ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в машиностроении и других областях техники для бесконтактного измерения перемещений и биений длинномерных узкопрофильных объектов из электропроводящих материалов, например лопаток турбин энергоустановок, а так же поверхностей сложной геометрии в ограниченных объемах для размещения преобразователя и в условиях меняющихся повышенных температур.

Известны вихретоковые преобразователи перемещения, содержащие керамический каркас, заключенный в электромагнитный корпус преобразователя, измерительную и компенсационную катушки индуктивности, намотанные в пазах каркаса и включенные дифференциально, и элементы [Карпов В.М., Запускалов В.Г., Табаков В.А. Высокотемпературный вихретоковый преобразователь перемещений. // Машины. Приборы. Стенды. - Каталог. МВТУ им. Н.Э.Баумана, - 1978, с.29 - аналог].

Точность и чувствительность измерения перемещений известными преобразователями, недостаточные из-за значительной температурной погрешности, вызванной неравным температурным изменением электрических параметров катушек, поскольку эти параметры у измерительной катушки дополнительно изменяются от температурной вариации электрофизических свойств исследуемого объекта и, кроме того, компенсационная катушка конструктивно удалена от измерительной, которая контактирует с внешней окружающей средой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому представляется вихретоковый преобразователь перемещений, содержащий керамический каркас, заключенный в электромагнитный корпус преобразователя, измерительную и компенсационную катушки индуктивности, намотанные в пазах каркаса и включенные дифференциального, и элементы монтажа [авторское свидетельство №681365 (СССР), кл. G01N 27/86, БИ №31, 1979 - прототип].

Однако этот преобразователь так же не обеспечивает необходимую точность и чувствительность измерения перемещений объектов контроля по причинам, приведенным выше для аналогов.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в вихретоковый преобразователь перемещений, содержащий керамический каркас, заключенный в экранирующий корпус преобразователя, идентичные по размерам и намоточным характеристикам измерительную и компенсационную катушки индуктивности, намотанные в пазах каркаса и включенные дифференциально, и элементы монтажа, введены первая и вторая экранирующие пластины из электропроводящего материала, катушки индуктивности выполнены в форме плоских полуколец, размещены в единой плоскости торца корпуса и обращены друг к другу диаметрами, при этом направление намотки витков катушек противоположно в плане, первая экранирующая пластина выполнена по ширине и длине, равными внутреннему диаметру и высоте полости корпуса преобразователя соответственно и размещена между катушками вдоль продольной оси каркаса наружным торцом заподлицо с торцом корпуса, вторая пластина выполнена в виде полудиска, габариты контура которого совпадают с габаритами контура полукольцевой катушки, при этом вторая пластина выполнена толщиной, одинаковой с толщиной объекта контроля, из материала, одинакового по электрофизическим свойствам материалу объекта контроля и размещена своей плоскостью над плоскостью компенсационной катушки с ее стороны, обращенной внутрь каркаса, с зазором постоянной величины, равным номинальному зазору между измерительной катушкой и объектом контроля.

Техническим результатом изобретения являются высокие точность измерения перемещений в условиях меняющейся температуры за счет создания одинаковых эксплуатационных условий компенсационной и измерительной катушкам, а также чувствительность вследствие противоположной намотки витков катушек индуктивности, обеспечивающей нейтрализацию электромагнитного влияния на катушки первой экранирующей пластины.

На фиг.1 показана конструкция предмета изобретения. На фиг.2 приведен вид конструкции снизу фиг.1 по сечению А-А.

Вихретоковый преобразователь содержит керамический каркас 1, заключенный в экранирующий корпус 2 преобразователя, идентичные по размерам и намоточным характеристикам измерительную и компенсационную катушки 3 и 4 индуктивности, намотанные в пазах (не показаны) каркаса 1 и включенные дифференциально, первая и вторая экранирующие пластины 5 и 6 из электропроводящего материала и элементы монтажа. Компенсационная и измерительная катушки 3 и 4 выполнены в форме полуколец и размещены в единой плоскости торца корпуса 2, обращенных друг к другу симметрично диаметрами. Размещение катушек 3, 4 таково, чтобы направление намотки их витков было противоположное в плане (см. направление стрелок на фиг.2).

Первая экранирующая пластина 5 выполнена по ширине, равной внутреннему диаметру корпуса 2, а по длине, равной высоте полости корпуса 2, что то же самое как высота каркаса 1, и размещена между катушками 3 и 4 вдоль продольной оси каркаса 2, делящей его на две равные полуцилиндрические части, наружным торцом заподлицо с торцом корпуса 2 преобразователя. Пластина 5 предназначена для предотвращения взаимовлияния электрических параметров измерительной и компенсационной катушек 3, 4 при изменяющейся температуре окружающей среды, в случае, когда вариация температуры вызывает неравное изменение геометрических размеров катушек 3, 4, особенно, когда витки намотаны в навал. В то же время электрофизические свойства материала пластины 5 почти не оказывают существенного влияния на взаимодействие электрических параметров катушек 3, 4 за счет того, что примыкающие к пластине 5 витки катушек 3, 4 (наш случай) намотаны в противоположном направлении [см. авторское свидетельство №551533 (СССР), где показана отстройка от электромагнитного влияния материала наружного экрана, за счет того, что примыкающие наружные витки катушки к экрану намотаны в противоположном направлении].

Вторая пластина 6 выполнена в виде полудиска, габариты контура которой совпадают с габаритами контура полукольцевой катушки 3, (4), при этом вторая пластина 6 выполнена толщиной, одинаковой по толщине исследуемого объекта 7 контроля, из материала, родственного по электрофизическим свойствам материалу исследуемого объекта 7 контроля и размещена своей плоскостью симметрично над плоскостью одной из катушек, например катушки 4, называемой компенсационной, со стороны ее поверхности, обращенной внутрь каркаса 1, с зазором δ_к постоянной величины, равной начальному (номинальному) зазору δ_и, устанавливаемому между наружной поверхностью другой катушки 3, называемой измерительной, и исследуемым объектом 7 контроля. Вторая пластина 6 предназначена для обеспечения равного изменения электрических параметров катушек 3, 4 от температурного изменения одинаковых по электрофизическим свойствам и толщине исследуемого объекта 7 контроля и пластины 6, что собственно и обуславливает изменение электрических параметров катушек 3, 4 так же одинаковое от изменения температуры.

Для безошибочного установления преобразователя над исследуемым объектом 7 контроля рекомендуется на корпусе 2 наносить маркерную метку, например краской, обозначающую точную ориентацию преобразователя измерительной катушкой 3 над объектом 7. Элементы монтажа предполагают крепление преобразователя на малодоступных местах.

Объект 7 перед работой располагают перед чувствительной зоной измерительной катушки 3 преобразователя на начальном (номинальном) зазоре δ_и.

Работа преобразователя основана на взаимодействии электрических параметров измерительной катушки 3 преобразователя и перемещения исследуемого объекта 7 контроля относительно этой катушки 3. Обе катушки 3, 4 возбуждают токами высокой частоты, которые побуждают в окрестности катушек 3, 4 электромагнитные поля, вызывающие первичные электродвижущиеся силы в материалах пластины 6 и объекта 7, которые в свою очередь индуцируют вторичные электродвижущиеся силы в катушках 3 и 4. При равных значениях δ_к=δ_и электродвижущиеся силы катушек 3, 4 квазиравны. При изменении значения δ_и равенство электродвижущихся сил катушек 3, 4 нарушается.

При установлении номинального зазора величиной δ_и между измерительной катушкой 3 и исследуемым объектом 7 фиксируют электрический сигнал с измерительной катушки 3 преобразователя. По мере изменения зазора δ_и, например, в сторону его уменьшения, электрический сигнал измерительной катушки 3 изменяется, который фиксируют относительно изменения величины зазора δ_и. По зависимости изменения электрического сигнала с измерительной катушки 3 от значения величины δ_и судят о величине перемещения объекта 7.

При воздействии на преобразователь других внешних окружающих факторов, например температуры, они компенсируются за счет создания конструктивно равных эксплуатационных условий компенсационной и измерительной катушкам 3, 4 и дифференциального их включения.

Техническим результатом изобретения являются высокие точность измерения перемещений в условиях меняющейся температуры за счет создания одинаковых эксплуатационных условий компенсационной и измерительной катушкам, а также чувствительность, вследствие обратной намотки витков катушек индуктивности, обеспечивающей нейтрализацию электромагнитного влияния первой экранирующей пластины на электромагнитное поле катушек.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещений и биений в условиях меняющихся повышенных температур. Сущность: в преобразователь введены первая и вторая экранирующие пластины из электропроводящего материала. Измерительная и компенсационные катушки индуктивности выполнены в форме плоских полуколец и размещены в единой плоскости торца корпуса. Направление намотки витков катушек противоположно в плане. Первая экранирующая пластина размещена между катушками вдоль продольной оси каркаса наружным торцом заподлицо с торцом корпуса. Вторая пластина выполнена в виде полудиска, габариты контура которого совпадают с габаритами контура полукольцевой катушки. Вторая пластина размещена над плоскостью компенсационной катушки, с ее стороны, обращенной внутрь каркаса, с зазором, равным номинальному зазору между измерительной катушкой и исследуемым объектом. Технический результат изобретения - повышение точности и чувствительности измерения в условиях меняющейся температуры. 2 ил.

Вихретоковый преобразователь перемещений, содержащий керамический каркас, заключенный в экранирующий корпус преобразователя, идентичные по размерам и намоточным характеристикам измерительную и компенсационную катушки индуктивности, намотанные в пазах каркаса и включенные дифференциально, и элементы монтажа, отличающийся тем, что в преобразователь введены первая и вторая экранирующие пластины из электропроводящего материала, катушки индуктивности выполнены в форме плоских полуколец, размещены в единой плоскости торца корпуса и обращены друг к другу диаметрами, при этом направление намотки витков катушек противоположно в плане, первая экранирующая пластина выполнена шириной и длиной, равными внутреннему диаметру и высоте полости корпуса преобразователя соответственно, и размещена между катушками вдоль продольной оси каркаса наружным торцом заподлицо с торцом корпуса, вторая пластина выполнена в виде полудиска, габариты контура которого совпадают с габаритами контура полукольцевой катушки, при этом вторая пластина выполнена толщиной, одинаковой с толщиной объекта контроля, из материала, одинакового по электрофизическим свойствам с материалом объекта контроля, и размещена своей плоскостью над плоскостью компенсационной катушки с ее стороны, обращенной внутрь каркаса, с зазором постоянной величины, равным номинальному зазору между измерительной катушкой и объектом контроля.