки 4, изготовленной из немагнитного материала, к внешнему диаметру подвижного магнита 1 в пределах 0,01—

1,0 позволяет замкнуть магнитную цепь подвижного магнита через корпус 11 датчика, изготовленного из ферромагнитного материала. Эта замкнутая магнитная цепь эффективно демпфирует нежелательные колебания подвижного постоянного магнита 1 при одновременном сохранении достаточной чувствительности датчика.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, например на подшипниковую опору газовой турбины, постоянный магнит 1 начинает вибрировать, перемещаясь по отношению к каркасу 3 с намотанным на нем катушками 5,6, а также по î — íîøåíèþ к втулке 4 и неподвижно установленным дополнительным магнитам 9,10.

При этом движении силовые линии постоянного магнита пересекают витки катушек

5,6. Выходное напряжение датчика представляет собой разность напряжений, индуктированных в каждой катушке 5,6. Магнитное демпфирование движения магнита 1 предотвращает большие резонансные биения этого магнита в том случае, когда собственная частота датчика или его высших гармоник близка к частоте вибраций контролируемого объекта.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Чехословацкой Социалистической Республики.