МЕХАНОТРОН Российский патент 2000 года по МПК H01J21/08 H01H36/00 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения для измерения и регистрации перемещений и усилий и, в частности, может быть использовано для отслеживания перемещений вращающегося вала турбомашин в осевом направлении.

Механотроны преобразуют линейные перемещения (неэлектрические сигналы) без усилителя в электрические сигналы, которые фиксируются с помощью блоков вторичной аппаратуры. Применение механотронов вызвано тем, что они являются наиболее приемлемыми датчиками на сегодняшний день (стрелочные микроиндикаторы с ценой деления 1 мкм не обеспечивают достаточной точности измерения малых перемещений и требуют значительных измерительных усилий (около 200 грамм), а другие типы датчиков, например емкостные и индуктивные, нуждаются в надежной усилительной аппаратуре, которая, как нам известно, выпускается только за рубежом и ее приобретение требует значительных финансовых затрат). Замер перемещений механотроном можно обеспечить с точностью не хуже 0,1... 0,5 мкм с малой величиной измерительного усилия (1...20 грамм). Выпуск механотронов и вторичных приборов к ним в отличие от других типов датчиков был освоен Московским заводом электровакуумных приборов. Известен механотронный преобразователь (а.с. N 900345, МПК⁶: H 01 J 21/08, СССР, 1982 г.), содержащий катод, сетку и два или более подвижных анода, жестко соединенных с внутренним плечом управляющего стержня, которое снабжено электромагнитным приводом.

Известен механотронный преобразователь перемещений (а.с. N 234533, МПК⁶: H 01 J 21/08, СССР, 1969 г.), содержащий общий катод, неподвижную сетку и два или более подвижных анода. В нем каждый анод электрически изолирован от других анодов и укреплен на отдельном жестком стержне, воспринимающем механические воздействия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является механотрон (а. с. N 145936, МПК⁶: H 01 J 21/08, СССР, 1962 г.), состоящий из корпуса, плоскопараллельных электродов - неподвижного подогревного катода и двух анодов, стержня, пропущенного через мембрану, которая установлена в корпусе, причем один из анодов выполнен неподвижным и жестко установлен внутри корпуса в изоляторах, а подвижный анод установлен консольно на изоляторах на конце стержня, при этом катод и аноды снабжены электрическими выводами. Это решение принято за прототип.

Общим недостатком прототипа и вышеперечисленных аналогов является невозможность их использования для замера перемещений бесконтактным способом, в частности, для замера перемещений в осевом направлении вращающегося вала.

Задачей изобретения является возможность использования механотрона для замера перемещений в осевом направлении вращающегося вала бесконтактным способом и снижение финансовых затрат.

Указанная задача достигается тем, что в механотроне, состоящем из корпуса, газопоглотителя, плоскопараллельных электродов - неподвижного подогревного катода и двух анодов, стержня, пропущенного через мембрану, которая установлена в корпусе, причем один из анодов выполнен неподвижным и жестко установлен внутри корпуса в изоляторах, а подвижный анод установлен консольно на изоляторах на конце стержня, при этом катод и аноды снабжены электрическими выводами, кроме того, в него дополнительно введен постоянный магнит на свободном конце стержня.

На фиг. 1 представлена конструкция механотрона, где:
1 - неподвижный подогревный катод;
2 - подвижный анод;
3 - стержень;
4 - неподвижный анод;
5 - мембрана;
6 - корпус;
7 - фланец;
8 - слюдяные диски;
9 - траверсы;
10 - газопоглотитель;
11 - подогреватель катодов;
12 - электрические выводы;
13 - изоляторы;
14 - контактная пружина;
15 - постоянный магнит;
На фиг. 2 изображена принципиальная схема измерения перемещений с помощью механотрона контактным способом, где:
16 - постоянный магнит;
17 - вал;
18 - механотрон.

Механотрон преобразует линейные перемещения (неэлектрические сигналы) без усилителя в электрические сигналы, которые фиксируются с помощью блоков вторичной аппаратуры.

Механотрон представляет собой сдвоенный диод продольного управления с плоскопараллельными электродами (фиг. 1). Подогревный оксидный катод 1 неподвижен. Также имеются два анода, один из которых 4 неподвижен, другой 2 - подвижен и жестко соединен со стержнем 3. Мембрана 5 механотрона соединяется с корпусом 6, выполненным в виде стеклянного баллона, посредством металлического фланца 7, который предохраняет ее от тепловых и механических повреждений при монтаже и эксплуатации приборов. Крепление неподвижных электродов производится при помощи слюдяных дисков 8 и металлических траверс 9. Механотрон снабжен стандартным газопоглотителем 10. Подогреватели 11 катодов, так же как и другие электроды, соединяются с электрическими выводами 12 механотрона и выводятся гибкими выводами. Подвижный анод установлен на стержне с помощью слюдяных или керамических изоляторов 13, причем электрический вывод 12 этого анода осуществляется через эластичную контактную пружину 14. На свободном конце стержня механотрона закреплен постоянный магнит 15.

Необходимо отметить, что в отличие от вторичных приборов индукционных и емкостных датчиков, вторичный прибор механотронов, выполненный по мостовой схеме, не содержит сложной усилительной схемы, что повышают его надежность, обеспечивает практически линейную характеристику выходного сигнала во всем диапазоне измеряемых механотроном перемещении (от -100 мкм до +100 мкм).

Предварительно перед началом проведения измерения на исследуемый объект (на торец вала 17 по осевой линии, фиг. 2) устанавливают постоянный магнит 16 одинаковой полюсности с магнитом на свободном конце стержня механотрона таким образом, что при их сближении будет возникать взаимная магнитная сила отталкивания. При расположении механотрона относительно объекта измерения магнит 15 механотрона 18 и магнит 16 объекта измерения должны находятся на одной осевой линии. Механотрон закрепляется на подвижном основании (например, микрометрический винт) и имеет возможность перемещения вдоль нормали к поверхности измеряемого объекта (торца вала 17)
Важнейшей характеристикой механотрона является его чувствительность по току к перемещению его стержня. Эта характеристика практически линейна и определяется при помощи тарировки механотрона. Точка отсчета тарировочной и рабочей характеристик механотрона с магнитной системой выбирается при предварительно введенном магните стержня механотрона в поле действия ответного магнита на объекте измерения и соответствует силе тока, проходящей через подвижный анод механотрона, равной ≈ 2/3 от ее максимально допустимой паспортной величины.

Перед началом измерений механотрон подводится к исследуемому объекту на расстояние, соответствующее точке отсчета его тарировочной и рабочей характеристик, описанной выше. Затем ручкой калибровки на вторичном приборе механотрона производится установка на "0" величины разбаланса мостовой схемы подключения механотрона (величины силы тока, проходящей через подвижный анод механотрона).

При замере перемещений в осевом направлении вращающегося вала магнитная сила отталкивания формирует управляющее воздействие на стержень 3 механотрона (фиг. 1) пропорционально величине перемещений вала. Отклонение свободного конца стержня 3, установленного в мембране 5, приводит к отклонению другого конца стержня 3 и отклонению подвижного анода 2, жестко закрепленного на нем, при этом изменяется расстояние между неподвижным подогревным катодом 1 и подвижным анодом 2 и преобразуется в электрический сигнал, регистрируемый на вторичном приборе. Величина замеряемого перемещения определяется по тарировочной характеристике механотрона.

Изготовление предложенной конструкции механотрона не требует специально разработанного оборудования. Применяемые материалы, необходимые для изготовления устройства, в настоящее время широко используются в промышленности.

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению для измерения и регистрации перемещений и усилий и, в частности, может быть использовано для отслеживания перемещений вращающегося вала турбомашины в осевом направлении. Сущность изобретения: механотрон, состоящий из корпуса, газопоглотителя, плоскопараллельных электродов - неподвижного подогревного катода и двух анодов, стержня, пропущенного через мембрану, которая установлена в корпусе, причем один из анодов выполнен неподвижным и жестко установлен внутри корпуса в изоляторах, а подвижный анод установлен консольно на изоляторах на конце стержня. При этом катод и аноды снабжены электрическими выводами. Согласно изобретению в механотрон дополнительно введен постоянный магнит, закрепленный на свободном конце стержня. Технический результат от использования предлагаемого изобретения состоит в обеспечении возможности использования механотрона для замера перемещений в осевом направлении вращающегося вала бесконтактным способом, то есть в расширении области его использования. 2 ил.

Механотрон, состоящий из корпуса, газопоглотителя, плоскопараллельных электродов - неподвижного подогревного катода и двух анодов, стержня, пропущенного через мембрану, которая установлена в корпусе, причем один из анодов выполнен неподвижным и жестко установлен внутри корпуса в изоляторах, а подвижный анод установлен консольно на изоляторах на конце стержня, при этом катод и аноды снабжены электрическими выводами, отличающийся тем, что в него дополнительно введен постоянный магнит, закрепленный на свободном конце стержня.