Устройство для бесконтактного многоточечного контроля параметров вращающихся объектов Советский патент 1992 года по МПК G01K13/08 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для следящего контроля и параллельной регистрации изменения локальных деформаций, механических напряжений и температуры на группе участков вращающихся систем и механизмов при их испытаниях и эксплуатации.

Цель изобретения состоит в расширении оперативно-технических и функциональных возможностей контроля, снижении трудоемкости проводимых измерений за счет обеспечения непрерывной параллельной регистрации взаимонезависимых индивидуальных изменений величин группы одновременно контролируемых параметров Ё графоаналоговой и цифровой формах.

На чертеже представлен блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 пере- менного тока, имеющий симметричный трансформаторный выход, который своими крайними выходными клеммами 2 и 3 соединен со статорами 4 и 5 двух вращающихся конденсаторов 6 и 7, к роторам 8 и 9 которых подключены общие крайние точки группы параллельно соединенных между собой ре- зистивных делителей напряжения, каждый из которых составлен чувствительным рези- стивным элементом 10 (роль которого могут исполнять термистор и тензосопротивле- ние), а также постоянным резистивным элементом 11 и потенциометром 12 резистивных делителей 10, 11, 12).

Средние точки 13, 14, 15, 16, 17 указанной группы резистивных делителей 10, 11, 12, число которых в общем случае определяется количеством подлежащих одновременному контролю параметров исследуемого вращающегося объекта, соединены с пластинчатыми, электродами 18, 19, 20, 21, 22 подвижной роторной части емкостного распределителя 23, к неподвижному отборочному электроду 24 которого,

расположенному извне за пределами роторной части (18-22) емкостного распределителя 23, подключен вход селектирующего импульсного блока 25.

Подвижная часть устройства, совместно

вращающаяся с исследуемым объектом, охвачена на схеме штриховым контуром 26. На общей оси с исследуемым объектом закрепляется также диамагнитный диск (кольцо)

27, на внешней цилиндрической поверхности которого равноинтервально неподвижно установлены остроконечные ферромагнитные элементы 28, 29,30,31,32. Против диамагнитного кольца 27 с ферромагнитными элементами 28 -32 неподвижно установлен двухобмоточный магнитный рецептор (магнитная головка) 33, первая обмотка которого связана с источником подмагничивающего тока-выпрямительным узлом 34, а вторая обмотка которого соединена со входом импульсного усилителя 35.

Выход усилителя 35 через двусторонний амплитудный ограничитель 36 и последовательно с ним включенный дифференцирующий узел 37 циркулярно- параллельно связан с помощью разделительных конденсаторов 38 с управляемыми раздельными входами группы звеньев

39,40,41,42,43, образующих кольцевой переключатель (коммутатор) 44,

Выходы всех звеньев 39-43 кольцевого переключателя 44 раздельно соединены с первыми (левыми по схеме) манипуляторными входами группы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48,49, вторые (правые по схеме) функциональные входы которых параллельно присоединены к выходу селектирующего блока 25, связанного своим

входом с неподвижным отборочным электродом 24 емкостного распределителя 23.

При этом выход каждого из группы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48 и 49 через одну из группы детектирующих

ячеек 50,51,52,53,54 соединен параллельно с одним из входов многоканального регистрирующего самописца 55, а также с соответ- ствующим неподвижным контактом многопозиционного переключателя 56, по- движный контакт которого соединен со стрелочным индикатором 57.

Устройство работает следующим образом.

С симметричных клемм 2 иЗ генератора 1 переменного тока противофазные относительно земли сигналы поступают через вращающиеся конденсатооры 6 и 7 на пар- лелльно включенные резистивные делители 10, 11, 12, выходные точки 13, 14, 15, 16, 17 которых связаны с пластинчатыми электродами 18,19,20,21,22 подвижной (роторной) части емкостного распределителя 23. При этом пластинчатые электроды 18-22 емкостного распределителя 23 с выходных точек 13 - 17 резистивных делителей 10, 11, 12 получают переменные напряжения, частота которых определяется генератором 1, а уровень и фаза - соотношением действующих величин сопротивлений, сенсорных элемен- тов 10 (термисторов или тензорезисторов), а также подстроечных резисторных элементов 12 в каждом из группы параллельно включенных делителей 10, 11, 12.

В процессе вращения контролируемого объекта, когда пластинчатые электроды 18, 19, 20, 21, 22 роторной части емкостного распределителя 23 последовательно проходят мимо неподвижно установленного отборочного электрода 24 этого делителя, между электродом 24 и землей поочередно возникают переменные ЭДС в форме цикличе- ки повторяющейся группы разновысоких частотозаполненных импульсов, соотношение уровней (амплитудных значений) кото- рых определяется индивидуальными соотношениями действующих величин сопротивлений плечей внутри каждого из группы параллельно включенных резистивных делителей 10,11,12.

Переменные ЭДС, почередно возникающие между отборочным электродом 24 и землей при последовательном прохождении электродов 18-22 роторной части емкостного распределителя 23 мимо его неподвижного электрода 24, после прохождения через селектирующий усилительный блок 25 параллельно поступают на функциональные (правые по схеме) входы группы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48,49.

Синхронно с вращением контролируемого объекта, а также роторов 8, 9 конденсаторов 6, 7 и роторной части (электроды 18-22) емкостного распределителя 23 происходит и вращение диамагнитного кольца 27 блока синхронизации. При прохождении остроконечных ферромагнитных элементов 28,29,30,31,32 мимо рабочего зазора магнитного рецептора 33, получающего ток подмагничивания от узла 34, с выходной обмотки этого рецептора на вход импульсного усилителя 35 поступают импульсные сигналы, которые после амплитудного ограничения и дифференцирования соответственно узлами 36 и 37 параллельно подаются через разделительные конденсатроы 38 на внешние входы группы звеньев 39,40,41,42,43 кольцевого переключателя (коммутатора) 44.

Благодаря действию внутренней межкаскадной связи между соседними звеньями 39 - 43 кольцевого переключателя 44 в сочетании с воздействием на звенья 39-43 циркулярно поступающих с выхода дифференцирующего узла 37 внешних спусковых импульсов, схваченные в кольцо звенья 39 - 43 переключаются строго синфазно со сменой пластинчатых электродов 18 - 22 при их последовательном прохождении мимо неподвижного отборочного электрода 24 емкостного распределителя 23

В процессе работы кольцевого переключателя 44, все звенья 39 - 43 которого представляют собой двухстабильные триг- герные ячейки, в каждый момент времени только одно из звеньев находится в опрокинутом состоянии по отношению к осталь- ным звеньям кольца, причем это опрокинутое состояние последовательно передается от одного звена кольца к другому в моменты воздействия на переключатель 44 внешних спусковых импульсов, поступающих с выхода дифференцирующего узла 37 на внешние входы звеньев 39 - 43 через конденсаторы 38.

С выходов закольцованных звеньев 39 - 43 переключателя 44 в соответствии со сменой подвижных электродов 18,19,20,21,22 емкостного распределителя 23, проходящих мимо его неподвижного отборочного электрода 24, на манипуляторные (левые по схеме) входы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48,49 поочередно поступают периодические импульсы от последовательно переходящих в опрокинутое состояние звеньев 39,40,41,42,43 кольцевого переключателя 44.

Указанные импульсы, поочередно поступающие с выходов звеньев 39 - 43 кольцевого переключателя 44 на манипуляторные (левые) входы управляемых ключевых каскадов 45 - 49, последова- тельно отпирают эти каскады таким образом, что в любой момент времени в

открытом состоянии находится только один из управляемых ключевых каскадов 45 - 49.

При этом для циклически повторяющейся последовательности разновысоких час- тотозаполненных импульсов, параллельно поступающих с выхода селектирующего усилительного блока 25 на все функциональные (правые по схеме) входы управляемых ключевых каскадов 45, 46, 47, 48, 49, в течение каждого временного интервала, отвечающего прохождению одного из подвижных электродов 18-22 емкостного распределителя 23 мимо его отборочного электрода 24, оказывается отпертым один из группы управляемых ключевых каскадов 45 - 49, порядок отпирания которых по левому манипуляторному входу соответствует очередности формирования частотозапол- ненных импульсов на отборочном электроде 24 по мере прохождения мимо него электродов 18 - 22 роторной части емкостн- го распределителя 23.

В результате манипуляции управляемых ключевых каскадов 45 - 49 выходными импульсами, поступающими со звеньев 39 - 43 кольцевого переключателя 44 на левые входы ключевых каскадов 45 - 49, на выходах этих каскадов поочередно появляются взаимно разделенные периодически повторяющиеся частотозаполненные импульсы повышенной скважности, время действия которых совпадает со временем прохождения отдельных подвижных электродов 18 - 22 емкостного распределителя 23 мимо от- борочнбго электрода 24.

На входе детектирующих ячеек 50,51,52,53,54,55 отделенные друг от друга из общей последовательности частотозаполненные импульсы возникают в том же порядке, в каком эти импульсы следуют друг за другом в общей последовательности импульсных сигналов, формируемых на отборочном электроде 24 при прохождении мимо него подвижных электродов 18-22 роторной части емкостного распределителя 23.

Точное совмещение временных интервалов циклически передаваемого отпертого состояния управляемых ключевых каскадов 45 - 49 - с одной стороны, а с другой - временных интервалов, соответствующих прохождению подвижных электродов 18 22емкостного распределителя 23 мимо отборочного электрода 24, достигается начальной фазировкой диамагнитного диска (кольца) 27 с ферромагнитными элементами 28 - 32 относительно электродов 18-22 роторной части емкостного распределителя

23и обеспечивает раздельное поступление на входы детектирующих ячеек

50,51,52,53,54 частотозаполненных импульсных сигналов, несущих раздельную информацию об уровне переменных потенциалов в выходных точках 13, 14, 15, 16, 17 группы

резистивных делителей 10,11,12.

С выхода детектирующих ячеек 50 - 54 на раздельные входы многоканального самописца 55 и на неподвижные контакты пе- реключателя 56 поступают сигналы

0 постоянного тока, соотношение уровней которых равно соотношению амплитуд переменных напряжений в контрольных точках 13 - 17 группы резистивных делителей 10, 11, 12.

5 При запуске многоканального самописца 55 на его ленте будут регистрироваться диаграммы, отражающие в графической (аналоговой) форме характер изменения во времени действующих величин сопротивле0 ний сенсорных элементов, входящих во все параллельно включенные резистивные делители 10,11,12.

На ленте самописца 55 одновременно и раздельно отображается закон изменения

5 во времени текущих значений всех подлежащих следящему контролю параметров ис- следуемого вращающегося объекта, вызывающих индивидуальные изменения величины сопротивлений резистивных эле0 ментов 10 (тензорезисторов, термосопротивлений) и соответствующие изменения уровней сигналов как в контрольных точках 13...17 делителей 10,11,12, так и на соответствующих входах многоканального само5 писца 55.

При необходимости параллельной регистрации подлежащих контролю параметров вращающегося объекта в дискретно-цифровой форме к выходам детектирующих ячеек

0 50 - 54 наряду с многоканальным самописцем может быть подключен также цифровой регистратор (ЭЦВМ).

Исходная настройка устройства перед измерениями производится в соответствии

5 с техническими условиями, по которым должен осуществляться следящий контроль за изменением локальных параметров вращающегося объекта.

В случае, если согласно программе исс0 ледований изменения температуры контролируемых участков вращающегося объекта, либо изменения локальных деформаций указанных участков должны иметь в процессе проводимых испытаний однонаправлен5 ный характер относительно исходных значений этих параметров, то есть если при индивидуальных различиях величин контролируемых параметров знак их приращения будет являться общим для всех контролируемых участков исследуемого объекта, то перед проведением измерений контрольную систему приводят в исходное состояние установкой потенциометров 12 в такое положение, при котором уровни переменных напряжений, поступающих с точек 13,14,15,16,17 резистивных делителей 10,11,12 на электроды 18,19,20,21,22 роторной части емкостного распределителя 23, становятся равными нулю.

Для этого соосно расположенные с исс- ледуемым объектом диамагнитный диск 27 и роторную часть емкостнго распределителя 23 последовательно устанавливают в ряд фиксированных угловых положений, при которых каждый из подвижных электродов 18 - 22 емкостного распределителя 23 поочередно располагается против неподвижного отборочного электрода 24, и переменным резистором 12 соответствующих резистивных делителей 10,11,12 приводят уровень переменного сигнала, наводимого на входе селектирующего усилительного блока 25, к нулю, контролируя это с помощью стрелочного индикатора 57 при соответствующем положении переключателя 56.

Последующий обзорно-поверочный контроль правильности исходной установки потенциометрами 12 всех делителей 10,11,12 нулевого уровня сигнала на электродах 18-22 роторной части емкостного распределителя23 легко может быть произведен также непосредственно в динамике - в процессе вращения исследуемого объекта, для чего стрелочный индикатор 57 поочередно коммутируют переключателем 56 к выходам детектирующих ячеек 50,51,52,53,54, убеждаясь в нулевом уровне выпрямленных ими сигналов.

Если подлежащим контролю параметром вращающегося объекта является ло- кальная деформация отдельных участков этого объекта, то роль сенсорных первично- преобразующих элементов, входящих в ре- зистивные делители 10,11,12, выполняют тензорезисторы, закрепляемые на соответ- ствующих участках контролируемого объекта.

Если же предметом исследования является контроль характера распределения температуры между отдельными частями вращающегося объекта, то роль сенсорных элементов в резистивных делителях 10,11,12 выполняют термисторы, установленные у подлежащих контролю участков вращающегося объекта.

Величина сопротивления чувствительных (сенсорных) элементов, расположенных на различных участках исследуемого объекта, в процессе вращения последнего изменяется в соответствии с локальными

изменениями температуры и деформации контролируемых участков вращающегося объекта, в результате чего происходит динамическое перераспределение потенциалов на элементах резистивных делителей 10,11,12.

При этом потенциалы выходных точек 13 ... 17 делителей 10,11,12 по различному отклоняются от их исходно установленного нулевого значения, обуславливая формирование на пластинчатых электродах 18-22 роторной части емкостного распределителя 23 переменных сигналов, частота которых определяется гене ратором 1, а амплитуда - величиной индивидуального отклонения контролируемого параметра (локальной температуры или деформации) относительно исходно зафиксированного при тарировке системы значения.

Вместе со сравнительной качественной оценкой характера относительного взаимного изменения величин группы параллельно контролируемых параметров обеспечивается также возможность следящего контроля и автоматической регистрации абсолютных значений указанной группы параметров вращающегося объекта, для чего производится предварительная установка масштаба регистрации контролируемых параметров.

При необходимости исследования температурных режимов р аботы вращающегося объекта предварительная калибровка измерительной системы и установка масштаба регистрации температуры различных участков исследуемого объекта производится с помощью термока меры, в которую заключают подлежащий контролю объект с размещенными на нем термисторами (по схеме - резистивными элементами 10).

Задавая исследуемому объекту термокамерой максимальное значение температуры, которое можеЧ быть достигнуто отдельными участками вращающегося объекта в процессе его предстоящих испытаний, устанавливают коэффициент передачи по напряжению селектирующего усилительного блока 25 такой величины, чтобы отклонение пера самописца 55 укладывалось при этом в пределах рабочей ширины ленты прибора, составляя 0,8 - 0,9 от указанной ширины.

На этом уровне по длине ленты наносят прямоую линию с температурной меткой, соответствующей заданной термокамерой максимальной температуре. Затем, последовательно задавая термокамерой ряд более низких значений температуры, вызывающих соответствующие отклонения пера самописца 55, аналогичным образом

на ленту самописца по ее длине наносится группа снабжаемых температурными метками прямых, параллельных начально нанесенной линии, отвечающей максимальному значению температуры исследуемого объекта.

При необходимости исследования изменений деформационного состояния отдельных участков вращающегося объекта предварительная калибровка измерительной системы и установка масштаба графической регистрации параметра деформации производится с помощью тарировочного нагружающего устройства, создающего калиброванные величины деформации подлежащих контролю участков исследуемого объекта.

В случае, если согласно программе испытаний вращающегося объекта, приращения подлежащих измерениям параметров деформации и температуры должны изменять наряду со своей абсолютной величиной также и направление (знак) своего отклонения, исходную настройку контрольной системы производят следующим образом.

Перед началом испытаний исследуемого объекта переменные резисторы 12 группы делителей 10, 11, 12 устанавливают в такое положение, при котром выходные точки 13 - 17 делителей 10,11,12 получают оди- наковый для вех этих делителей переменный потенциал исходного дебалан- са (расстройки), амплитуда которого должна превышать максимальную абсолютную величину ожидаемых приращений уровней переменных сигналов в точках 13 - 17 делителей 10,11,12 в процессе испытаний контролируемого вращающегося объекта.

На ленте самописца 55 при этом регистрируется по длине ленты исходная прямая, отвечающая условному нулю, относительно которого будут в процессе испытаний регистрироваться двусторонние изменения величин контролируемых параметров.

В ходе последующих испытаний вращающегося объекта в соответствии с направлением изменения температуры или деформации контролируемых участков исследуемого объекта меняются также абсолютная величина и знак приращения сопротивлений первично-преобразующих элементов 10 При этом к исходно установленному переменному сигналу дебаланса, поступающему с выходных точек 13-17 резистивных делителей 10,11,12 на электроды 18 - 22 роторной части емкостного распределителя 23, будут прибавляться различающиеся по уровню переменные напряжения, фаза которых в зависимости от направления (знака) приращения отдельных контролируемых параметров будет либо совпадать, либо противоположна фазе исходных сигналов в точках 13 - 17 делителей 10,11,12.

В соответствии с этим формируемые на

входе селектирующего усилительного блока 25 частотозаполненные импульсы взаимно дифференцируются по уровню, отклоняясь в ту или иную сторону от исходно установ0 ленного условно-нулевого уровня сигнала на входе блока 25 при начальном дебалансе делителей 10,11,12.

Текущие значения контролируемых параметров температуры и деформации, а так5 же знак отклонения этих параметров относительно их исходных величин, легко контролируются по смещениям ординат всех регистрируемых самописцем 55 диаграмм относительно первично установленн0 го для них всех общего исходного уровня. Формула изобретения Устройство для бесконтактного многоточечного контроля параметров вращающихся объектов, содержащее генератор

5 переменного тока с противофазными выходами, блок синхронизации с подвижным ди- амагнитным диском, неподвижным магнитным рецептором и импульсным усилителем, емкостный распределитель, селек0 тирующий усилительный блок, чувствительные резистивные делители напряжения по числу контролируемых параметров, крайние точки которых параллельно соединены между собой и связаны через

5 пару вращающихся конденсаторов с противофазными выходами генератора переменного тока, а средние точки раздельно соединены с пластинчатыми электродами подвижной части емкостного распределите0 ля, неподвижный отборочный электрод которого соединен с входом селектирующего усилительного блока, отличающееся тем, что, с целью расширения оперативно- технических и функциональных возможно5 стей контроля, повышения достоверности измерений при снижении их трудоемкости, в него введены двусторонний амплитудный ограничитель, дифференцирующий узел, кольцевой переключатель, управляемые

0 ключевые каскады по числу контролируемых параметров, детектирующие ячейки по числу контролируемых параметров, многоканальный самописец и стрелочный индикатор с многопозиционным переключателем,

5 при этом диамагнитный диск, закрепленный на оси вращения исследуемого объекта, снабжен группой равноинтервально установленных на наружной цилиндрической поверхности указанного диска остроконеч- ных ферромагнитных элементов, против ди

ска с ферромагнитными элементами непод-ключевых каскадов, функциональные входы

вижно установлен свим рабочим зазоромкоторых параллельно подключены к выходу

двухобмоточный магнитный рецептор, од-селектирующего усилительного блока, вход

на из обмоток которого соединена с источ-которого связан с неподвижным отборочником тока подмагничивания, а другая5 ным электродом емкостного распределитеобмотка которого через импульсный уси-ля,выход каждого управляемого ключевого

литель, двусторонний амплитудный огра-каскада через соответствующую детектируничитель и дифференцирующий узелющую ячейку параллельно соединен как с

циркулярно-параллельно связана при по-соответствующим неподвижным контактом

мощи разделительных конденсаторов суп-10 многопозиционного переключателя, поравляемыми раздельными входамидвижный контакт которого соединен со

звеньев кольцевого переключателя, выхо-стрелочным индикатором, так и с соответстды которых раздельно соединены с мани-вующим входом многоканального самописпупяторными входами управляемыхца.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - расширение функционально-оперативных возможностей бесконтактного контроля режимов функционирования вращающихся систем при повышении достоверности результатов измерений и сведении к минимуму их трудоемкости - достигается тем, что в устройство введены импульсный усилитель 35, двусторонний ограничитель 36, дифференцирующий узел 37, кольцевой переключатель (КП) 44, составленный двухстабильными звеньями 39-43, группы управляемых ключевых каскадов (УКК) 45- 49 и детектирующих ячеек 50-54, многоканальный самописец 55 и стрелочный