Индуктивный датчик вибраций Советский патент 1987 года по МПК G01H11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций и сотрясений, например, возникающих при эксплуатации машин и агрегатов.

Вибрации являются одним из главных параметров, характеризующих эксплуатационное состояние и рабочий режим мащин. Измерение и определение вибраций исключительно важно для быстро- Ю ко для измерения вибраций в вертиходных ротационных машин и агрегатов, работающих в длительном эксплуатационном цикле, например паровых и газовых турбин. Устанавливаемые ка них

датчики вибрации часто подвержены вы- направляющей втулке над жестко устасоким температурам, большим ускорениям и вибрациям значительной амплитуды, достигающей при некоторых эксплуатационных режимах величины в несколько сот шкpoмeтpoв, тогда как при нормальной эксплуатации величина амплитуды вибрации всего несколько микрометров. Датчики вибраций должны иметь малые габариты и вес, линейность характеристики преобразования во всем диапазоне измерения и устойчивость против электромагнитных помех.

Известны индуктивные датчики вибрации, у которых постоянный магнит подвещен на эластичной мембране между двумя жестко закрепленными, катушками , При движении датчика в индукционных катушках индуцируется электрическое напряжение, которое усиливается и измеряется соответствующей измерительной аппаратурой.

Недостатком этих датчиков является частая поломка мембран, особенно при тяжелых условиях эксплуатации, при повьш1ении амплитуды вибраций,

Изв-естен также индуктивный датчик вибраций (патент США № 4401986, кл, G 08 С 19/06, 1979), содержащий катушку и два кольцевых магнита, установленных коаксиально, В узком зазоре между кольцевыми магнитами установлена тонкая измерительная катушка, намотанная на направляющей втулке. Колебания внутреннего подвижного кольцевого магнита наводят в измерительной катушке ЭДС, пропорциональную их амплитуде.

Недостатками индуктивного датчика вибраций являются относительно слабый сигнал и недостаточно точная фиксация движения внутреннего подвижного магнита внутри жестко установленного внешнего кольцевого магнита, что вызывает повьшеное трение и задевание взаимно передвигающихся частей, в результате чего, особенно при малой амплитуде, имеется значительная нелинейность индуктированного напряжения в зависимости от скорости перемещения кольцевого магнита. Кроме того, этот датчик можно применять толькальном направлении.

В индуктивном датчике вибраций (авторское свидетельство ЧССР № 172849, кл. G 08 С 19/06, 1976)

в

новленным магнитом концентрически азмещена тонкая дискообразная катушка, над которой установлен аксиально подвижный магнит. Оба магнита имеют взаимно противоположно ориентированные полюсы, в результате чего между ними возникают силы отталкивания, удерживающие подвижный магнит в подвешенном состоянии над неподвижным магнитомо

Однако такое исполнение индуктивного, датчика позволяет измерять вибрации только в вертикальном направлении ,

Известен также индуктивный датчик вибраций, у которого подвижный постоянный магнит, находящийся в направляющей втулке, подвешен на двух пружинах, а измерительная катушка намотана на направляющей втулке (заявка ФРГ № 2439072, кл. G 01 Н 1/00,1976).

Недостатком такого датчика является пониженная чувствительность, вызванная треьшем в направляющей втулке под влиянием крутящего момента, вызванного воздействием обеих пружин на подвижный магнит, который прижимает этот магнит к стенкам втулки. Кроме того, масса и собственная

частота колебаний Пружин ограничивают возможность использования такого датчика довольно узким диапазоном частоты вибраций, а производство пружин с точной характеристикой и габаритами очень сложно и дорого,

Наиболее близким техническим решением к изобретению является индуктивный датчик вибраций, содержащий корпус, размещенный в нем на изолированной втулке измерительные катушки, которые соединены встречно последовательно, и постоянный магнит с магнитным подвесом, вьшолненным в виде двух

31

установлен 1ых неподвижно дополнительных .постоянных магнитов, размещенных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов основного постоянного магнита (авторе- кое свидетельство СССР К 693118, кл. G 01 Н 11/02, 1977).

Недостатком известного датчика является возможность перекоса и заклинивания инерционного элемента датчи- ка - подвижного постоянного магнита вследствие неравномерного износа как его внешней поверхности, так и внутренней поверхности изоляционной втулки, а также вследствие непараллельно го действия отталкивающих инерционны элемент магнитных сил в системе его магнитного подвеса в реальных условиях эксплуатации при произвольном положении датчика в пространстве.

Дпя устранения указанных недостатi

ков и обеспечения высоких зксплуата- ционно-тех-нических характеристик при контроле вибраций как в вертикальной так и в горизонтальной плоскостях, т.е при соответствующем положении индуктивного датчика вибраций в пространстве, в датчике внутренняя поверхность изоляционной втулки и внешняя поверхность магнита снабжены ан- тифрикционными покрьп иями, а измерительные катушки установлены в области торцовых зазоров между дополнительными и основным постоянными магнитами.

Предлагаемый индуктивный датчик вибраций имеет малые габариты и выдерживает значительные ускорения и амплитуды вибраций, сохраняя работоспособность при произвольном положе- НИИ в пространстве. Он не сложен в производстве, вьщерживает неравномер ное температурное поле окружающей среды и позволяет получить относительно мощный выходной сигнал, кото- рый дает возможность устанавливать контрольно-измерительную аппаратуру на значительном от датчика расстоянии. Его чувствительность достаточно велика при обеспечении лин ейности характеристики преобразования в диапазоне температур до 250 С.

На чертеже представлен индуктивный датчик вибраций, разрез по продольной оси.

Датчик содержит закрытый цилиндрический корпус 7, вьшолненный из ферромагнитного материала, внутри

1474

которого размещена изоляционная втулка 2. Во внутренней полости этой втулки по ее торцам жестко закреплены установленные соосно постоянные магниты 5 и 6, образующие магнитный подвес основного постоянного магнита 1, размещенного в средней части втулки и вьшолняющего.функции инерционной массы датчика. Взаимно последовательная ориентация полюсов дополнительных магнитов 5 и 6 и встречная ориентация их полюсов относительно полюсов основного постоянного магнита 1 обуславливают возникновени аксиально направленных сил отталкивания, действующих в торцовых зазорах 9 и 10 между дополнительными 5 и 6 и основным- 1 постоянными магнитами. Благодаря этому обеспечивается поддержание подвижного магнита 1 на расстоянии от неподвижных магнитов 5 и 6 при любом положении датчика в пространстве.

На внешней цилиндрической поверхности изоляционной втулки выполнены две кольцевые канавки, расположенные в области торцовых зазоров 9 и 10 и предназначенные для размещения в них катушек 3 и 4 индуктивности, намотанных псевдобифилярно, т.е. с взаимно противоположным направлением намотки и взаимным смещением вдоль продольной оси датчика. Встречнопосле- доватеяьное соединение этих катушек, благодаря которому реализуется дифференциальный принцип измерения, позволяет увеличить вдвое напряжение на выходе датчика и уменьшить влияние внешних магнитных полей на результаты измерения. Устранению возмущений от внешних магнитных полей способствует и ферромагнитный корпус 7 датчика.

Подвижный постоянный магнит 1, в котором выполнен осевой вентиляционный канал 12, имеет на своей внещней поверхности, обращенной к поверхности изоляционной втулки 2, антифрикционное покрытие 8. Это покрытие может быть выполнено из хромированной латуни, а втулка 2 может,быть изготовлена из фторопласта, благодаря чему взаимный коэффициент трения между обращенными одна к другой поверхности магнита и втулки сводится к минимуму. Для уменьшения влияния . изменений температуры окружающей среды при одновременном уменьшении коэффициента трения втулка 2 может

быть изготовлена из керамического материала и иметь на своей рабочей поверхности антифрикционное покрытие 11, выполненное, например, из тефлона. Такое вьшолнение уменьшает трение постоянного магнита 1 о внутреннюю поверхность втулки 2 с покрытием 11 и обеспечивает постоянство ее габаритных размеров при относительно больших изменениях теьшературы окружающей среды.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий обЬект, например на подшипниковую опору турбины, постоянный магнит 1 начинает перемещаться по отношению к остальным частям индуктивного датчика, т.е. по отношению к корпусу 7 с втулкой 2, неподвижным магнитам 5 и 6 и измерительным катушкам 3 и 4. При этом движении Силовые линии постоянного магнита 1 пересекают витки катушек 3 и 4, в которых индуктируется ЭДС, пропорциональная a fflлитyдe вибраций с частотой, равной частоте вибраций Сигнал на выходе датчика равен алгебраической сумме ЭДС, наведенных

Редактор О.Юрковецкая Заказ 1208/41

Составитель С.Скрыпник Техред Н.Глущенко Корректор А.Обручар

Тираж 500Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

в его обеих катушках, и, таким образом, удваивается. Далее он может быть соответствующим образом усилен и преобразован.

Формула изобретения

Индуктивный датчик вибраций, содержащий корпус 7, размещенные в нем

на изоляционной втулке 2 измерительные катушки 3 и 4,, соединенные встречно последовательно, и постоянный магнит 1 с магнитным подвесом, выполненным в виде двух установленных не-ПОДВИЖНО дополнительных постоянных магнитов 5 и Ь, размещенных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов основного постоянного магнита 1, отличаюЩ и и с я тем, что внутренняя поверхность втулки 2 и внешняя поверхность магнита 1 снабжены антифрикционным покрытием 11, 8, А измерительные катушки 3, 4 установлены в области торцовых зазоров между дополни- ./ тельными 5, 6 и основным 1 постоянными магнитами.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрадай и ударов, возникающих, например, при эксплуатации машин и агрегатов. Целью изобретения является повышение эксплуатационно-технических характеристик индуктивного датчика вибраций при контроле вибраций как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Этот датчик содержит размещенные внутри ферромагнитного корпуса 7 подвижный постоянный магнит 1, установленный на магнитном подвесе, который образован дополнительными магнитами 5, 6, и две измерительные катушки 3, 4 индуктивности, размещенные в кольцевых канавках на внешней поверхности изоляционной втулки 2 в области торцовых зазоров между магнитами 5, 6 и подвижным магнитом 1. Магниты , установлены во внутренней полости втулки 2, имеющей на своей внутренней поверхности айтифрикционное покрытие 11, выполненное, например, из тефлона. Для уменьшения взаимного коэффициента трения на поверхность магнита 1 также нанесено антифрикционное покрытие 8, например, из хромированной латуни. При установке датчика на вибрирующий объект происходит относительное перемещение магнита 1 и катушек 3,4, в которых наводится ЭДС с ча:стотой вибраций и амплитудой, про- пор191ональной амплитуде вибраций. 1 ил. (Л с со ND vj ;;