Вихретоковый способ измерения радиальных зазоров вращающихся объектов прерывистой формы

 

Изобретение относится к размерометрии и может быть использовано для измерения радиальных зазоров вращающихся объектов прерывистой формы. Последнюю преобразовывают вихретоковым преобразователем в сигналы, выделяют их огибающую, а уровень этой огибающей автоматически регулируют в зависимости от частоты вращения контролируемого объекта. 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении высокочастотных перемещений поверхностей контролируемых объектов (КО).

Известны вихретоковые способы измерения, с помощью которых определяется зазор между вихретоковым преобразователем (ВТП) и КО. При этом измерение заключается в том, что на измерительный контур с ВТП подается с генератора переменное напряжение, осуществляется детектирование напряжения с выхода измерительного контура, по которому судят о зазоре. Однако изменения температуры и других влияющих факторов обусловили большую погрешность измерения вследствие дрейфа нуля измерителя.

Наиболее близким по технической сущности является вихретоковый способ измерения зазоров, при помощи которого контролируют перемещения поверхностей вращающихся КО путем измерения зазора между КО и ВТП. ВТП вводят во взаимодействие с внешней кромкой вращающегося объекта прерывистой формы, детектируют сигнал преобразователя, выделяют его огибающую и по ее амплитуде оценивают значение радиального зазора. Это позволяет вести отсчет измерений от сигнала, соответствующего выходу ОК из зоны чувствительности ВТП, т. е. отстроиться от влияния дрейфа. Например, при контроле газотурбинного двигателя измеряется радиальный зазор между ВТП, вмонтированным в корпус, и торцами лопаток ротора турбины.

Однако при частотах измеряемого процесса Ω , соизмеримых с частотой ω генератора переменного напряжения, амплитуда выходного напряжения при измерении зазоров с изменением Ω меняется и, с увеличением Ω уменьшается вместе с уменьшением максимального и минимального значений напряжения с выхода амплитудного детектора, что приводит к динамическим погрешностям при изменении угловой скорости вращения ротора контролируемого двигателя.

Целью изобретения является повышение точности измерения при различных скоростях вращения измеряемого объекта.

Это достигается тем, что указанную огибающую усиливают и компенсируют нестабильность продетектированного сигнала при изменении частоты вращения автоматическим регулированием коэффициента усиления сигналом, который выделяют сравнением опорного напряжения с максимальным значением усиленной огибающей.

На фиг. 1 показана функциональная схема конкретного исполнения вихретокового измерителя зазоров; на фиг. 2 - схема расположения ВТП измерителя относительно КО; на фиг. 3 - эпюры напряжений в узлах схемы; на фиг. 4 - динамические функции преобразования элементов схемы.

Вихретоковый измеритель зазоров (см. фиг. 1) состоит из генератора переменного напряжения 1, выход которого подключен к входу первичного измерительного контура 2, амплитудного детектора 3, подключенного между первичным измерительным контуром и усилителем 4 с автоматически подстраиваемым коэффициентом усиления, а также разделительного конденсатора 5, подключенного между усилителем 4 и входом индикатора 6.

В конкретном исполнении измерителя зазоров первичный измерительный контур 2 содержит ВТП 7, включенный между выходом контура 2 и общей шиной, контурного конденсатора 8, включенного параллельно ВТП 7, конденсатора 9, включенного между входом и выходом контура 2. Усилитель с автоматически подстраиваемым коэффициентом усиления 4 выполнен в виде перемножителя напряжений 10, одним входом подключенного к выходу амплитудного детектора 3, а выходом - к разделительному конденсатору 5, пикового детектора 11, включенного между выходом перемножителя напряжений 10 и инвертирующим входом интегратора разности 12, выход которого подключен к второму входу перемножителя напряжений 10, источника опорного напряжения 13, выходом подключенного к неинвертирующему входу интегратора разности 12.

На схеме взаимного расположения ВТП измерителя относительно КО (см. фиг. 2) условно показан объект измерения - турбина 14 двигателя с лопатками 15, заключенная в корпус 16, в котором установлен датчик 17 с измерительным контуром 2, который расположен так, что внешняя кромка вращающегося объекта проходит через зону чувствительности ВТП (при вращении турбины 14 лопатки 15 попеременно проходят через зону чувствительности ВТП, установленного в датчике 17).

Измерение радиальных зазоров вращающегося объекта 14 осуществляется следующим образом.

Напряжение U_г (см. фиг. 3,а) с генератора 1 попадает через конденсатор 9 на ВТП 7, образующий совместно с контурным конденсатором 8 параллельный колебательный контур. Вследствие вращения турбины 14 и модуляции параметров ВТП 7 напряжение U_к с ВТП также модулировано (см. фиг. 3,б), поэтому напряжение U_д с детектора 3 имеет вид, показанный на фиг. 3,в. Это напряжение U_д усиливается усилителем с автоматически регулируемым коэффициентом усиления 4 так, что напряжение U_ару с этого усилителя (см. фиг. 3,г) имеет постоянный максимум, равный напряжению U_оп источника опорного напряжения 13. Действительно, в случае, если нарушается условие (U_ару)_max = U_оп, (1) например, (U_ару)_max > U_оп, то изменится значение U_max с выхода пикового детектора 11 (U_max > U_оп), тогда в обратную сторону станет уменьшаться напряжение U_инт интегратора разности 12 (U_инт станет уменьшаться, уменьшаться станет и U_ару и U_max) до тех пор, пока не будет U_max = U_оп, т.е. выполняться условие (1).

Таким образом, на выходе усилителя 4 с ростом частоты Ω измеряемого процесса выходной сигнал увеличивается и динамическая погрешность уменьшается. Известно, что на выходе детектора 3 с ростом частоты падает как (U_д)_max, так и амплитуда выходного сигнала Δ U_д = (U_д)_max - (U_д)_min, пропорциональная выходной величине ΔU_ару, где (U_д)_min - напряжение на детекторе 3, соответствующее нахождению КО в зоне чувствительности ВТП; ΔU_ару = (U_ару)_max - (U_ару)_min - напряжение, просматриваемое на индикаторе 6 и являющееся результатом измерения; (U_ару)_min - напряжение на усилителе 4, соответствующее нахождению КО в зоне чувствительности ВТП. (см. фиг. 4,а).

Поддерживая с помощью усилителя с автоматически подстраиваемым коэффициентом 4 постоянным максимальный выходной сигнал (U_ару)_max = U_оп. коэффициент усиления усилителя 4 увеличивается с увеличением частоты Ω , т.е. компенсируется падение амплитуды Δ U_д: Δ U_ару = Δ U_д * K_ару, где K_ару= - коэффициент усиления усилителя 4 (см. фиг. 4,б).

Полученная независимость выходного сигнала от частоты Ω контролируемого процесса снижает динамическую погрешность измерения зазоров до частот входного сигнала Ω= 0,1 ω .

Формула изобретения

ВИХРЕТОКОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ ПРЕРЫВИСТОЙ ФОРМЫ, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь вводят во взаимодействие с внешней кромкой вращающегося объекта прерывистой формы, детектируют сигнал преобразователя, выделяют его огибающую и по ее амплитуде оценивают значение радиального зазора, отличающийся тем, что указанную огибающую усиливают и компенсируют нестабильность продектерированного сигнала при изменении частоты вращения автоматическим регулированием коэффициента усиления сигналом, который выделяют сравнением опорного напряжения с максимальным значением усиленной огибающей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4