RU2618625C1 - Sensor of linear displacements and vibrations - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: linear displacement sensor contains the main measuring winding for recording the linear movements of the monitored object, made with a wire diameter 0.1 mm, and in addition to measuring the vibrations, an additional measuring unit located at the opposite end of the withdrawable rod frame is included in the sensor housing comprising a second ferromagnetic core on the pull rod, a measuring winding of the wire diameter 0.06 mm on the fluoroplastic bushing, on which the side washers are fastened, through screw connections connecting a metal weighting agent having a small gap with two lateral compression springs of low stiffness, supported by support washers fixed to the frame of the retractable rod.

EFFECT: improving the measurement accuracy.

3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений и вибраций различных узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях, а также на объектах химической промышленности с вредными условиями труда. На атомных электростанциях процесс выработки тепла связан с преобразованием тепловой энергии в электричество. Через главные циркуляционные трубопроводы насосами прокачивается под большим давлением огромное количество горячей воды с температурой ~ +300°C. При таком технологическом режиме реакторное оборудование подвергается тепловому расширению и вибрации. Тепловые расширения трубопроводов контролируются датчиками линейного перемещения. Вибрация - это упругое механическое колебание с частотой более 1 Гц и малой амплитудой. Вибрация возникает, как правило, при работе электродвигателей насосов и других машин. При превышении установленных пределов люфта от оси вращения вибрация может приводить не только к нарушению режима работы, но даже к разрушению устройств. Когда нет средств устранения вибраций, то используют технические средства постоянного контроля для последующей возможной минимизации последствий. Контроль вибраций оборудования должен осуществляться датчиками вибраций. В настоящее время в промышленном исполнении нет датчиков для регистрации вибраций на частотах от 1 Гц, способных продолжительно работать при температурах более +200°С в радиационной среде при повышенной влажности.The invention relates to measuring equipment and can be used to control linear movements and vibrations of various components and equipment, for example, in nuclear power plants, as well as in chemical industry with harmful working conditions. In nuclear power plants, the process of heat generation is associated with the conversion of thermal energy into electricity. A huge amount of hot water with a temperature of ~ + 300 ° C is pumped through the main circulation pipelines under high pressure. With this technological regime, the reactor equipment undergoes thermal expansion and vibration. Thermal expansion of pipelines is controlled by linear displacement sensors. Vibration is an elastic mechanical vibration with a frequency of more than 1 Hz and a small amplitude. Vibration occurs, as a rule, during the operation of electric motors of pumps and other machines. When exceeding the established limits of play from the axis of rotation, vibration can lead not only to a violation of the operating mode, but even to the destruction of devices. When there is no means of eliminating vibrations, then technical means of constant monitoring are used for the subsequent possible minimization of consequences. Vibration control equipment should be carried out by vibration sensors. Currently, in industrial design there are no sensors for detecting vibrations at frequencies from 1 Hz, capable of continuous operation at temperatures above + 200 ° C in a radiation environment at high humidity.

Известен взятый в качестве прототипа датчик линейного перемещения, который содержит корпус, внутри которого на каркасе размещены две дифференциально соединенные обмотки, которые подключены по схеме индуктивного полумоста к генератору несущей частоты и дополнены в нем парой одинаковых сопротивлений до полного моста; установленный с возможностью перемещения относительно обмоток ферромагнитный сердечник, подпружиненный относительно корпуса выдвижной шток, размещенный соосно с ним контактный наконечник, электромагнитный калибратор, выполненный в виде ферромагнитного якоря и закрепленный на штоке катушки, размещенный внутри штока реверсивный подшипник, согласно изобретению ферромагнитный сердечник датчика закреплен на штоке, а контактный наконечник соединен с якорем, установлен в реверсивный подшипник и выполнен с грибкообразной головкой, взаимодействующей со свободным торцом штока своей плоской частью; калибровка датчика осуществляется за счет калибратора, а надетый на шток ферромагнитный сердечник перемещается относительно измерительных обмоток и вызывает разбаланс моста, который измеряется и соответствует определенному перемещению объекта (патент РФ №2037769, опубл. 19.06.95 г., бюл. №17). Процесс регистрации перемещений объекта таким датчиком проводится после того, как корпус датчика установят около объекта и жестко фиксируют специальным крепежом. Этот датчик имеет калибровочную катушку, которая используется для калибровки датчика при измерении вибраций. Выдвижной шток прижимают к объекту таким образом, чтобы риска на штоке, определяющая середину выдвижного штока, была совмещена с краем корпуса датчика, а сигнал от измерительной обмотки равнялся нулю.Known taken as a prototype linear displacement sensor, which contains a housing, inside of which on the frame there are two differentially connected windings that are connected according to the inductive half-bridge circuit to the carrier frequency generator and supplemented with a pair of identical resistances to a full bridge in it; mounted with the ability to move relative to the windings, a ferromagnetic core, a retractable rod spring loaded relative to the housing, a contact tip placed coaxially with it, an electromagnetic calibrator made in the form of a ferromagnetic armature and mounted on the coil rod, a reversible bearing placed inside the rod, according to the invention, the sensor ferromagnetic core is fixed to the rod and the contact tip is connected to the armature, mounted in a reversing bearing and made with a fungus-shaped head, inter operating with the free end of the rod with its flat part; the sensor is calibrated by the calibrator, and the ferromagnetic core put on the rod moves relative to the measuring windings and causes an imbalance of the bridge, which is measured and corresponds to a certain movement of the object (RF patent No. 2037769, published on June 19, 1995, bull. No. 17). The process of registering object movements with such a sensor is carried out after the sensor body is installed near the object and is rigidly fixed with special fasteners. This sensor has a calibration coil, which is used to calibrate the sensor when measuring vibration. The retractable rod is pressed against the object so that the risk on the rod, which determines the middle of the retractable rod, is aligned with the edge of the sensor housing, and the signal from the measuring winding is zero.

Основные технические характеристики такого датчика:The main technical characteristics of such a sensor:

Диапазон измерения перемещений, мм.................................................±50Range of measurement of movements, mm ............................................. .... ± 50

Пределы допускаемой приведенной погрешности измерения, %........±1Limits of permissible reduced measurement error,% ........ ± 1

Диапазон частот, Гц................................................................................100Frequency range, Hz .............................................. ..................................one hundred

Величина вых. сигнала, В......................................................................0,34The value of the output. signal, V ............................................... ....................... 0.34

Диаметр, мм...............................................................................................25Diameter, mm ............................................... ................................................ 25

Длина, см...................................................................................................56Length, cm ............................................... .................................................. ..56

Диапазон рабочих температур....................................................15-120°СOperating temperature range............................................... ..... 15-120 ° C

Недостатками данного датчика являются:The disadvantages of this sensor are:

1. Низкая эффективность измерительной обмотки, которая наматывается проводом толщиной 0,2 мм и обеспечивает выходное эффективное напряжение сигнала всего 0,34 В. Эксплуатация таких датчиков показала недостаточную линейность выходного сигнала при тепловых перемещениях.1. The low efficiency of the measuring winding, which is wound with a wire 0.2 mm thick and provides an output effective signal voltage of only 0.34 V. The operation of such sensors showed insufficient linearity of the output signal during thermal movements.

2. Снижение точности работы датчика вследствие необходимости ручной регулировки при рассогласовании ферромагнитного сердечника и измерительной обмотки.2. The decrease in the accuracy of the sensor due to the need for manual adjustment when the mismatch of the ferromagnetic core and the measuring winding.

3. Низкая точность регистрации вибраций из-за ненадлежащей калибровки датчика.3. Low accuracy of registration of vibrations due to improper calibration of the sensor.

4. При подаче постоянного напряжения на катушку калибратора измерительная обмотка смещается на 0,3 мм относительно неподвижного выдвижного штока. При этом величина сигнала датчика настолько мала для полноценной регистрации вибраций контролируемого объекта, что требует дополнительного усиления сигнала датчика с коэффициентом передачи не менее 100.4. When a constant voltage is applied to the calibrator coil, the measuring winding shifts 0.3 mm relative to the fixed retractable rod. Moreover, the value of the sensor signal is so small for the full registration of the vibrations of the controlled object, which requires additional amplification of the sensor signal with a transmission coefficient of at least 100.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения безопасности, надежности и достоверности работы датчика как в режиме измерений линейных (тепловых) перемещений, так и в режиме регистрации вибраций объекта.The present invention solves the problem of improving the safety, reliability and reliability of the sensor both in the mode of measuring linear (thermal) displacements and in the mode of registering object vibrations.

Для получения такого технического результата предлагается в датчике линейных перемещений поднять эффективность основной измерительной обмотки за счет намотки проводом меньшего диаметра, что позволит увеличить выходной сигнал датчика, а на место калибратора установить дополнительный измерительный узел, содержащий вторую измерительную обмотку вместе с собственным ферромагнитным сердечником, для обеспечения регистрации вибраций.To obtain such a technical result, it is proposed in the linear displacement sensor to increase the efficiency of the main measuring winding by winding with a wire of a smaller diameter, which will increase the output signal of the sensor, and install an additional measuring unit containing the second measuring winding together with its own ferromagnetic core in place of the calibrator to ensure registration of vibrations.

Отличительным признаком предлагаемого датчика является увеличение действующего напряжения выходного сигнала измерительной обмотки для регистрации тепловых линейных перемещений до 1,5-2,0 В за счет увеличения плотности (энергии) электромагнитного поля измерительной катушки при увеличении числа витков основной измерительной обмотки (3) проводом толщиной 0,1 мм. Это, в свою очередь, позволит снизить приведенную погрешность измерения до 0,3%. Установка расположенного на противоположном конце каркаса выдвижного штока дополнительного измерительного узла для измерения вибраций расширяет возможности и увеличивает эффективность датчика в целом.A distinctive feature of the proposed sensor is an increase in the effective voltage of the output signal of the measuring winding for recording linear thermal displacements up to 1.5-2.0 V due to an increase in the density (energy) of the electromagnetic field of the measuring coil with an increase in the number of turns of the main measuring winding (3) with a wire of thickness 0 , 1 mm. This, in turn, will reduce the reduced measurement error to 0.3%. The installation of an additional measuring unit for vibration measurement located on the opposite end of the carcass of the rod expands the possibilities and increases the efficiency of the sensor as a whole.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид датчика линейных перемещений и вибраций, где под цифровыми указателями представлены основные конструктивные элементы датчика.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 presents a General view of the sensor of linear displacements and vibrations, where under the digital pointers presents the main structural elements of the sensor.

Датчик (1) содержит (см. фиг. 1) корпус выдвижного штока (2), пружины (5, 8, 10, 18, 23), подшипники (6, 7, 9, 25), опорные шайбы (17, 24), контактный наконечник (16), тягу (27), гильзу (26), каркас (30), измерительные обмотки (3, 21), ферромагнитные сердечники (4, 20), ограничительные шайбы (19, 29), фторопластовую втулку (28), утяжелитель (22), проставку (13), гайку (14), соединительный кабель (15). Корпус выдвижного штока (2) имеет цилиндрический вид. При освобождении штока (2) пружина (10) всегда возвращает его в крайнее левое положение. Ферромагнитные сердечники (4, 20), расположенные на тяге (27), которая представляет собой металлический штырь толщиной 2,5 мм, выполнены из отожженного сплава 14ХН2 при толщине диаметра 4 мм, имеют длину, равную длине измерительных обмоток. Каркас (30) представляет собой металлическую втулку диаметром 6 мм и толщиной 0,3 мм и является продолжением корпуса выдвижного штока (2). На каркасе (30) через изолирующий слой из лакоткани наматывается измерительная обмотка (3) для регистрации линейных перемещений, а на правом конце каркаса надета фторопластовая втулка (28) с измерительной обмоткой (21) для регистрации вибраций. Гильза (26) - металлическая трубка диаметром 9,2 мм и толщиной стенки 0,20 мм - надевается поверх каркаса (30) с измерительной обмоткой (3). Опорные шайбы (17, 24) установлены на конце каркаса (30) и закреплены на нем методом пайки по кругу. Между этими шайбами располагается дополнительный измерительный узел.The sensor (1) contains (see Fig. 1) the housing of the sliding rod (2), springs (5, 8, 10, 18, 23), bearings (6, 7, 9, 25), thrust washers (17, 24) , contact tip (16), rod (27), sleeve (26), frame (30), measuring windings (3, 21), ferromagnetic cores (4, 20), limit washers (19, 29), fluoroplastic sleeve (28 ), weighting compound (22), spacer (13), nut (14), connecting cable (15). The extension housing (2) has a cylindrical appearance. When the stem (2) is released, the spring (10) always returns it to the leftmost position. Ferromagnetic cores (4, 20) located on the rod (27), which is a metal pin 2.5 mm thick, are made of annealed 14XH2 alloy with a diameter of 4 mm, have a length equal to the length of the measuring windings. The frame (30) is a metal sleeve with a diameter of 6 mm and a thickness of 0.3 mm and is a continuation of the extension rod housing (2). On the frame (30), through the insulating layer of varnished fabric, a measuring winding (3) is wound to register linear movements, and a fluoroplastic sleeve (28) with a measuring winding (21) for detecting vibrations is worn on the right end of the frame. The sleeve (26) - a metal tube with a diameter of 9.2 mm and a wall thickness of 0.20 mm - is worn over the frame (30) with a measuring winding (3). Support washers (17, 24) are installed on the end of the frame (30) and fixed on it by brazing in a circle. Between these washers is an additional measuring unit.

На фиг. 2 показана конструкция дополнительного измерительного узла датчика для регистрации вибраций. Дополнительный измерительный узел для измерения вибраций (см. фиг.1) расположен на противоположном конце тяги (27) каркаса (30) за опорной шайбой (17). В его состав входят: фторопластовая втулка (28), измерительная обмотка (21), утяжелитель (22) в виде цилиндра. Утяжелитель (22) соединен с ограничительными шайбами (19, 29) тремя винтовыми соединениями с каждой стороны через 120°. Лучшим материалом для утяжелителя послужит свинец. Втулка (28) изготовлена из материала фторопласт-4 в виде катушки с небольшими выступами по краям для насадки ограничительных шайб (19, 29) и должна иметь длину не менее 50 мм. Фторопластовая втулка (28) расположена на каркасе (30) и имеет с ним небольшой зазор. Измерительная обмотка (21) этого узла состоит из двух одинаковых дифференциально соединенных обмоток W3-W4. Измерительная обмотка намотана проводом 0,06 мм в 8-10 слоев с длиной намотки не более 10 мм на фторопластовой втулке (28), которая имеет минимальный коэффициент трения среди всех существующих полимерных материалов. Конструктивно дополнительный измерительный узел собран таким образом, чтобы при любой вибрации выдвижного штока (2) и соединенного с ним каркаса (30) измерительная обмотка (21) W3, W4 находилась в неподвижном состоянии над вибрирующим ферромагнитным сердечником (20), расположенным на тяге (27) выдвижного штока (2). При регистрации вибрации вибрирующий выдвижной шток (2) своим вторым ферромагнитным сердечником (20) изменяет электромагнитное поле дополнительного измерительного узла, который за счет своей конструкции и веса утяжелителя (22) удерживает фторопластовую втулку (28) с измерительной обмоткой (21) в неподвижном положении. Для демпфирования измерительного узла с обеих сторон утяжелителя (22) между ограничительными шайбами (19, 29) и опорными шайбами (17, 24) с зазором по длине расположены пружины сжатия слабой жесткости (18 и 23), которые, в свою очередь, опираются на неподвижные опорные шайбы (17, 24). Опорные шайбы (17, 24) закреплены методом пайки на корпусе каркаса (30), который конструктивно соединен с корпусом выдвижного штока (2). Толщина ограничительных шайб (19, 29) должна быть не менее 0,5 мм, а толщина опорных шайб (17, 24) - не более 1,0 мм. Работа измерительного узла осуществляется в условиях отсутствия трения между корпусом каркаса (30) и фторопластовой втулкой (28) измерительного узла. Материал фторопласт-4 является полимером фторсодержащих органических соединений, обладает исключительной химической стойкостью почти во всех кислотах и растворителях, а также теплостойкостью до +250°С. При незначительных механических нагрузках фторопласт-4 имеет очень низкий коэффициент трения. Пружины сжатия малой жесткости (18, 23) введены в конструкцию для демпфирования случайно возникающих небольших колебаний измерительного узла, чтобы он оставался неподвижным относительно вибрации ферромагнитного сердечника (20) тяги (27) выдвижного штока (2). Зазор между пружиной и стенкой утяжелителя может находиться в пределах от 0,3 до 0,8 мм. Для такого случая работы измерительного узла в качестве пружины малой жесткости подойдет пружина 1 класса длиной 7 мм, диаметром 8 мм с диаметром проволоки 0,6 мм, имеющая жесткость одного витка 3,139 Н/мм и наибольший прогиб 2,551 мм (см. Л1, табл. 11, позиция 139).In FIG. Figure 2 shows the design of an additional measuring unit for detecting vibrations. An additional measuring unit for measuring vibration (see figure 1) is located on the opposite end of the rod (27) of the frame (30) behind the support washer (17). It consists of: a fluoroplastic sleeve (28), a measuring winding (21), a weighting compound (22) in the form of a cylinder. The weighting agent (22) is connected to the restriction washers (19, 29) with three screw connections on each side through 120 °. The best material for the weighting compound is lead. The sleeve (28) is made of fluoroplast-4 material in the form of a coil with small protrusions at the edges for the nozzle of restrictive washers (19, 29) and should have a length of at least 50 mm. The fluoroplastic sleeve (28) is located on the frame (30) and has a small gap with it. The measuring winding (21) of this assembly consists of two identical differentially connected windings W3-W4. The measuring winding is wound with a wire of 0.06 mm in 8-10 layers with a winding length of not more than 10 mm on a fluoroplastic sleeve (28), which has a minimum coefficient of friction among all existing polymer materials. Structurally, the additional measuring unit is assembled so that, for any vibration of the extension rod (2) and the frame (30) connected to it, the measuring winding (21) W3, W4 is stationary over the vibrating ferromagnetic core (20) located on the rod (27 ) extendable stem (2). When registering vibration, the vibrating retractable rod (2) with its second ferromagnetic core (20) changes the electromagnetic field of the additional measuring unit, which, due to its design and weight of the weighting agent (22), holds the fluoroplastic sleeve (28) with the measuring winding (21) in a stationary position. To damp the measuring unit on both sides of the weighting material (22) between the restriction washers (19, 29) and the support washers (17, 24) with a gap along the length, compression springs of low rigidity (18 and 23) are located, which, in turn, rely on motionless supporting washers (17, 24). The supporting washers (17, 24) are fixed by soldering to the frame body (30), which is structurally connected to the slide rod body (2). The thickness of the limit washers (19, 29) should be at least 0.5 mm, and the thickness of the support washers (17, 24) should be no more than 1.0 mm. The operation of the measuring unit is carried out in the absence of friction between the frame body (30) and the fluoroplastic sleeve (28) of the measuring unit. The material fluoroplast-4 is a polymer of fluorine-containing organic compounds, has exceptional chemical resistance in almost all acids and solvents, as well as heat resistance up to + 250 ° C. With insignificant mechanical loads, fluoroplast-4 has a very low coefficient of friction. Compression springs of low stiffness (18, 23) were introduced into the design to damp randomly occurring small vibrations of the measuring unit so that it remained stationary relative to the vibration of the ferromagnetic core (20) of the rod (27) of the extension rod (2). The gap between the spring and the weighting wall may be in the range of 0.3 to 0.8 mm. For this case of operation of the measuring unit, a spring of class 1 with a length of 7 mm, a diameter of 8 mm, and a wire diameter of 0.6 mm, having a stiffness of one turn of 3.139 N / mm and a maximum deflection of 2.551 mm is suitable as a spring of low stiffness (see L1, table. 11, item 139).

Если бы утяжелитель измерительного модуля имел непосредственный контакт с пружинами малой жесткости (18, 23), то его масса определялась бы из формулы 1.83 Л2:

(формула записана для грузика, расположенного между двумя пружинами с одинаковой жесткостью, когда силы трения достаточно малы), где М - масса груза, С - жесткость пружины, Т - период колебания, F - частота колебаний. Из предварительных испытаний массу утяжелителя можно принять равной 0,4-0,8 кг, поскольку при наличии зазоров практической и прямой нагрузки на пружины малой жесткости утяжелитель в датчике не оказывает.If the weighting agent of the measuring module had direct contact with springs of low stiffness (18, 23), then its mass would be determined from the formula 1.83 L2:

(the formula is written for a weight located between two springs with the same stiffness when the friction forces are small enough), where M is the mass of the load, C is the spring stiffness, T is the oscillation period, F is the oscillation frequency. From preliminary tests, the weight of the weighting agent can be taken equal to 0.4-0.8 kg, since in the presence of gaps practical and direct load on the springs of low stiffness, the weighting agent in the sensor does not.

При запитке измерительной обмотки этого измерительного узла sin напряжением f=5.0 кГц с действующим напряжением амплитудой 5.0 В на его выходе появится sin сигнал, пропорциональный частоте и амплитуде механической вибрации ферромагнитного сердечника (20) тяги (27) выдвижного штока (2). Выходной сигнал измерительной обмотки (21) дополнительного измерительного узла может достигать действующей величины в 3,5 В. Плотность электромагнитного поля (энергия) в измерительной катушке настолько велика, что позволяет регистрировать вибрации в единицах мкм.When the measuring winding of this measuring unit is energized with a voltage of f = 5.0 kHz with an effective voltage of amplitude 5.0 V, a sin signal appears at its output, which is proportional to the frequency and amplitude of the mechanical vibration of the ferromagnetic core (20) of the traction rod (27) of the extension rod (2). The output signal of the measuring winding (21) of the additional measuring unit can reach an effective value of 3.5 V. The density of the electromagnetic field (energy) in the measuring coil is so high that it allows you to register vibrations in units of microns.

На фиг. 3(А, В, С) представлены варианты положения выдвижного штока датчика при измерении линейных перемещений контролируемого объекта.In FIG. 3 (A, B, C) presents options for the position of the retractable rod of the sensor when measuring linear displacements of the controlled object.

Работа датчика в режиме измерения тепловых линейных перемещений не отличается от работы подобных индукционных датчиков. Обычно они запитываются sin напряжением f=3-20 кГц с напряжением действующей амплитуды 5.0 В. Когда подвижный ферромагнитный сердечник (4), см. фиг. 3 А, находится в нулевом положении, то есть перекрывает измерительную обмотку (3), состоящую из одинаковых встречно включенных обмоток W1-W2, наведенное магнитное поле подвижного ферромагнитного сердечника (4) пересекает одинаковое количество витков плеч W1 и W2 измерительной обмотки (3) и наводит в них одинаковые электродвижущие силы (ЭДС). Так как выводы измерительных обмоток W1 и W2 включены встречно (противофазно), то на выходе напряжение полезного сигнала Uвых равно нулю (см. фиг. 3 А). При смещении подвижного ферромагнитного сердечника (4) вдоль измерительной катушки в любую из сторон (см. фиг. 3 В и С) на общем сигнальном выводе измерительных обмоток W1 и W2 напряжение полезного сигнала Uвых будет иметь амплитуду, пропорциональную смещению подвижного ферромагнитного сердечника (4) относительно нулевого положения, что является информацией о величине смещения. Фаза же напряжения полезного сигнала Uвых является информацией о направлении смещения подвижного ферромагнитного сердечника (4) относительно нулевого положения. На практике принято, если выдвижной шток полностью выдвинут, то сигнал с датчика должен быть положительным, а если выдвижной шток вдавлен в корпус датчика, то сигнал датчика должен быть отрицательным. На представленных фигурах видно, что выдвижной шток (2) и его ферромагнитный сердечник (4) перемещаются относительно неподвижной измерительной обмотки (3). Это замечание касается левой части фиг. 3 А, В и С, отвечающей за работу датчика в режиме линейных перемещений контролируемого объекта. Работа датчика в режиме регистрации вибраций отображается правой стороной фиг. 3 А, В и С. На всех трех фигурах видно, что при любом перемещении выдвижного штока (2) датчика ((каркаса (30)) дополнительный измерительный узел, расположенный на конце каркаса (30) выдвижного штока (2), перемещается за ним и при этом измерительная обмотка (21) всегда располагается над ферромагнитным сердечником (20).The operation of the sensor in the measurement mode of linear thermal displacements does not differ from the operation of similar induction sensors. Usually they are powered by a sin voltage of f = 3-20 kHz with a voltage of the effective amplitude of 5.0 V. When the movable ferromagnetic core (4), see FIG. 3A, is in the zero position, that is, it overlaps the measuring winding (3), consisting of the same counter-wound windings W1-W2, the induced magnetic field of the moving ferromagnetic core (4) crosses the same number of turns of the arms W1 and W2 of the measuring winding (3) and induces the same electromotive forces (EMF) in them. Since the conclusions of the measuring windings W1 and W2 are turned on in opposite directions (out of phase), the output voltage of the useful signal Uout is zero (see Fig. 3 A). When the movable ferromagnetic core (4) is displaced along the measuring coil to either side (see Fig. 3 B and C) on the common signal output of the measuring windings W1 and W2, the voltage of the useful signal Uout will have an amplitude proportional to the displacement of the movable ferromagnetic core (4) relative to the zero position, which is information about the amount of displacement. The phase of the voltage of the useful signal Uout is information about the direction of displacement of the movable ferromagnetic core (4) relative to the zero position. In practice, it is accepted that if the retractable rod is fully extended, the signal from the sensor must be positive, and if the extendable rod is pressed into the sensor housing, then the signal of the sensor must be negative. It can be seen in the figures that the retractable rod (2) and its ferromagnetic core (4) move relative to the stationary measuring winding (3). This remark applies to the left side of FIG. 3 A, B and C, which is responsible for the operation of the sensor in the linear displacement mode of the controlled object. The operation of the sensor in vibration recording mode is displayed on the right side of FIG. 3A, B and C. In all three figures, it can be seen that for any movement of the extension rod (2) of the sensor ((frame (30)), an additional measuring unit located at the end of the frame (30) of the extension rod (2) moves behind it and at the same time, the measuring winding (21) is always located above the ferromagnetic core (20).

Работа датчика в режиме вибраций осуществляется в следующей последовательности. После того, как закончится тепловое расширение объекта регистрации, режим измерения линейных перемещений заканчивается. Выдвижной шток датчика занимает более или менее постоянное положение, но при этом присутствует вибрация объекта. Дополнительный измерительный узел датчика, расположенный на конце каркаса (30) выдвижного штока (2) для регистрации вибраций, готов к работе. В этом случае наступило время для перехода на режим измерения вибраций. Для этого на измерительную обмотку измерительного узла (21) W3-W4 подают сигнал запитки в виде переменного напряжения sin вида f=5.0 кГц с действующей амплитудой 5.0 В. Выдвижной шток (2) датчика, прижатый к контролируемому объекту, передает вибрации дополнительному измерительному узлу. Ферромагнитный сердечник (20) на тяге (27) вибрирует в электромагнитном поле измерительной обмотки (21), возбуждая в ее плечах W3-W4 переменные токи. Для того чтобы измерительная обмотка (21) дополнительного измерительного узла оставалась неподвижной, используются совокупные свойства его элементов: малое трение между фторопластовой катушкой (28) и каркасом (30) выдвижного штока (2), вес утяжелителя (22) и ограничивающее действие вибрации на фторопластовую катушку (28) с измерительной обмоткой (21) и наличие пружин малой жесткости (18, 23). Проще говоря, при большом ускорении вибраций выдвижного штока, а вместе с ним и ферромагнитного сердечника (20), утяжеленный измерительный узел с измерительной обмоткой (21) за счет минимального трения между фторопластовой втулкой (28) и корпусом каркаса (30) выдвижного штока (2) будет оставаться неподвижным и вырабатывать электрический сигнал вибрации контролируемого объекта.The operation of the sensor in vibration mode is carried out in the following sequence. After the thermal expansion of the registration object ends, the linear displacement measurement mode ends. The retractable rod of the sensor occupies a more or less constant position, but there is vibration of the object. An additional measuring unit of the sensor located at the end of the frame (30) of the extension rod (2) for registering vibrations is ready for operation. In this case, the time has come to switch to the vibration measurement mode. To do this, a power signal is supplied to the measuring winding of the measuring unit (21) W3-W4 in the form of an alternating voltage sin of the form f = 5.0 kHz with an effective amplitude of 5.0 V. The retractable rod (2) of the sensor, pressed against the controlled object, transmits vibration to the additional measuring unit. The ferromagnetic core (20) on the thrust (27) vibrates in the electromagnetic field of the measuring winding (21), exciting alternating currents in its shoulders W3-W4. In order for the measuring winding (21) of the additional measuring unit to remain stationary, the combined properties of its elements are used: low friction between the fluoroplastic coil (28) and the frame (30) of the extension rod (2), weight of the weighting compound (22) and the limiting effect of vibration on the fluoroplastic a coil (28) with a measuring winding (21) and the presence of springs of low stiffness (18, 23). Simply put, with a large acceleration of the vibrations of the retractable rod, and with it the ferromagnetic core (20), a heavier measuring unit with a measuring winding (21) due to minimal friction between the fluoroplastic sleeve (28) and the frame body (30) of the retractable rod (2) ) will remain stationary and generate an electrical signal of vibration of the controlled object.

Изготовленные на предприятии датчики линейных перемещений и вибраций могут поставляться с модулями регистрации и отображения полученной информации, которые могут объединяться в многоканальные группы и по интерфейсу RS-485 либо RS-232 подключаться к какому-либо управляющему компьютеру с набором рабочих прикладных программ. Как правило, такие датчики прокалиброваны и дополнительной калибровки не требуют. Работа предлагаемого датчика по времени разделяется на время регистрации тепловых (линейных) перемещений и регистрацию вибраций. Причем одним измерительным каналом можно проводить регистрацию перемещений и вибраций за счет автоматической коммутации их сигнальных проводов измерительных обмоток. Запитка измерительных обмоток датчика может проводиться от одного генератора либо поочередно через коммутатор.The linear displacement and vibration sensors manufactured at the enterprise can be supplied with modules for recording and displaying the received information, which can be combined into multichannel groups and connected via RS-485 or RS-232 to any control computer with a set of working application programs. As a rule, such sensors are calibrated and do not require additional calibration. The work of the proposed sensor in time is divided into the time of registration of thermal (linear) movements and registration of vibrations. Moreover, one measuring channel can record movement and vibration due to the automatic switching of their signal wires of the measuring windings. The sensor measuring windings can be powered from a single generator or alternately through a switch.

В результате применения предлагаемого датчика повышается точность измерения линейных перемещений за счет повышения величины выходного сигнала основной измерительной обмотки не менее чем в три раза, а применение дополнительной второй измерительной обмотки позволяет осуществлять контроль вибраций. Лабораторные испытания показали, что за счет высокой чувствительности измерительной обмотки дополнительного измерительного узла датчик позволяет надежно регистрировать вибрации в диапазоне 2-2500 мкм. И дополнительно, высокие уровни выходных сигналов измерительных обмоток датчика не требуют применения высокочувствительной регистрирующей аппаратуры.As a result of the application of the proposed sensor, the accuracy of measuring linear displacements is increased by increasing the output signal of the main measuring winding by at least three times, and the use of an additional second measuring winding allows vibration control. Laboratory tests have shown that due to the high sensitivity of the measuring winding of the additional measuring unit, the sensor can reliably record vibrations in the range of 2-2500 μm. And additionally, the high levels of the output signals of the measuring windings of the sensor do not require the use of highly sensitive recording equipment.

ЛитератураLiterature

1. Справочник конструктора-машиностроителя, том 3, В.И. Анурьев, Москва, ФГУП Издательство Машиностроение, 2001 г. Раздел «Пружины сжатия, примеры расчета».1. Reference designer-mechanical engineer, volume 3, V.I. Anuryev, Moscow, FSUE Mashinostroenie Publishing House, 2001 Section “Compression Springs, Calculation Examples”.

2. Справочник по элементарной физике. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г., М.: Наука, 1988 г. Раздел «Механические колебания».2. Handbook of elementary physics. Koshkin NI, Shirkevich MG, M .: Nauka, 1988. Section “Mechanical vibrations”.

Claims (1)

Датчик линейных перемещений, отличающийся тем, что основная измерительная обмотка для регистрации линейных перемещений контролируемого объекта выполнена диаметром провода 0,1 мм и дополнительно для измерения вибраций в корпус датчика включен дополнительный измерительный узел, расположенный на противоположном конце каркаса выдвижного штока, содержащий второй ферромагнитный сердечник на тяге выдвижного штока, измерительную обмотку диаметром провода 0,06 мм на фторопластовой втулке, по бокам которой закреплены ограничительные шайбы, через винтовые соединения соединяющие между собой металлический утяжелитель, имеющий небольшой зазор с двумя боковыми пружинами сжатия малой жесткости, опирающимися на опорные шайбы, закрепленные на каркасе выдвижного штока.Linear displacement sensor, characterized in that the main measuring winding for detecting linear displacements of the controlled object is made with a wire diameter of 0.1 mm and, in addition to measuring vibrations, an additional measuring unit is included in the sensor housing located on the opposite end of the slide rod frame containing a second ferromagnetic core pull rod pull, measuring winding with a wire diameter of 0.06 mm on a fluoroplastic sleeve, on the sides of which limit washers are fixed, cut screw connections connecting a metal weighting material, having a small gap with two lateral compression springs of low stiffness, based on supporting washers mounted on a slide rod frame.

Images