RU2624844C2 - Измеритель линейных перемещений - Google Patents

Измеритель линейных перемещений Download PDF

Info

Publication number
RU2624844C2
RU2624844C2 RU2015153749A RU2015153749A RU2624844C2 RU 2624844 C2 RU2624844 C2 RU 2624844C2 RU 2015153749 A RU2015153749 A RU 2015153749A RU 2015153749 A RU2015153749 A RU 2015153749A RU 2624844 C2 RU2624844 C2 RU 2624844C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
indicator
output
input
eddy current
differential
Prior art date
Application number
RU2015153749A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015153749A (ru
Inventor
Юрий Павлович Батырев
Анатолий Николаевич Филиппов
Виктор Павлович Дунаевский
Вадим Евгеньевич Багдатьев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Акционерное общество "Научно-производственное объединение Измерительной техники" (АО "НПО ИТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет" (МГТУ им. Н.Э. Баумана), Акционерное общество "Научно-производственное объединение Измерительной техники" (АО "НПО ИТ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2015153749A priority Critical patent/RU2624844C2/ru
Publication of RU2015153749A publication Critical patent/RU2015153749A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2624844C2 publication Critical patent/RU2624844C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях. Измеритель линейных перемещений содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC–контур, а также индикатор и генератор. Измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя. Дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор, блок сравнения и вычисления. Технический результат: повышение точности измерения перемещения и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного и поперечного перемещений контролируемого объекта. 2 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях.
Известен вихретоковый измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, генератор переменного напряжения, к выходу которого через токоограничивающий резистор подключен колебательный контур, в качестве индуктивности которого используется вихретоковый датчик, последовательно соединенные детектор, подключенный к колебательному контуру, и индикатор (см. а.с. СССР №1504492, G01B 7/06, 1988 г. - аналог). Рабочая частота генератора настроена на резонансную частоту колебательного контура, образованного параллельным включением катушки индуктивности вихретокового датчика и входного конденсатора. Приближение металлического объекта к обмотке вихретокового датчика приводит к «расстройке» и увеличению потерь в колебательном контуре и, как следствие, уменьшению переменного напряжения на нем, что и регистрируется индикатором.
Этот однообмоточный измеритель имеет нелинейную характеристику измерения, за счет нелинейно меняющейся от расстояния электромагнитной связи колебательного контура с контролируемым объектом. Кроме того, этот измеритель «не чувствует» перемещения металлического объекта вдоль своей поверхности, когда расстояние (зазор) между ними не меняется.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель перемещений, содержащий дифференциальный индуктивный датчик, измерительные обмотки которого подключены через первый и второй амплитудные детекторы к соответствующим входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с индикатором. Обмотка возбуждения датчика подключена к выходу генератора возбуждения (см. патент РФ №2196960, G01B 7/00 от 20.01.2003 г).
Дифференциальный индуктивный датчик состоит из прямоугольного корпуса, выполненного из немагнитного металла. С открытой стороны корпуса датчика помещены прямоугольная обмотка возбуждения и две прямоугольные, одинаково выполненные измерительные обмотки, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения в параллельных плоскостях с ней. Ширина измерительных обмоток примерно равна ширине обмотки возбуждения, а их длина не превышает половины ее длины. Металлический контролируемый объект установлен с возможность перемещения вдоль открытой части датчика и на некотором расстоянии относительно него.
Металлический объект, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения, «возмущает» электромагнитное поле в пределах, охватываемых витками обмотки возбуждения, что приводит к разбалансу электрических сигналов, вырабатываемых измерительными обмотками. Величина разностного сигнала, вырабатываемого встречно включенными измерительными обмотками тем больше, чем больше смещение контролируемого объекта, от середины датчика к его краям. Максимальное перемещение объекта, контролируемое датчиком, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения и шириной контролируемого объекта.
После детектирования амплитудными детекторами и усиления дифференциальным усилителем, разностный сигнал регистрируется индикатором.
Данный измеритель линейных перемещений по сравнению с предыдущим устройством имеет больший диапазон измерения и более высокую линейность между перемещением и выходным сигналом датчика за счет перемещения контролируемого объекта вдоль плоскости датчика и за счет дифференциального включения его измерительных обмоток. Однако при изменении (увеличении) расстояния (зазора) между датчиком и контролируемым объектом происходит изменение (ослабление) электромагнитной связи между катушкой возбуждения датчика и объектом, что приводит к изменению (уменьшению) чувствительности датчика и возникновению погрешности измерения линейного перемещения контролируемого объекта, которое не контролируется данным измерителем.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей измерителя за счет измерения зазора между контролируемым объектом и датчиком и учета этого параметра, благодаря чему повышается точность измерения линейного перемещения объекта и появляется возможность оперативного контроля зазора между датчиком и контролируемым объектом.
Поставленная задача решается за счет того, что в измеритель линейных перемещений, содержащий дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC-контур, измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, индикатор и генератор, введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор и блок сравнения и вычисления, первый вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, а второй вход блока сравнения и вычисления подключен к выходу дифференциального усилителя, первый выход блока сравнения и вычисления подключен к первому индикатору, а второй выход - к второму индикатору, вход источника тока подключен к выходу генератора, а выход - к параллельно соединенным обмотке возбуждения вихретокового преобразователя и конденсатору и к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг. 2а и фиг. 2б показана конструкция вихретокового преобразователя 1.
Измеритель линейных перемещений (фиг. 1) содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь 1, параллельно обмотке возбуждения 2 которого подключен конденсатор 3, образующий с ней параллельный резонансный LC-контур; измерительные обмотки 4, 5 дифференциального вихретокового преобразователя 1 подключены соответственно к первому 6 и второму 7 выпрямителям, выходы которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя 8, индикатор 9 и генератор 10.
Измеритель линейных перемещений содержит также источник тока 11, амплитудный детектор 12, масштабный усилитель 13, второй индикатор 14 и блок сравнения и вычисления 15, один вход которого подключен к выходу масштабного усилителя 13, а другой вход блока сравнения и вычисления 15 подключен к выходу дифференциального усилителя 8. Один выход блока сравнения и вычисления 15 подключен к первому индикатору 9, а второй выход блока сравнения и вычисления 15 подключен к второму индикатору 14. Вход источника тока 11 подключен к выходу генератора 10, а выход - к параллельному контуру, образованному обмоткой возбуждения 2 вихретокового преобразователя 1 и конденсатором 3, и к входу амплитудного детектора 12, выход которого подключен к входу масштабного усилителя 13.
Дифференциальный вихретоковый преобразователь 1 (фиг. 2) содержит прямоугольный металлический корпус 16. С открытой стороны корпуса 16 расположены прямоугольная обмотка возбуждения 2 и две прямоугольные, одинаково выполненные измерительные обмотки 4, 5, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения 2 в параллельных плоскостях с ней. Ширина измерительных обмоток 4, 5 не превышает ширины обмотки возбуждения 2, а их длина не превышает половины ее длины. Обмотки 2, 4 и 5 могут быть выполнены, например, печатным способом из нескольких слоев спиральных намоток на диэлектрических подложках, собранных в слоеную таблетку. Причем, если слои намоток обмотки возбуждения будут чередоваться со слоями намоток измерительных обмоток, как это показано в прототипе, то это обеспечит, с одной стороны, максимальное потокосцепление измерительных обмоток 4, 5 с обмоткой возбуждения 2, с другой стороны, одинаковость зазора h между контролируемым объектом 17 и обмотками 2, 4 и 5 вихретокового преобразователя 1 (на фиг. 2 эта конструкция не показана). Такая конструкция позволяет улучшить его метрологические характеристики.
Металлический контролируемый объект 17, которым является измерительное кольцо ротора электрической машины, установлен с возможностью перемещения вдоль открытой части корпуса 16 вихретокового преобразователя 1 и на некотором расстоянии h≈1-3 мм относительно него. Ширина контролируемого объекта 17 (измерительного кольца ротора) обычно равна 20-40 мм.
При настройке измерителя снимается совокупность характеристик, показывающих зависимости напряжений на входах блока сравнения и вычисления 15 от продольного перемещения ±L при различных зазорах h между контролируемым объектом 17 и вихретоковым преобразователем 1, и они записываются в память блока сравнения и вычисления 15, чтобы при измерениях на агрегате внести необходимые поправки и существенно повысить точность измерения перемещения ±L на индикаторе 9 и зазора h индикатором 14.
Устройство работает следующим образом. Генератор 10 вырабатывает высокочастотное синусоидальное напряжение на резонансной частоте контура, образованного параллельным соединением обмотки возбуждения 2 и конденсатором 3, которое подается на него через источник тока 11. Амплитуда тока I11 источника тока 11 установлена равной I11≈Uг/2 Zkmax, где Uг - амплитуда высокочастотного напряжения, вырабатываемого генератором 10, Zkmax - полное сопротивление колебательного контура при зазоре h=hmax, где hmax - максимально возможный зазор, возникающий между вихретоковым преобразователем 1 и контролируемым объектом 17 в процессе работы агрегата.
Если при перемещении контролируемого объекта 17 вдоль вихретокового преобразователя 1 зазор h между ними не меняется, то не меняется электромагнитная связь между обмоткой возбуждения 2 и объектом 17, а следовательно, и потери, вносимые контролируемым объектом 17 в обмотку возбуждения 2, остаются постоянными. Высокочастотное напряжение, поступающее с обмотки возбуждения 2 на амплитудный детектор 12, остается постоянным, поэтому, после детектирования и усиления масштабным усилителем 13, сигнал на втором входе блока сравнения и вычисления 15 и на втором индикаторе 14 остается постоянным и в исходном положении соответствует величине зазора h≈hmax/2.
В то же время металлический объект 17, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения 2, «возмущает» электромагнитное поле, принимаемое измерительными обмотками 4 и 5, что приводит к рассогласованию напряжений U4, U5, вырабатываемых измерительными обмотками 4, 5, а следовательно, и на выходах выпрямителей 6 и 7. В результате на выходе дифференциального усилителя 8 вырабатывается разностное напряжение U8. Величина этого разностного напряжения тем больше, чем больше смещение L контролируемого объекта 17 от середины обмотки возбуждения 2 к ее краям. Максимальное перемещение ±Lmax объекта 17, контролируемое вихретоковым преобразователем 1, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения 2 и шириной контролируемого объекта 17.
Разностное напряжение U8 поступает на первый вход блока сравнения и вычисления 15. В исходном состоянии вихретоковый измеритель перемещений устанавливается симметрично относительно контролируемого объекта 17, что обеспечивает нулевую разность напряжений U8=0, а следовательно, и показаний индикатора перемещения 9. При увеличении зазора h электромагнитная связь между обмоткой возбуждения 2 и объектом 17 уменьшается, что приводит к увеличению полного сопротивления Zk колебательного контура и, следовательно, к увеличению падения высокочастотного напряжения на обмотке возбуждения 2. Это приводит, с одной стороны, к увеличению напряжений U4 и U5 на измерительных обмотках 4, 5, а следовательно, и их разности ΔU45 и на первом входе блока сравнения и вычисления 15, который корректирует и сохраняет неизменными показания индикатора перемещения 9, с другой стороны, к увеличению сигнала на выходе амплитудного детектора 12, а следовательно, и на втором входе блока сравнения и вычисления 15, и соответствующему увеличению показаний индикатора зазора 14.
Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного L и поперечного h перемещений контролируемого объекта.
Кроме того, сняв, при настройке измерителя, совокупность характеристик, показывающих зависимости напряжений на входах блока сравнения и вычисления 15 от продольного перемещения ±L при различных зазорах h между контролируемым объектом 17 и вихретоковым преобразователем 1, и записав их в память блока сравнения и вычисления 15, можно существенно повысить точность измерения перемещения ±L на индикаторе 9 за счет учета и одновременного измерения зазора h индикатором 14.

Claims (1)

  1. Измеритель линейных перемещений, содержащий дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC-контур, измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, индикатор и генератор, отличающийся тем, что дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор и блок сравнения и вычисления, первый вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, а второй вход блока сравнения и вычисления подключен к выходу дифференциального усилителя, первый выход блока сравнения и вычисления подключен к первому индикатору, а второй выход - к второму индикатору, вход источника тока подключен к выходу генератора, а выход - к параллельно соединенным обмотке возбуждения вихретокового преобразователя и конденсатору и к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя.
RU2015153749A 2015-12-16 2015-12-16 Измеритель линейных перемещений RU2624844C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153749A RU2624844C2 (ru) 2015-12-16 2015-12-16 Измеритель линейных перемещений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153749A RU2624844C2 (ru) 2015-12-16 2015-12-16 Измеритель линейных перемещений

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015153749A RU2015153749A (ru) 2017-06-21
RU2624844C2 true RU2624844C2 (ru) 2017-07-07

Family

ID=59240432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153749A RU2624844C2 (ru) 2015-12-16 2015-12-16 Измеритель линейных перемещений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624844C2 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082076C1 (ru) * 1994-06-29 1997-06-20 Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева Способ измерения перемещений и устройство для его осуществления
US5854553A (en) * 1996-06-19 1998-12-29 Skf Condition Monitoring Digitally linearizing eddy current probe
RU2163350C2 (ru) * 1999-01-21 2001-02-20 Научно-производственное объединение измерительной техники Измеритель линейных перемещений
RU2196960C2 (ru) * 2001-03-29 2003-01-20 Московский государственный университет леса Вихретоковый датчик перемещений
RU2281490C1 (ru) * 2005-04-21 2006-08-10 Московский государственный университет леса Вихретоковый измеритель
EP2466253A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-20 General Electric Company Sensor assembly and method of measuring the proximity of a machine component to an emitter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082076C1 (ru) * 1994-06-29 1997-06-20 Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева Способ измерения перемещений и устройство для его осуществления
US5854553A (en) * 1996-06-19 1998-12-29 Skf Condition Monitoring Digitally linearizing eddy current probe
RU2163350C2 (ru) * 1999-01-21 2001-02-20 Научно-производственное объединение измерительной техники Измеритель линейных перемещений
RU2196960C2 (ru) * 2001-03-29 2003-01-20 Московский государственный университет леса Вихретоковый датчик перемещений
RU2281490C1 (ru) * 2005-04-21 2006-08-10 Московский государственный университет леса Вихретоковый измеритель
EP2466253A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-20 General Electric Company Sensor assembly and method of measuring the proximity of a machine component to an emitter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015153749A (ru) 2017-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9709376B2 (en) High sensitivity inductive sensor for measuring blade tip clearance
Anandan et al. Design and development of a planar linear variable differential transformer for displacement sensing
EP2338032B1 (en) Position sensor
CN107764346B (zh) 用于运行磁感应式流量测量仪的方法和磁感应式流量测量仪
CN106104210B (zh) 位置测量设备和用于操作位置测量设备的方法
JP6395942B2 (ja) 位置センサー
US6541963B2 (en) Differential eddy-current transducer
CN105737727A (zh) 一种电涡流传感器的探头及电涡流传感器
US2371395A (en) Electrical instrument
US20070229064A1 (en) Motion transducer for motion related to the direction of the axis of an eddy-current displacement sensor
RU2624844C2 (ru) Измеритель линейных перемещений
RU2477501C1 (ru) Сейсмометр
JP6659821B2 (ja) インピーダンス測定によって車両内のカーボンセラミック製ブレーキディスクの摩耗を決定するための方法及び装置
Babu et al. A wide range planar coil based displacement sensor with high sensitivity
RU2163350C2 (ru) Измеритель линейных перемещений
US20140002069A1 (en) Eddy current probe
RU2727321C1 (ru) Индуктивный датчик перемещения
RU2533756C1 (ru) Устройство двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий
KR20220058945A (ko) 유도성 결합을 갖는 연료봉 센서 시스템
RU2367902C1 (ru) Индуктивный датчик перемещений
Saxena et al. Differential inductive ratio transducer with short-circuiting ring for displacement measurement
RU2561244C2 (ru) Измеритель расстояния между датчиком и объектом из электропроводящего материала
Sreevatsan et al. An eddy current-capacitive crack detection probe with high insensitivity to lift-off
RU2558641C1 (ru) Датчик воздушного зазора
US3543145A (en) Eddy current method and apparatus for the nondestructive testing of electrically conductive tubes utilizing two mutually coupled hartley oscillators

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171217