Датчик воздушного зазора

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fс) и модулятора 4:1. Технический результат - повышение чувствительности датчика и расширение линейного интервала измерений величины зазора. 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях.

Для контроля вибраций и перемещений габаритных валов роторных машин нашли применение бесконтактные вихретоковые датчики. Такие датчики содержат обмотку возбуждения и две измерительные обмотки, магнитный поток которых замыкается через отдельный буртик вала ротора, смещение которого приводит к появлению разностного сигнала во встречно включенных измерительных обмотках.

Известен "Вихретоковый измеритель" - Патент RU № 2281490, 2006 г., G01N 27/90 - аналог.

Устройство аналога содержит вихретоковый датчик, выполненный в виде таблетки спиральных намоток, взаимодействующий с буртиком роторной машины, возбуждаемый от высокочастотного генератора, подключенный к тракту обработки, в тракте обработки реализован фазовый метод на основе последовательно подключенных к высокочастотному генератору фазовращателя, фазового детектора, фильтра нижних частот и регистратора, при этом отношение толщины (а) таблетки датчика к ее среднему диаметру dcp выбирают из условия a/dcp ≈ 0,15..0,2; а частоту (f) возбуждения датчика выбирают в зависимости от электрической проводимости (g) материала буртика так, чтобы f·g=const.

Измеритель обеспечивает линейность выходной характеристики на интервале зазора между буртиком и датчиком до h≈4 мм.

К недостаткам аналога можно отнести:

- необходимость установки на вал ротора дополнительного буртика из немагнитного материала для обеспечения работы измерителя;

- ограниченность линейного участка выходной характеристики h≤4 мм;

- конструктивная невозможность реализации буртика между статором и ротором электрогенератора.

Для измерения воздушного зазора между статором и ротором электрогенераторов нашли применение емкостные датчики в виде металлических плоских пластин, которые через диэлектрическую прокладку крепятся к статору.

Ближайшим аналогом к заявленному техническому решению является "Устройство измерения воздушного зазора" (Патент RU № 2318182, 2008 г., G01B 7/14).

Устройство измерения воздушного зазора между двумя металлическими объектами, содержащее передающий и приемный металлические электроды, которые расположены в одной плоскости и закреплены через диэлектрическую прокладку на первом металлическом объекте, генератор высокочастотных колебаний, выход которого соединен с передающим электродом, приемный электрод соединен с входом детектора профиля локальной области второго металлического объекта, выход детектора профиля локальной области второго металлического объекта соединен с входом детектора минимального расстояния, а выходы всех детекторов соединены с входом формирователя сигнала зазора, отличается тем, что с целью повышения достоверности измерения взаимного расположения первого и второго объектов, вокруг передающего и приемного электродов в их плоскости сформирован дополнительный электрод в виде незамкнутого контура, концы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с дополнительным входом формирователя сигнала зазора.

Недостатками ближайшего аналога являются:

- изменение эквивалентной площади пластин конденсатора за счет краевых эффектов при вращении ротора, вносящих дополнительную ошибку в результат измерений;

- несинхронность частоты высокочастотного генератора с частотой параметрической накачки емкостного датчика, уменьшающей индекс модуляции и, как следствие, размах амплитуды полезного сигнала.

Задача, решаемая заявленным техническим решением, состоит в замыкании краевых эффектов конденсаторных пластин путем металлического их экранирования на торцах и синхронизации частоты высокочастотного генератора с частотой параметрической накачки емкостного датчика.

Технический результат достигается тем, что датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабильности емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fc) и модулятора 4:1.

Изобретение поясняется чертежами, где

Фиг. 1 - конструктивная схема размещения датчика между статором и ротором (фиг. 1а), вид в сечении (фиг 1б);

фиг.2 - конструктивная схема выполнения конденсаторных платин и экранов замыкания краевых эффектов (фиг. 2а, б, в);

фиг.3 - функциональная схема измерительного тракта датчика;

фиг.4 - выходная характеристика датчика.

Датчик воздушного зазора содержит реактивный элемент - конденсатор 1 в виде двух рядом расположенных плоских пластин 2, 3 с прорезями 4, размещенных на статоре 5, параметрически модулированных набегающими полюсами 6 ротора 7, изолированных от статора диэлектрическими прокладками 8, на торцах пластин выполнены металлические экраны 9 замыкания краевых эффектов, реактивный элемент 1 является нагрузкой высокочастотного генератора 10, параметрически модулированный сигнал которого детектируется детектором минимального зазора 11 и детектором среднего профиля 12 зазора между статором и ротором.

Динамика взаимодействия элементов состоит в следующем. Датчик представляет собой параметрический усилитель с реактивным элементом - емкостью (С), накачка которой происходит при механическом вращении ротора, набегающий выступ полюса которого изменяет величину емкости, с коэффициентом модуляции m = c max c min c max + c min , зависящим от величины зазора между статором и ротором. Реактивный элемент - емкость является нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого таким образом оказывается модулирован. Коэффициент модуляции и энергетические соотношения в цепи генератора, кроме конструктивных параметров пластин конденсатора (реактивного элемента), зависят от режима накачки. Наибольшую чувствительность (размах амплитуды сигнала) имеет регенеративный режим [см., например, Справочник по радиоэлектронике. Под редакцией А.А. Куликовского. М.: Энергия, 1968 г., стр. 102-103].

В заявленном устройстве регенеративный режим реализован при соотношении частоты сигнала fc к частоте накачки 4:1, при абсолютных значениях fc≈10 кГц и накачки fн≈2,5 кГц.

Известно, что емкость плоского конденсатора [см., также Справочник по радиоэлектронике. Под редакцией А.А. Куликовского. М.: Энергия", 1968 г., стр. 466, Емкостные датчики] определяется соотношением:

где S - площадь пластин конденсатора, d - расстояние между пластинами. Из теории погрешностей полный дифференциал соотношения равен [см. Н.С. Пискунов, Дифференциальные и интегральные исчисления для ВТУзов, учебник, 5-е изд. М.: Наука, 1964 г., стр. 250-252, §9 Приложение дифференциала к оценке погрешности при вычислениях]:

Механическое вращение ротора эквивалентно изменению расстояния между пластинами (Δd) при прохождении полюса ротора над пластинами, которое напрямую зависит от величины зазора между статором и ротором и изменением коэффициента модуляции (m). Краевые эффекты эквивалентны изменению площади пластин (ΔS), вызывающих "зашумление" полезного сигнала (Δd/d). Для исключения изменения ΔS в конструкции датчика использованы экранирующие металлизированные экраны на торцах пластин. Для исключения влияния вихревых токов в конструкции пластин выполнены прорези, как это иллюстрировано фиг. 2.

Элементы датчика выполнены на существующей технической базе по известным электронным схемам. Генератор ВЧ-сигнала типа AD9833, детектор импульсов (минимального зазора), амплитудный детектор (профиля средней величины зазора) [см., Справочник по радиоэлектронике. Под редакцией А.А. Куликовского. М.: Энергия, 1968 г., стр. 133-137]. Эффективность заявленного устройства определяется как конструктивными разработками пластин, так и синхронизацией режима накачки с частотой генератора.

Перечисленные отличия обеспечивают увеличение чувствительности датчика и расширение линейного интервала измерений величины зазора.

Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fс) и модулятора 4:1.



 

Похожие патенты:

Использование: для измерения зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины. Сущность изобретения заключается в том, что во взаимодействие с торцом контролируемой лопатки вводят распределенный кластер из двух высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, устанавливаемых на статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга в направлении, параллельном оси рабочего колеса (ось X), на расстояние равное ожидаемому смещению торца лопатки Δх0, причем кластер преобразователей устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а также ЧЭ преобразователей ориентируют параллельно касательной к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения, проходящей через геометрический центр кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей); из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения искривлений трубчатых каналов, преимущественно в атомной энергетике. Сущность: индуктивный измеритель искривления трубчатого канала содержит индуктивные датчики зазора, соединенные с измерительной системой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля изгиба удлиненных изделий, в частности каналов активной зоны ядерного реактора.

Использование: для уменьшения температурной погрешности при измерении перемещений электропроводящих объектов в условиях воздействия высоких температур. Сущность: в одновитковом вихретоковом преобразователе во внутреннем проводнике его коаксиального токовода, соединяющего чувствительный элемент с объемным витком согласующего трансформатора, располагают первую термопару.

Изобретение относится к индуктивному сенсору сближения, выполненному с возможностью встраивания в монтажную плату (2), выполненную из мягкой стали. Сенсор включает корпус (16) с лицевой стенкой, выполненной из синтетического материала и образующей чувствительную поверхность (4), осциллятор (10), включающий воспринимающую обмотку (7) с сердечником (9), расположенный внутри корпуса за лицевой стенкой (16) таким образом, чтобы незамкнутая часть сердечника (9) была направлена к чувствительной поверхности (4), пустотелый цилиндрический металлический элемент (3), расположенный перпендикулярно чувствительной поверхности (4) и окружающий сердечник (9), а также измерительный контур (11), приспособленный для измерения затухания колебаний осциллятора (10), возникающего из-за наличия вихревых токов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел.

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостному датчику для измерения расстояния, в частности, до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит два или более емкостных датчиков (30a, 30b), один или более источников (306a, 306b) питания переменного тока для подачи питания на емкостные датчики и схему обработки сигналов для обработки сигналов от датчиков. Датчики скомпонованы попарно. Один или более источников питания переменного тока выполнены с возможностью запитывать первый датчик из пары датчиков переменным током (307) или напряжением со сдвигом фаз 180 градусов относительно тока или напряжения для второго датчика из пары датчиков. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью обработки принятых выходных сигналов для генерации единого измеренного значения расстояния, соответствующего среднему расстоянию между измерительным блоком и мишенью. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью генерации результата дифференциального измерения путем суммирования выходных сигналов от измерительного блока в течение первого полупериода питающего сигнала и в течение второго полупериода питающего сигнала по отдельности и вычитания просуммированных значений. 14 з.п. ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения расстояний, в частности в качестве датчика в дефектоскопах, профилемерах, нефтяной и газовой промышленности, для измерения геометрии трубопровода и положения дефектоскопа в трубопроводе. Задача предлагаемого решения: увеличение быстродействия, уменьшение взаимного влияния датчиков друг на друга при применении в многоканальных измерительных системах. Это достигается тем, что в измерителе расстояния между датчиком и объектом из электропроводящего материала, содержащем источник питания переменного тока, присоединенный к нему измерительный канал, состоящий из индуктивного резонансного преобразователя зазора с двумя катушками, блок линеаризации выходного сигнала от перемещения, катушки выполнены с взаимно перпендикулярным расположением осей катушки генератора и катушки приемника, причем ось катушки приемника расположена перпендикулярно поверхности объекта, параллельно катушке приемника подсоединены конденсатор, резистор и соединены с генератором, усилителем, логарифмическим усилителем, детектором, аналого-цифровым преобразователем, блоком линеаризации и введен экран. Блок линеаризации выполнен в виде контроллера с алгоритмом аппроксимации нелинейной зависимости в виде полинома с коэффициентами, которые получены после калибровки в лабораторных условиях. Экран выполнен из проводящего парамагнетика, а со стороны, обращенной к объекту, со стенкой из диэлектрика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактных измерений изменений зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью. Способ измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов заключается в том, что используют бесконтактное измерительное устройство с первичным измерительным преобразователем, чувствительные элементы которого, электрически независимые друг от друга, устанавливают на одной базе со смещением в направлении объекта контроля, по показаниям измерительного устройства рассчитывают значение перемещения объекта контроля относительно измерительного устройства, согласно изобретению смещение между чувствительными элементами заменяют на эквивалентное расстояние между ними, оптимальное значение которого рассчитывают при градуировке измерительного устройства. Вычисляют i-ые приращения перемещения, а полное перемещение объекта контроля относительно измерительного устройства определяют, суммируя все i-е приращения перемещений. Технический результат заключается в повышении точности измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов с различной проводимостью и конфигурацией в труднодоступных местах при переменных внешних климатических условиях. 5 ил.

Демпфер/детектор в сборе содержит модуль (1) датчика перемещения, имеющий катушку (4) и корпус (2) катушки для помещения в него катушки (4) и/или опору (6) катушки для поддержки катушки (4) и демпфер (30) телескопического типа для бытового электроприбора, имеющий корпус (20) демпфера и поршень (22), выполненный с возможностью перемещения в нем и расположенный с ним на одной оси. Участок поршня (22) содержит материал или образован из материала, предназначенного для изменения электромагнитного поля катушки модуля датчика перемещения. Модуль датчика перемещения установлен так, что он надет поверх участка корпуса демпфера. Бытовой электроприбор, использующий демпфер/детектор, представляет собой стиральную машину или стиральную машину с функцией сушки, или сушильную машину. Облегчаются сборка и эксплуатация демпфера/детектора. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статорной оболочкой. Сущность изобретения заключается в том, что фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки; фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика центром межлопаточного промежутка, следующего за контролируемой лопаткой; вычисляется радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности двух зафиксированных экстремальных значений кодов с измерительного преобразователя. Технический результат: уменьшение числа датчиков и установочных отверстий в статорной оболочке, а также повышение точности измерения радиальных зазоров. 1 ил.
Наверх