Устройство для измерения динамических параметров вращающихся деталей силовых установок Советский патент 1983 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и может быть использовано для измерени динамических параметров (давления, деформаций, вибраций) вращающихся деталей силовых установок - электри ческих машин, газотурбинных двигате лей и т.п. Известно устройство для измерен динамических параметров вращающихс деталей силовых установок с помощью бесконтактных токосъемников трансформаторного типа и резистивных пре образователей -тензорезисторов, со держащее на вращающейся части силовой установки выпрямители, стабилитроны и фильтры для питания измерительной цепи постоянным током Недостатком этого устройства является невозможность одновременного обеспечения работоспособности при высоких температурах окружающей сре и широком частотном диапазоне конт ролируемого параметра. Известно также устройство, содержащее генератор прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, тензометрический мост, регис рирующий блок. питающий токосъемник трансформаторного типа, включаю щий в себя первую подвижную обмотку первичную обмотку и обмотку обратной связи, включенную между выходом генератора прямоугольного напряжения и инвертирующим входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен один конец первичной обмотки, второй конец которой соединен с общим приводом, а также передающий токосъемник трансформаторного типа, включающий в себя вторую подвижную и неподвижную обмотки, при этом первая и вторая подвижные обмотки соединены с соот.ветствующими диагоналями тензометрического моста, а неподвижная обмотка - с входом регистрирующего блока. Сущность работы известного устройства заключается в питании измерительной цепи, расположенной на вращающейся части силовой устано ки, квазипостоянным напряжением в форме длительных разнополярных прямоугольников благодаря нулевому разностному сигналу, получаемому путем сравнения двух напряжений напряжения на выходе генератора прямоугольного напряжения и напряжения, индуктируемого в обмотйе обратной связи 2 , Недостатком известного устройства являются большой габарит токосъемного узла и невысокая надеж.ность. Это объясняется тем, что для реализации одного канала измерения динамического параметра необходимы два токосъемника трансформаторного типа - передающий и питагаций. В больщинстве практических случаев требуется создание многоканальньк систем измерения параметров врс-.цающихся деталей силовых установок, где осевые и радиальные габариты токосъемного узла ограничены. Токосъемный узел работает в условиях повышенной вибрации, значительных температур окружающей среды при наличии агрессивных компонентов и при высоких скоростях вращения. Надежность работы токосъемного узла в таких условиях оказывается наиболее низкой в сравнении с другими узлами всего устройства для измерения параметров вращающихся деталей. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство,содержащее генератор прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, тензорезистор, регистриругатдий блок и питающий токосъемник трансформаторного типа/ включающий в себя первичную и подвижную обмотки и обмотку обратной связи, включенную между выходом генератора прямоугольного напряжения и инвертирующим входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен один конец первичной , введен трансформаторный преобразовательный блок с двумя обмотками, одна из которых включена между вторым концом первичной обмотки токосъемника и общим проводом, а вторая соединена с входом регистрирующего -блока, при этом тензорезистор подключен к зажимам подвижной обмотки. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения динамических параметров вращающихся деталей силовых установок содержит питающий токосъемник 1 трансформаторного типа, включающий в себя первичную обмотку 2, обмотку 3 обратной связи и подвижную обмотку 4, генератор 5 прямоугольного напряжения, усилитель 6 постоянного тока, тензорезистор 7, расположенный на вращающейся части 8 силовой установки, транс- , форматорный преобразовательный блок 9 с обмотками 10 и 11 и регистрирующий блок 12. Устройство работает следующим обра зом. Электрический сигнал в форме прямоугольного напряжения с выхода генератора 5 прямоугольного напряжения через обмотку 3 обратной связи поступает на инвертирующий вход усилителя 6 постоянного тока и возбуждает ток i в первичной обмотке 2 питающего токосъемника 1 трансформаторного типа. Ток 1 индуктирует напряжение в подвижной обмотке 4

и обмотке 3 обратной связи. Так как обмотка 3 обратной связи включена последовательно с выходом генератора 5 прямоугольного напряжения, то при соответствующей фазировке обмотки 3 напряжение, индуктируемое в ней, будет всегда в противофазе с напряжением на выходе генератора 5. Разностный сигнал поступает на инвертирующий вход усилителя 6 постоянного тока и при достаточно большом коэффициенте усиления по напряжению усилителя б стремится к нулю. Таким образом, в обмотках 3 и 4 будут индуктироваться напряжения, близкие по форме к напряжению на выходе генератора 5 прямоугольного напряжения. Обмотка 10 трансформаторного преобразовательного блока 9 включена последовательно с первичной обмоткой 2 токосъемника 1, а следовательно, обтекается тем же током i Этот ток индуктирует в другой обмотке 11 трансформаторного преобразовательного блока 9 прямоугольное напряжение, которое поступает на вхо регистрирующего блока 12.

Тензорезистор 7, расположенный на вращающейся части 8 силовой установки, находится под воздействием контролируемого параметра x{t). Изменение величины сопротивления тензорезистора 7 приводит к изменению величины тока 1,2 текущего через него, а соответственно, и к изменению тока i;(, текущего через обмотку 10 трансформаторного преобразовательного блока 9. Поскольку контролируемый параметр x(t) - динамический (вибрация, давление, деформация), то информативный сигнал, содержащийся в токе i, будет переменным, с час;тотой контролируемого параииетра x(t) |Этот сигнал индуктирует в обмотке И трансформаторного преобразовательного блока 9 напряжение, которое налагается на прямоугольное напряжение, поступающее на вход регистрирующего блока, где осуществляется вьзделение и регистрация информативной составлякадей смешанного сигнала.

Отсутствие в предлагаемом устройстве передакадего токосъемника позволяет практически вдвое сократить

размеры токосъемного узла или при 1тех же допустимых габаритах на его р азмеры увеличить число измерительных каналов. Сокращение числа элеме тов с низкой надежностью значительно повышает ресурс работы устройства.

Кроме того, устройство имеет более широкий частотный диапазон измерения. Это объясняется тем, что то ±4, текущий через обмртку 10 трансформаторного преобразовательного блока 9, не зависит от величины и характера входного сопротивления этого блока, что обеспечивается в результате использования усилителя 6 постоянного тока с большим коэффициентом усиления по напряжению. Следовательно, можно считать, что обмотка 10 трансформаторного преобразовательного блока 9 питается о источника тока. Если режим работы . блока 9 выбрать близким к холостому ходу (т.е. входное сопротивление регистрирующего блока 12 выполцить значительным), то трансформаторный преобразовательный блок 9 оказывается преобразовательным блоком ток-напряжение, амплитудно-частотная характеристика такого блока является нарастающей в функции частоты. Следовательно,, завал частотной характеристики устройства на высоких частотах в результате наличия индуктивностей рассеяния первичной и подвижной обмоток токосъемника I будет компенсироваться подъемом частотной характеристики пере- форматорного преобразовательного блка 9 отсутствие в устройстве передающего токосъетдника - нестандартного элемента устройства. Технология изготовления которого сложна, так как сопряжена с необходимостью обеспечения воздушных зазоров 0,10,3 мм между вргицающейся и неподвижной частями магнитопровода и изготовлением обмоток для работы на оборотах, достигающих нескольких десятков тысяч в минуту, позволяет обеспечить высокую надежность, а также повышенный ресурс работы устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩйИДИХСЯ ДЕТАЛЕЙ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК, содержащее генератор прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, тензорезистор, регистрирующий блок