Вихретоковый способ измерения зазора Советский патент 1992 года по МПК G01B7/10 

мости импедансов преобразователя и термосопротивления.

Известен также способ, заключающийся в том, что переменным напряжением за- питывают двухобмоточный датчик, обмотки которого включены встречно и изготовлены из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения, а о зазоре судят по разности сигнала (напряжения) на одной из обмоток и масштабированного сигнала, снимаемого со всей дифференциальной обмотки.

Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в том, что в условиях,воздействия на два по возможности идентичных - измерительного и компенсационного - датчика неинформативного влияющего фактора Т на измерительный датчик воздействуют полем, создаваемым контролируемым обьектом, находящимся от этого измерительного датчика на измеряемом расстоянии Н, измеряют сигналы 1Н и LJ2 на датчиках, сравнивают их и по разности сигналов Уз судят о зазоре.

Основным достоинством указанного способа является то, что из-за идентичности датчики имеют близкие температурные и прочие зависимости импедансов. которыми определяется функция выходного сигнала УЗ от Н и Т При этом влияние Т компенсируется пои определении разности Ui-U2.

Однако абсолютно одинаковыми датчики изготовить практически невозможно, а, при изменении температуры объекта контроля вносятся дополнительные изменения во вторичном электромагнитном поле, воздействующем только на один измерительный датчик. Вследствие этого приходится непосредственно перед измерениями производить подстройку нуля измерительного устройства.

Цель изобретения - повышение точности преобразования но всем диапазоне изменений зазора Нмин Н Нмэкс и неинформ зтивного влияющего фактора Тмин Т Тмакс без перерегулировки преобразователя.

Цель достигается тем, что на измерительный датчик воздействуют полем, созда- ваемым контролируемым объектом, находящимся от преобразователя на заданном расстоянии Но, измеряют ситалы датчиков при минимальном и максимальном значениях неинформативного параметра, определяют сигнал начальной компенсации из соотношения

Uo KiUio-U20,

где Uo - сигнал начальной компенсации:

К1

U2m - Uzo

Ulm - UlO

Uio и Uim - сигналы измерительного датчика соответственно при минимальном и максимальном значениях неинформативного параметра.

U20 и Item - аналогичные сигналы с компенсационного датчика.

Затем воздействуют на измерительный датчик полем, создаваемым контролируемым обьектом. находящимся от преобразователя на измеряемом расстоянии, при произвольном значении неинформативного влияющего фактора, измеряют текущие сигналы на измерительном и компенсационном датчиках, после чего снимают воздействие поля контролируемого обьек- та, определяют сигналы на измерительном и компенсационным датчиках, а разность, по которой судят о зазоре, определяют из

соотношения

U3 (Kilh-U2 Uo)K2. где Уз - разность, по которой судят о зазоре:

иоп

К2

KiUii -U2T-U0

К2 коэффициент усилия; Ui и U2 - текущие значения сигналов

соответственно измерительного и компенсационного датчиков при воздействии поля контролируемого объекта;

Uir и U2r - те же сигналы, после снятия воздействия поля контролируемого обьек- та. т.е. при воздействии только неинформативного влияющего фактора;

Don - масштабный коэффициент. При этом величины Н0 и Uon выбирают- ся произвольно, но для большей точности номинальный зазор Н0 необходимо выбирать как можно ближе к Hmm. a Uon - как можно большей.

На фиг. 1 изображена схема расположе- ния объекта контроля относительно преобразователя для преобразования зазора; на фиг. 2 - график зависимости величины U - от Н для различных значений неинформативного влияющего фактора Т; на фиг. 3 - график зависимости величины Кз от Н для всех значений Т.

В качестве примера конкретной реализации способа рассмотрим измерение преобразователем 1 с идентичными

измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками (типа используемых в приборе ТПН-1) зазора Н между лопатками 4 вращающейся турбины (не показана) и защитным экраном 5 (фиг. 1). Лопатки попеременно появляются в зоне чувствительности измерительной обмотки 2 и выходят из зоны. Момент выхода из зоны чувствительности соответствует максимальному зазору между 2 и 4, т.е. Н Нмакс.

При этом компенсационная обмотка располагается таким образом, чтобы лопатки 4 были вне зоны ее чувствительности, но достаточно близко к измерительной обмотке 2. чтобы ей находиться в аналогичных температурных условиях.

Необходимо измерять биение зазора Н во время от момента запуска турбины до выхода ее на рабочий режим в условиях изменения влияющего фактора - темпера- туры Т.

В момент запуска температура турбины и окружающей ее среды равна минимальному значению ТМин«20°С, что соответствует комнатной температуре (в лабораторных ус- ловиях). Поэтому до запуска турбины преобразователь 1 выставляется и фиксируется на номинальном зазоре Н0 0,3 мм по одной из лопаток 4. При этом измеряются напряжения Uio и U20 с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотки соответственно. После запуска турбина некоторое время выходит на рабочий режим, а во время ее вращения повышается температура как самих лопаток 4, так и экрана 5 и среды, в которой находятся лопатки 4, В процессе работы температура повышается и достигает своего максимального значения Тмакс

-300°С. После выключения в момент остановки турбины преобразователь 1 вновь вы- ставляется на зазор Н, на датчиках 2 и 3

.измеряются соответственно напряжения Uim и U2m, и рассчитываются величины Ki и Uo из соотношений:

U2m - U20

К1

Uim -Uio

Uo KiUio-U2o.

Процесс измерения биений зазора Н между лопатками 4 и преобразователем 1 в условиях неопределенности температуры Т во время вращения турбины состоит в измерении напряжений Ui и U2 соответственно на датчиках 2 и 3 в моменты нахождения лопаток 4 в зоне чувствительности датчика 2 и напряжения Uir и и2т соответственно на датчиках 2 и 3 в момент выхода лопаток 4 из

зоны чувствительности датчика 2. Практически о моментах входа в зону чувствительности и выхода лопаток 4 из зоны чувствительности судят по тому, что на датчике 2 в момент входа в зону напряжение проходит свой минимум, а при выходе - максимум. О величине биения зазора Н от номинального значения Но судят по величине Уз разности напряжений на датчиках 2 и 3 из соотношений:

U3 (KiUi-U2 -Uo) K2; Don

К2

KiUiT-U2T-Uc

где Uon в общем случае произвольное постоянное значение, имеющее смысл масштабного коэффициента размерности напряжения и для удобства выбрано таким, чтобы величине биения Н-Но 0,01 мм соответствовало значение Уз, равное 1 В.

Покажем, что предлагаемый способ позволяет достичь поставленную цель. Для этого достаточно доказать, что величина

U U3/K2 KiUi-U2-Uo

(2)

при соблюдении Н Но равна нулю как при линейных, так и при нелинейных температурных зависимостях напряжений Ui и U2, снимаемых с измерительного и компенсационного датчиков. При этом при помощи автоматически подстраиваемого коэффициента усиления Ка для зазора Н Нмакс при любых Т напряжениях Уз становится равным опорному Uon (фиг. 3). Так как вид кривой У(Н) Уз/К2 на фиг. 2 зависит лишь от взаимного пространственного расположения преобразователя и объекта контроля, а изменение Т может лишь растянуть или сжать ее по оси ординат, то кривая 11з на фиг. 3 однозначно определяется перемещением Нине зависит от Т.

Для доказательства равенства„нулю выражения (2) при Н Но и всех Т рассмотрим вначале случай линейной температурной зависимости. Пусть сигналы Ui и У2 выражаются через температуру Т:

Ui Uю - (Uim - Uio) Т.Т ТгГ :

I max I min

U2 U20 - (U2m - U20)

1 max I mm

где Тмин, Тмакс - соответственно минимальное и максимальное значение температуры Т из диапазона ее изменения.

Тогда для всех Тмин Т Тмакс на зазоре

И - Но имеем U - Urm .° (Ui - Uio) - (U2Ulo UIO

-U20) - Ki «Uio - (Ui - Uio) - I макс I мин

iii rn iТ Тмин

-U10} - - fzTr

I макс i мин

Т - Тмин

(U2 - U20) - U20} (U2m U20) j

-ft,

макс I мин

- (U2m - U20)

Т - Тмин Тмакс Тмин

О,

т.е. при произвольных линейных зависимостях Ui(T) и U2(T) на зазоре Н Но при всех Тмин Ј Т Тмакс достигается полна компенсация выходного сигнала.

Пусть теперь температурные зависимости на зазоре Н НО являются нелинейными, но законы, которыми они описываются, являются одинаковыми, например экспоненциальными, т.е.

Ui Uio-Ai{1-exp(Т-Т,

мин

).

U2 U20 - - ехр { - Т г ),

где AI, А2,Ј- температурные коэффициенты датчиков.

Для А Но

U Ki {-Ai 1 - ехр( Т-Т,

мин

)}

{-А2 1 - ехр ( ) - Аг Г1 - ехр ( Т-Т

мин

л

Л,-ехр(-)

Т - Тмин

(V

П-о,

) + А2 1 - ехр

Т„ТГ Ui.1- I

т.е. и в этом случае на зазоре Н Но при всех Тмин Т Тмакс достигается полная компенсация выходного сигнала.

Таким образом способ обеспечивает такое преобразование, что при любых ТМИн Т Тмакс будут соблюдаться равенства в двух реперных точках диапазона Н:

Уз 0 при Н Но и из Uon при выходе объекта контроля из зоны чувствительности

преобразователя 1,т.е обеспечивается независимость функции из(Н) от Т.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет производить настройку преобразователя на объект контроля всего один раз, и при изменении неинформативного влияющего фактора отстройка от последнего, на порядок повышающая точность преобразования,

производится автоматически без дополнительной установки нуля измерительного устройства.

Формула изобретения Вихретоковый способ измерения зазора при помощи измерительного и компенса- ционногопреобразователей,

заключающийся в том, что при воздействии на оба преобразователя неинформативного влияющего фактора на измерительный преобразователь воздействуют полем контролируемого объекта, измеряют сигналы Ui и U2 соответственно на измерительном и компенсационном преобразователях и используют их для определения информативного

об измеряемом зазоре Н сигнала Уз. отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно на измерительный преобразователь воздействуют полем заданной величины при воздействии на преобразователи неинформативным влияющим фактором соответственно минимальной и максимальной величин, измеряют соответствующие сигналы Uio U2o и Utr, U2r измерительноге и компенсационного преобразователей, определяют из соотношения

Uo KiUio-U20, U2r -U20

Ki

Uir -Uio

где дополнительно определяют сигналы UiT и и2т соответственно с измерительного и компенсационного преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта, находят коэффициент «2 из соотношения

К2

и

оп

KiUn -U2T -Uc

где Uon - масштабный коэффициент, а информативный сигнал Уз формируют в 55 соответствии с соотношением (KiUi--U2-Uo).

mm

t

И

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на преобразователи неинформативных влияющих факторов. Цель изобретения - повышение точности во всем диапазоне измерений зазора и неинИзобретение относится к контрольно- измерительной технике и может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на датчики неинформативных влияющих факторов, например при контроле энергетических машин в условиях изменения температуры окружающей среды. Известен способ, заключающийся в том, что запитываются напряжением два датчика: первый измерительный (обмотка формативного влияющего фактора. Это достигается благодаря тому, что в способе,за- ключающемся в том, что на измерительный преобразователь предварительно воздействуют полем заданной величины при воздействии на измерительный и компенсационный преобразователи неинформативным влияющим фактором соответ- ственно максимальной и минимальной величины, измеряют соответствующие сигналы измерительного и компенсационного преобразователей, дополнительно определяют сигналы соответственно с измерительногоикомпенсационного- преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта. Информативный сигнал формируют из сигналов соответственно на измерительном и компенсационном преобразователях при воздействии измеряемого поля контролируемого объекта на измерительный преобразователь и неинформативного влияющего фактора на оба преобразователя в соответствии с установленным соотношением. 3 ил. электромагнитного преобразователя); второй компенсационный (мост с термосопротивлением, расположенным в рабочей зоне электромагнитного преобразователя и управляющим вторым - опорным - каналом, а о величине зазора судят по разности выходных сигналов измерительного и опорного каналов. Недостатком такого способа является наличие погрешности при изменении температуры из-за разной (нелинейной) зависисо с XI Јь 00 ю

max

H

Фи. J