Индуктивный датчик вибраций Советский патент 1988 года по МПК G01H11/02 

(Л

00

ьо

00

4;

ND

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций, например, быстроходных ротационных машин, а также агрегатов, используемых в энергетике и на транспорте (газовых или паровых турбин, тур- бодетандеров, авиационных моторов и т.д.).

Датчики вибрации, установленные на авиационных моторах и другом энергетическом оборудовании, часто подвержены

ускорения и амплитуды вибрации, а также небольшие габариты.

Недостатком является слабый электрический сигнал, из-за которого необходимо устанавливать усилительную аппаратуру вблизи от датчика, а также чувствительность к температурным изменениям окружающей среды.

Более близким техническим решением к данному изобретению является индуктивный магнит подвешен в магнитном поле, образованном двумя неподвижными магнитами, ориентированными одноименными полюсами относительно полюсов подвижного магнита. Этот магнит перемешается по

воздействию повышенных температур, боль- Ю ный датчик вибраций, у которого подвиж- шого ускорения и значительной амплитуды вибраций, которая достигает при некоторых режимах эксплуатации нескольких сот микрометров, тогда как при нормальном режиме

величина амплитуды вибрации составляет .... „„

всего лишь несколько микрометров. Другими втулке, на которой намотаны две катушки требованиями, предъявленными к датчикам вибрации, являются малые габариты и вес, линейность характеристики преобразования во всем диапазоне измерений и устойчивость против электромагнитных помех.

В настоящее время широко применя- ются индуктивные датчики вибрации, у которых постоянный магнит подвешен на эластичной мембране между двумя жестко закрепленными катушками индуктивности.-При движении магнита в катушках индуктиру- 25 ется электрическое напряжение, пропорциональное амплитуде вибраций. Недостатком этих датчиков является частая поломка мембран при тяжелых условиях эксплуатации, особенно при повышении амплитуды вибрации.

Известен индуктивный датчик вибрации, у которого подвижный постоянный магнит, находящийся в направляюшей втулке, подвешен на двух пружинах. Катушка индуктивности намотана на направляющей втулке.

индуктивности, соединенные встречно-последовательно. При перемещении подвижного магнита в этих катушках индуцируется электрическое напряжение, которое затем 20 усиливается и измеряется (Авторское свидетельство СССР № 6931 18, кл. G 01 Н 11/02, 1977). Такой датчик отличается большой надежностью, но уменьшение его габаритов до диаметра менее 30 мм и длины менее 60 мм затруднительно. Кроме того, он обладает недостаточной помехоустойчивостью и чувствителен к изменениям температуры окружающей среды, так как его измерительные катушки охватывают снаружи подвижный магнит датчика. Эти недостатки устранены в индуктивном датчике вибраций, в котором постоянный магнит установлен с возможностью перемещения по отношению не менее, чем к одной катушке индуктивности и подвешен в магнитном поле. Этот датчик содержит корпус, в котором размещены две измерительные катушки.

30

При перемещении подвижного магнита в ка- намотанные встречно на общем изоляци- тушке индуктируется электрическое напря- , онном каркасе, а магнитный подвес посто- жение, которое соответствующим образом усиливается и измеряется (Заявка ФРГ № 2439072, кл. G 01 Н 1/00, 1976).

Недостатком этого датчика является 40 ными полюсами относительно полюсов основянного, магнита выполнен в виде двух дополнительных постоянных магнитов,установленных соосно и ориентированных одноименускорения и амплитуды вибрации, а также небольшие габариты.

Недостатком является слабый электрический сигнал, из-за которого необходимо устанавливать усилительную аппаратуру вблизи от датчика, а также чувствительность к температурным изменениям окружающей среды.

Более близким техническим решением к данному изобретению является индуктив ный датчик вибраций, у которого подвиж-

ный магнит подвешен в магнитном поле, образованном двумя неподвижными магнитами, ориентированными одноименными полюсами относительно полюсов подвижного магнита. Этот магнит перемешается по

ный датчик вибраций, у которого подвиж-

.... „„

втулке, на которой намотаны две катушки

втулке, на которой намотаны две катушки

индуктивности, соединенные встречно-последовательно. При перемещении подвижного магнита в этих катушках индуцируется электрическое напряжение, которое затем усиливается и измеряется (Авторское свидетельство СССР № 6931 18, кл. G 01 Н 11/02, 1977). Такой датчик отличается большой надежностью, но уменьшение его габаритов до диаметра менее 30 мм и длины менее 60 мм затруднительно. Кроме того, он обладает недостаточной помехоустойчивостью и чувствителен к изменениям температуры окружающей среды, так как его измерительные катушки охватывают снаружи подвижный магнит датчика. Эти недостатки устранены в индуктивном датчике вибраций, в котором постоянный магнит установлен с возможностью перемещения по отношению не менее, чем к одной катушке индуктивности и подвешен в магнитном поле. Этот датчик содержит корпус, в котором размещены две измерительные катушки.

намотанные встречно на общем изоляци- онном каркасе, а магнитный подвес посто-

намотанные встречно на общем изоляци- онном каркасе, а магнитный подвес посто-

ными полюсами относительно полюсов основянного, магнита выполнен в виде двух дополнительных постоянных магнитов,установленных соосно и ориентированных одноимен

ного постоянного магнита.

С целью повышения помехоустойчивости и уменьшения габаритных размеров, этот датчик снабжен втулкой из немагнитного металла, установленной между корпусом и

пониженная чувствительность, вызванная трением в направляющей втулке, которое обусловлено крутящим моментом, создаваемым воздействием обеих пружин на постоянный магнит и прижимающим этот магнит

к стенкам втулки. Кроме того, масса и соб- 45 постоянными магнитами, которые вьшолнены ственная частота колебаний ограничивают кольцевыми, а измерительные катушки возможность использования этого датчика установлены в полости основного постоян- довольно узким диапазоном частоты вибра- ного магнита с нанесенным на его внеш- ций. Производство пружин с точной харак- ней поверхности антифрикционным покры- теристикой и габаритами сложно и дорого. ткем, изоляционный каркас прикреплен тор- Измерение вибраций возможно также с цами к неподвижно установленным допол- помощью пьезоэлектрических датчиков, у которых используется способность преобразонительным постоянным магнитам. Кроме того, отношение толщины втулки к внешнему диаметру основного постоянного магнита находится в пределах 0,01 - 1,0.

вывать механическое усилие в электрическое напряжение, пропорциональное ускорению массы пьезоэлектрического датчика под действием вибраций. Положительным качеством пьезоэлектрических датчиков является их способность выдерживать большее

ного постоянного магнита.

С целью повышения помехоустойчивости и уменьшения габаритных размеров, этот датчик снабжен втулкой из немагнитного металла, установленной между корпусом и

постоянными магнитами, которые вьшолнены кольцевыми, а измерительные катушки установлены в полости основного постоян- ного магнита с нанесенным на его внеш- ней поверхности антифрикционным покры- ткем, изоляционный каркас прикреплен тор- цами к неподвижно установленным допол-

постоянными магнитами, которые вьшолнены кольцевыми, а измерительные катушки установлены в полости основного постоян- ного магнита с нанесенным на его внеш- ней поверхности антифрикционным покры- ткем, изоляционный каркас прикреплен тор- цами к неподвижно установленным допол-

нительным постоянным магнитам. Кроме того, отношение толщины втулки к внешнему диаметру основного постоянного магнита находится в пределах 0,01 - 1,0.

Индуктивный датчик вибраций согласно изобретению имеет значительно меньшие габариты, чем до сих пор известные индуктивные датчики, и выдерживает большие

ускорения и амплитуды вибраций. Он надежен в эксплуатации, а температурные измерения окружающей среды практически не влияют на его характеристику. Отношение толщины втулки к внешнему диа- метру постоянного магнита, выбранное в диапазоне 0,01 -1,0, обеспечивает хорошее магнитное демпфирование колебаний последнего. Корпус из ферритового материала защищает измерительные катушки от элек

трических помех.

10

каркасе 3, находятся внутри подвижного постоянного магнита 1 в зоне равномерного магнитного поля с большой густотой силовых линий, при движении этого магнита относительно катушек в них индуктируется достаточно .сильный электрический сигнал, что позволяет уменьшить число витков в этих катушках. Внешние электромагнитные помехи демпфируются корпусом 11 из ферромагнитного материала. Выбор отношения толщины втулки 4, изготовленной из немагнитного материала, к внешнему диаметру подвижного магнита 1 в пределах 0,0 - 1,0 позволяет замкнуть магнитную цепь подвижного магнита через корпус 11 датНа чертеже представлен индуктивный датчик вибраций, разрез.

Датчик содержит закрытый корпус 11, в котором жестко закреплен торцами 7 и 8

изоляционный каркас 3 с намотанными 5 чика, изготовленного из ферромагнитного на нем катушкам 5 и б индуктивности. материала. Эта замкнутая магнитная цепь Каркас 3 и катушка 5,6 установлены в полость 12 подвижного постоянного магнита 1, который имеет на внешней поверхности антифрикционное покрытие 2. Неподвижно закрепленные в корпусе дополнительные по- 20 стоянные магниты 9 и 10 кольцеобразной формы установлены соосно и ориентированы одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита 1,

благодаря чему отталкивающие силы их маг- намотанным на нем катушками 5,6, а также нитных полей,действуют как пружинные эле- по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- менты, имеющие согласованные характеристики. Отталкивающие силы взаимодействующих магнитных полей не позволяют подвижному магниту 1 касаться неподвижных магнитов 9 и 10, образующих его магнитный подвес, 30 ляет собой разность напряжений, индукти- при любом положении датчика в простран- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное стве. Антифрикционное покрытие 2 на по- демпфирование движения магнита 1 пре- верхности магнита 1 может быть выпол- дотвращает большие резонансные биения нено, например, из хромированной латуни, этого магнита в том случае, когда собствен- а втулка 4, установленная между этим ная частота датчика или его высших гармо- магнитом и корпусом датчика, должна быть 35 ник близка к частоте вибраций контро- выполнена из немагнитного металла, на- лируе.мого объекта, пример из нержавеющей стали. Корпус 11

датчика может быть изготовлен из ферро-Признано изобретение.м по результатам

магнитного материала.экспертизы, осуществленной ведомством по

Так как катушки 5 и 6 индуктивности,изобретательству Чехословацкой Социанамотанные встречно (псевдобифилярно) на листической Республики.

эффективно демпфирует нежелательные колебания подвижного постоянного магнита 1 при одновременном сохранении достаточной чувствительности датчика.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, например на подшипниковую опору газовой турбины, постоянный магнит 1 начинает вибрировать, перемещаясь по отношению к каркасу 3 с

тановленным дополнительным магнитам 9,10. При этом движении силовые линии постоянного магнита пересекают витки катущек 5,6. Выходное напряжение датчика представ

каркасе 3, находятся внутри подвижного постоянного магнита 1 в зоне равномерного магнитного поля с большой густотой силовых линий, при движении этого магнита относительно катушек в них индуктируется достаточно .сильный электрический сигнал, что позволяет уменьшить число витков в этих катушках. Внешние электромагнитные помехи демпфируются корпусом 11 из ферромагнитного материала. Выбор отношения толщины втулки 4, изготовленной из немагнитного материала, к внешнему диаметру подвижного магнита 1 в пределах 0,0 - 1,0 позволяет замкнуть магнитную цепь подвижного магнита через корпус 11 датчика, изготовленного из ферромагнитного материала. Эта замкнутая магнитная цепь

чика, изготовленного из ферромагнитного материала. Эта замкнутая магнитная цепь

намотанным на нем катушками 5,6, а также по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- ляет собой разность напряжений, индукти- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное демпфирование движения магнита 1 пре- дотвращает большие резонансные биения этого магнита в том случае, когда собствен- ная частота датчика или его высших гармо- ник близка к частоте вибраций контро- ируе.мого объекта,

эффективно демпфирует нежелательные колебания подвижного постоянного магнита 1 при одновременном сохранении достаточной чувствительности датчика.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, например на подшипниковую опору газовой турбины, постоянный магнит 1 начинает вибрировать, перемещаясь по отношению к каркасу 3 с

намотанным на нем катушками 5,6, а также по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- ляет собой разность напряжений, индукти- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное демпфирование движения магнита 1 пре- дотвращает большие резонансные биения этого магнита в том случае, когда собствен- ная частота датчика или его высших гармо- ник близка к частоте вибраций контро- лируе.мого объекта,

тановленным дополнительным магнитам 9,10. При этом движении силовые линии постоянного магнита пересекают витки катущек 5,6. Выходное напряжение датчика представ