Способ бесконтактного измерения перемещений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения функциональной зависимости выходного сигнала от перемещения и расширение диапазона измерений путем уменьшения добротности колебательного контура автогенератора. н , и Однотипные катушки индуктивности 1, 2, загерметизированные в своих, зкранах и включенные в колебательные контуры автогенераторов 3, 4, удаляют от поверхности контролируемого объекта на расстояние А, превышающее - предел измерения Л данного преобразователя на величину сГр закрепляют их соосно по обе стороны основания 11 перемещающего вдоль оси х объекта в ортогональном направлении к осям чувствительности преобразователей. На основании 11 симметрично закрепляют профилированные токопроводящие поверхности 12, 13. При перемещении объекта вдоль оси х изменяются зазоры f к о , а следовательно, и зффективность воздействия токопроводящих поверхностей 12, 13 на катушки индуктивности 1,2. Это приводит к изменению их индуктивности, что вызывает изменение частоты выходного сигнала автогенераторов 3, 4. Частоты выходного сигнала автогенераторов 3,4 выделяют на блоках 5, 6 и после деления делителями 7, 8 суммируются в сумматоре 9, а результат отображается блоком 10. 6 ил. A, 4fr (Л 4: 4а 2 4 0

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 6 01 В 7/00

ГОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4249034/24-28 (22) 26.05.87 (46) 23.12.88. Бюл. В 47 (71) Харьковский филиал Центрального конструкторского бюро Союззнергоремон та (Й) Л. Д. Метелев, М. Ф. Квашни, В. И. Цыбулько,.С. Н. Меньщиков, А. С. Зорин, В. Н. Маслий и А. Ф. Росликов (53) 531.717.11(088.8) (56) Патент Великобритании У, 2131178, кл. G Ol В 7/02, 1984 °

Авторское свидетельство СССР

1! 524071, кл. С О) В 7/02, 1974. (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения функциональной зависимости выходного сигнала от перемещения и расширение диапазона измерений путем уменьшения добротности колебательного контура автогенератора.

ÄÄSUÄÄ 1446449 д1

Однотипные катушки индуктивности 1, 2, загерметизированные в своих. экранах и включенные в колебательные контуры автогенераторов 3, 4, удаляют от поверхности контролируемого объекта на расстояние A превышающеепредел измерения D.данного преобразователя на величину d закрепляют их соосно по обе стороны основания

ll перемещающего вдоль оси х объекта в ортогональном направлении к осям чувствительности преобразователей.

На основании 11 симметрично закрепляют профилированные токопроводящие поверхности 12, 13. При перемещении объекта вдоль оси х изменяются зазоры а и ф

К, и о<, а следовательно, и эффективность воздействия токопроводящих поверхностей 12, 13 на катушки индуктивйости !, 2. Это приводит к изменению их С

: индуктивнос ти, что вызывает изменение частоты выходного сигнала автогенера- .. торов 3, 4. Частоты выходного сигнала автогенераторов 3, 4 выделяют на блоках @

5, 6 и после деления делителями 7, 8 р суммируются в сумматоре 9, а резуль-: тат отображается блоком 10. 6 ил.

1446449

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения линейных и угловых перемещений в широком диапазоне на объектах управления и регулирования турбоагрегатов электростанции.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения функцио- 10 нальной зависимости выходного сигнала от перемещения, а также расширение диапазона йзмерений при помощи вихретоковых преобразователей.

На фиг. 1 дано устройство, реали- 15 зующее предлагаемый способ; на фиг. 2 — экспериментально полученные зависимости изменения величины индуктивности катушки вихретокового преобразователя и частоты выходного сигна- 20 ла автогенератора соответственно для двух типов преобразователей, отличающихся габаритами катушек при изменении зазора "; на фиг. 3 — экспериментальные и расчетные функциональные 25 зависимости частоты выходного сигнала автогенератора от зазора между открытым (неэкранированным) торцом катушки индуктивности и токопроводящей поверхностью; на фиг. 4 и 5 — вариан- 30 ты профилирования гокопроводящей поверхности по длине элемента, вносимого год открытый торец катушки индук=..=. тивности для получения функциональной зависимости частоты выходного сигнала 35 автогенератора от величины перемещения, прямо пропорциональной и обратно пропорциональной соответственно, на фиг. 6 — экспериментально полученная зависимость изменения частоты <0 автогенератора при профилировании токопроводящей поверхности элемента в виде тела вращения с образующей в виде х

<1= А+ — ln — )

k 1 где А — расстояние до перемещающейся

50 поверхности ортогонально оси чувствительности;

1 — длина элемента, х — текущее значение перемещения, k — коэффициент, учитывающий параметры катушки индуктивНОСТИ; о — расстояние от токопроводящей поверхности.

Устройство содержит два идентичных канала измерения, включающие катушки

1 и 2 индуктивности, автогенераторы

3 и 4 с ограничителями уровня их выходного сигнала, блоки 5 и 6 выделения и измерения изменения частоты автогенераторов, делители 7 и 8 частоты на два, сумматор 9, блок 10 отображе- ния информации о величине перемещения, основание 11 перемещающегося объекта, профилированные токопроводящие поверхности 12 и 13.

Способ реализуется следующим образом.

Однотипные катушки 1 и 2 индуктивности, загерметизированные в электромагнитном экране с технологически возможным наружным диаметром, например, при помощи термо- и агрессивностойкого пластификатора с наполнителем, включенные в колебательные контуры автогенераторов 3 и 4 соответственно, удаляют от поверхности объекта вдоль оси коллинеарной оси чувствительности на расстояние А, превышающее предел измерения Л данного преобразователя на величину с „,й закрепляют соосно по обе стороны основания

11, связанного с перемещающимся объ-. ектом вдоль оси х в ортогональном направлении к осям чувствительности преобразователей. На основании 1 симметрично закрепляют однотипные элементы.,токопроводящие поверхности 12 и 13 которых по длине 1„ элементов, равной величине предела измерения или его части, профилированы, например, так, чтобы зазор между свободным от экрана торцом катушки и токопроводя,щей поверхностью изменялся заданным образом.

При перемещении объекта вдоль оси х изменяются зазоры d и d и сле1 довательно, изменяется заданным образом эффективность воздействия токопроводящей поверхности на катушки 1 и

2 индуктивности. В результате этого взаимодействия изменяется соответствующим образом индуктивность каждой катушки на величину ЛЬ„ и дЬ соответственно, что приводит к изменению частоты выходного сигнала автогенераторов 3 и 4 на величину йй „ и дЕ, каждая из которых выделяется и измеряется соответствующими блоками 5 и б, после деления их частоты делителями 7 и 8 на два частоты суммируются в сумматоре 9 и результат отображает1446449 кд д Р(д ) dF e

DF(d ) = АF е

SF(x) = х

dF

1 (2) 55 . То при удалении катушки индуктивности от основания на расстояние А )Л зазор между токопроводящей поверхностью

3 ся в блоке 10 отображения в виде текущего значения перемещения с учетом числа и элементов, воздействовавших на катушку нндуктивности каждого.канала по пути перемещения объекта, связанного с основанием 11. Наличие двух каналов измерения с соосно и симметрично расположенными катушками

1 и 2 индуктивности позволяет существенно снизить погрешность измерения перемещения за счет возможных перемещений основания вдоль оси у, ортогональной х. Смещение объекта вдоль оси у на величину dy приведет к соответствующим изменениям зазоров д", и д и они будут равны < (, + d у) и (д + ду) соответственно, что вызовет соответствующее изменение частот автогенераторов (одинаковые по величине и противоположные по знаку), которые при суммировании компенсируются.

Экспериментально для двух преобразователей перемещения в частоту, отличающихся размерами катушек и их электромагнитных экранов, были получены зависимости приращения индуктив1 ности - кривые 14 и 16, и уменьшения частоты автогенератора - кривые

15 и 17, при плоскопараллельном удалении токопроводящей поверхности от торца катушки (фнг. 2),,Анализ этих зависимостей показывает, что изменение частоты автогенератора существенно нелинейно, максимальный диапазон измерений не превьппает 0,5-0,6 диаметра катушки. Путь расширения диапазона за счет увеличения диаметра катушки неприемлем и нереален. Ана.лиз также показывает, что реальное направление расширения диапазона с повышением точности воспроизведения функциональной зависимости от перемещения возможно sa счет растягивания изменения частоты внхретокового преобразователя путем целенаправленного воздействия на катушку токопро» водящей поверхностью по известной закономерности, строго согласованного с перемещением объекта.

В результате анализа экспериментальной номинальной статической характеристики преобразования перемещения в изменение частоты выходного сигнала при плоскопараллельном перемещении токопроводящей поверхности для катушки с наружным D н 12 мм.и внутренним D э 14 мм диаметрами экрана (фиг ° 2, кривая 15) после графи1О

40 ческой интерпретации результатов измерений изменения частоты изменение частоты 3F(p от величины зазора Р имеет вид при этом наиболее достоверное и вероятное значение коэффициента k, учитывающего параметры катушки индуктивности преобразователя, получено применением метода наименьших квадратов.

Расчетная и экспериментальная номинальные характеристики преобраэовате . ля представлены кривыми !8 и 19 (фиг. 3). Отклонения расчетной от экспериментальной номинальной характеристики преобразования при k

= 0,9 и dF = 650 кГц не превышали

5Х, где dF — это диапазон изменения частоты выходного сигнала автогенератора при непосредственном касании торцом катушки индуктивнасти токопроводящей поверхности и при ее отсутствии

Достаточная степень совпадения расчетной номинальной характеристики преобразователя с реальной экспериментальной дает основание нам использовать расчетную характеристику для получения. аналитической зависимости целенаправленного воздействия токопроводящей поверхности на катушI ку индуктивности для обеспечения пропорциональной зависимости частоты выходного сигнала автогенератора от перемещения. В частности, если необходимо известную нелинейную зависимость изменения частоты автогенератора в виде (1) при изменении зазора от Родо д преобразовать в линейное изменение частоты при перемещении токопроводящей поверхности на пути l )) 1 в направленин, ортогональном к оси чувствительности, в виде и торцом катушки индуктивности должен изменяться в виде

1446449d= А+ — 1п — ,k 1 дящей поверхности, взаимодействующей

20 с катушкой, и их сочетанием. (53

1 1

<У= А + —. 1п — ш.

k x

Образующие токопроводящих поверхностей в функциональной зависимости в виде выражений (3) и (5) представлены на фиг. 4 н 5.

Для экспериментального нодтверждения реализуемости предлагаемого решения изготовлен элеиеит из стали в виде тела вращения длиной 1 = 100 ма с х образующей в виде O - =R + — 1п - при

R ЗО мм. Для случая d = 0,25 мм с . . 40 этим элементом экспериментально полу" чена функциональная зависимость изменения частоты автогенератора от перемещения (фиг. 6). Эта зависимость прямо пропорциональна с коэффициентом 45 пропорциональности (преобразования)

«5 кГц/мм, близким к расчетно. цу, равному AFAR, }/l.

Техническим преимуществом предлагаемого способа бесконтактного изме" рения перемещений является возможность расширить предел измерения перемеще" ний до наперед заданных величин и обеспечить воспроизведение функциональной зависимости выходного сигнала от перемещения с требуемой точностью и линейностью. Это возможно бла-: годаря снижению чувствительности вихретокового преобразователя к воэдейВ случае необходимости получения линейной зависимости периода выходного сигнала автогенератора от перемещения на пути 1 частота под действием токопроводящей поверхности в направлении до.окна изменяться в виде

dF(x) — — при х (х 6 ll, (4)

LIP 1

m x о при этом зазор между торцом катушки и токопроводящей поверхностью при перемещении объекта вдоль оси х при удалении катушки от основания на расстояние Аъй должен изменяться в виде ствию изменений физических свойств окружающей среды в условиях реальной эксплуатации из-за направленного снижения добротности катушки индуктивности колебательного контура автогенератора. При этом не контролируют изменение индуктивности катушки при перемещении токопроводящей поверхности; а изменяют ее наперед заданным образом: целенаправленным воздействием на катушку индуктивности токопроводя щей поверхностью путем изменения заданным образом. эффективности ее воздействия на неэкранированную часть катушки индуктивности, например удалением, разворотом, изменением вели.чины эффективной площади токопровоФормула изобретения

Способ бесконтактного измерения перемещенжЪ, включающий преобразование параметров, вносимых токопроводящей поверхностью измеряемого объекта в катушку индуктивности автогенератора, в электрический сигнал, отличающийся тем, что., с целью повьппения точности воспроизведения функциональной зависимости выходного сигнала от перемещения и расширения диапазона измерений, уменьшают чувствительность колебательного контура автогенератора с катушкой индуктивности к амплитудной модуляции уменьшением добротности катушки индуктивности, компенсируют дополнительные потери в колебательном контуре увеличением мощности и крутизны выходной характеристики активного элемента автогенератора, катушку индуктивности, помещенную в электромагнитный экран и герметизированную в нем нетокопроводящим материалом, удаляют от перемещающегося объекта на расстояние, превьппающее предел измерения вихретокового преобразователя в направлении, параллельном оси чувствительности, сохраняют это расстояние неизменным, величину индуктивности катушки изменяют соответствующим изменением эффективности воздействия токопроводящей поверхности на катушку индуктивности строго согласованно с перемещением измеряемого объекта в направлении, ортогональном оси чувствительности вихретокового преобразователя, по получен! 446449 ному сигналу с постоянным уровнем ниже уровня глубины амплитудной модуляции судят о величине перемещения контролируемого объекта.

1446449

1446449 у щ gy И 4g О О 70 Ю 90 Х,гю

4иа6

Составитель К. Тавлинов

Редактор Л. Гратилло Техред Л. Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6737/45 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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