Устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной и испытательной технике и может быть использовано в радиационном материаловедении при испытании материалов в каналах ядерных реакторов для определения физико-механических характеристик конст рукционных материалов.

Изучение указанных свойств материалов в условиях внутриреакторного облучения, характеризующегося интенсивными радиационными потоками и высокотемпературными полями, производится с помощью устройств для измерения

перемещений, фиксирующих линейное удлинение исследуемых образцов.

Известны устройства для измерения перемещений, основанные на использовании линейных дифференциальных трансформаторов. В магнитной цепи такого трансформатора сердечник выполнен из ферромагнитного материала и механически связан с перемещающимся (удлиняющимся) объектом. Сердечник расположен внутри каркаса, на котором размещена первичная и две вторичные катушки. Напряжение, ю о

00

N|

о

дуцируемое на вторичных обмотках, является функцией перемещения сердечника.

Недостатками такого устройства является малая надежность и низкая точность, обусловленные влиянием высокой температуры и радиационных потоков на магнитные свойства сердечников..

Известно устройство трансформаторного типа без ферромагнитных элементов (с воздушным зазором). Устройство представляет собой две коаксиальные катушки, одна из которых - первичная - питается от генератора синусоидального напряжения и механически связана с измеряемым объектом, вторичная (неподвижная) катушка состоит из двух секций, включенных встречно. Сигнал, индуцируемый в обмотке вторичной катушки, поступает на электронно-регистрирующий блоки является функцией перемещения объекта.

Недостатком такого устройства является наличие погрешности, возникающей из- за воздействия на элементы устройства высоких температур с большим осевым и радиальным градиентом.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее блок питания и измерений, а также трансформаторный датчик в виде трех соосно расположенных катушек равного диаметра, крайние из которых неподвижны, а средняя, связанная с измеряемым объектом, размещена с возможностью линейного и углового перемещения относительно оси датчика,

Недостатком такого устройства является наличие дополнительной погрешности из-за температурного расширения деталей узлов поворота средней катушки, а также из-за наличия рассогласования между осью датчика и осью поворота, которое может увеличиваться в течение эксплуатации за счет накопления окислов на поверхности оси поворота и крепежных элементов. Кроме того,: наличие осевого температурного градиента увеличивает асимметрию суммарного электромагнитного поля, повышая тем нелинейность датчика. Это обусловлено различным удельным линейным перемещением каждой катушки из-за неодинакового их разогрева. Поскольку в практике радиационного материаловедения механические испытания конструкционных материалов проводят, как правило, в строго заданном стабилизированном температурном режиме, то дополнительная температурная погрешность устройства при таких условиях является величиной практически постоянной, поэтому проведение мониторироваиия

градуировочной характеристики в ходе проведения испытаний практически не оправдано. Кроме того дополнительное размещение металлоконструкций в активной зоне реактора увеличивает запас реактивности последней, снижая устойчивость безопасной эксплуатации аппарата. Снижается также и надежность устройства из-за введения дополнительного механизма, работающего в условиях высоких температурных и реакторных полей.

Целью изобретения является повышение точности измерений в условиях повышенных температур и больших температурных градиентов.

Поставленная цель достигается тем, что каркасы крайних катушек датчика выполнены в виде сильфонов, один из концов которых имеет возможность регулируемого

перемещения с последующей фиксацией как в радиальномдак и в продольном направлениях, причем витки этих катушек располагаются в межгофровых впадинах сильфонов. Перемещение свободных концов каркасов крайних катушек в радиальном и продольном направлениях осуществляется с помощью узлов перемещения, каждый из которых выполнен в виде микрометрического винта, перемещающегося внутри резьбовой втулки и накладки, причем вращение винта относительно неподвижной втулки перемещает свободный конец каркаса в радиальном направлении, а совместное движение втулки, винта и накладки вдоль поверхности направляющих крепежного стакана перемещают тот же край каркаса вдоль оси катушки, а фиксация узла перемещений относительно крепежного стакана осуществляется с помощью специальных стопорных винтов.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для измерения линейных перемещений; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (повернуто на 90°).

Устройство содержит трансформаторный датчик, состоящий из крайних катушек 1 и 2, а также средней катушки 3, Катушка 3 механически связана с контролируемым объектом (на фиг. не показан) и имеет возможность перемещаться между крайними катушками вдоль оси датчика. Каркасы крайних катушек выполнены в виде сильфонов 6 и 7, один конец которых неподвижно закреплен, а другой с помощью узлов ради.ального и продольного перемещений может изменять свое положение как в радиальном, так и в продольном направлении. Радиальное перемещение задается с помощью микрометрического винта 8, 9, вращающегося

внутри втулки 10, 11. Продольное перемещение осуществляется совместным движением втулки 10 или 11, накладки 12 или 13 и винта 8 или 9 вдоль поверхности направляющих 16 крепежного стакана 17,18 с последующей фиксацией втулки и микрометрического винта относительно стакана с помощью специальных стопорных гаек 14,15. Витки 19, 20 крайних катушек 1, 2 включены последовательно-встречно и подключены к выходу блока 5 питания, Витки уложены в межгофровых впадинах силь- фонов 6, 7. Начало и конец средней (вторичной) катушки 3 подключены на вход блока 4 измерений..

Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом.....- .

Измерительное устройство предварительно помещают на стенд предварительных испытаний, с помощью которого снимают градуировочную характеристику путем задания дискретных перемещений средней катушки 3 вдоль оси датчика. Затем датчик нагревают до рабочей температуры, ожидаемой в условиях реактивного облучения, после чего снова снимают градуировочную характеристику с одновременной регистрацией ее.отклонения от первоначального вида. Осевой температурный гра- диент создают путем разогрева крайних катушек датчика до различных температур с помощью секционных нагревателей.

После этого одновременным продольным движением двух узлов вдоль направляющих 16 перемещают свободные концы каркасов 6, 7 катушек 1, 2, регистрируя при этом наличие разницы между значениями в реперных точках градуировочной характеристики, стремясь к обеспечению ее минимизации. Затем путем прижима накладки 12, 13 к направляющим 16 крепежного стакана 17, 18 с помощью стопорной гайки 14, 15 фиксируют узел перемещения в продольном направлении.

Далее путем поочередного поворота двух микрометрических винтов 8, 9 каждой из катушек добиваются минимизации радиальной составляющей температурной погрешности путем перемещения края каркаса катушек 1, 2 в поперечном направлении. После чего производят фиксацию винта 8, 9 относительно стакана 17, 18. с помощью гайки 14, 15, После этого катушку 3 механически связывают с измеряемым образцом, и устанавливают на выходе блока измерений 4 нулевой сигнал, после чего устройство в составе испытательной ампулы загружается в материаловедческий канал реактора. В исходном положении катушки 3 сигнал, снимаемый с нее, равен нулю, так

как электромагнитные поля, создаваемые электрически встречно включенными катушками 1, 2, взаимно компенсируются. При смещении катушки 3 из начального

(симметричного) положения на выходе блока измерения 4 появляется сигнал, по которому судят о величине перемещения испытываемого образца.

При разогреве устройства вследствие

0 у. -разогрева происходит изменение линейных размеров элементов (катушек) датчика. Компенсация температурной погрешности, вызванной изменением пространственного положения катушек 1, 2 в узком диапазоне

5 температур в данном случае, обеспечивается предварительным перемещением одного из концов сильфонного каркаса катушек в продольном и радиальном направлении. Кроме того, размещение витков крайних ка0 тушек в межгофровых впадинах позволяет исключить разбухани.е навивки вследствие нагрева, тем самым дополнительно повышая точность устройства.

Данная конструкция устройства для из5 мерения линейных перемещений позволяет повысить точность измерений в 1.5 раза за счет уменьшения дополнительной температурной погрешности вследствие изменения линейных размеров элементов датчика в ус0 ловиях высоких температур.

Формулаизобретения 1. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее блоки питания и измерения и присоединенный к ним транс5 форматорный датчик, выполненный в виде трех соосно расположенных на отдельных каркасах катушек индуктивности одинакового диаметра, из которых крайние установ- лены неподвижно, соединены последовательно-встречно и подключены к

0 блоку питания, а средняя установлена с возможностью линейного перемещения между ними вдоль оси датчика и подключена к бло- ку измерения, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения точности измерений в

5 условиях повышенных температурных градиентов, каркасы крайних катушек выполнены в виде сильфонов, а витки этих катушек расположены в межгофровых впа- динахсильфоиов, одни концы последнихза0 креплены неподвижно, а другие размещены с возможностью регулируемого перемещения как в радиальном, так и в продольном направлениях с последующей их фиксацией. ..

5 2. Устройство поп. отличающееся тем, что оно снабжено двумя крепежными стака-нами с направляющими прорезями в них, в каждом из которых расположена соосно соответствующая крайняя катушка

индуктивности, и двумя узлами радиального и продольного перемещений свободных концов каркасов крайних катушек, каждый из которых выполнен в виде микрометрического винта и взаимодействующих с ним

резьбовой втулки, накладки и стопорной гайки, размещенных в направляющей прорези соответствующего крепежного стакана.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиационном материаловедении для определения физико-механических характеристик конструкционных материалов. Цель изобретения состоит @ повышении точности измерений в условиях высоких температур и больших температурных градиентов пЈи использовании устройства, содержащего трансформаторный датчик перемещений, который содержит установленные соосно две крайние и расположенную между ними и связанную.с измеряемым объектом среднюю катушку индуктивности. Крайние катушки размещены на каркасах, выполненных в виде сильфонов, один конец которых закреплен неподвижно, а другой имеет возможность регулируемого перемещения с последующей фиксацией как в ра- диальном, так и в продольном направлениях. Перемещение и фиксация концов сильфонов осуществляется с помощью микрометрических винтов и стопор- ных гаек, взаимодействующих с резьбовыми втулками, которые установлены в направляющих крепежных стаканов, внутри которых размещены соосно крайние катушки индуктивности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. со с

К объекту

Фиг.1

фиг. 2