патент
№ RU 2693740
МПК G01R27/00

Вихретоковый измеритель

Авторы:
Филиппов Анатолий Николаевич Багдатьев Вадим Евгеньевич FILIPPOV ANATOLIJ NIKOLAEVICH
Все (6)
Номер заявки
2018121470
Дата подачи заявки
09.06.2018
Опубликовано
04.07.2019
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вращения движущихся металлических частей. Сущность изобретения заключается в том, что вихретоковый измеритель скорости и направления вращения дополнительно содержит обмотку, которая подключена через соединительный кабель к выходу дополнительного автогенератора и входу дополнительного выпрямителя, выход которого через дополнительный формирователь импульсов подключен к первому входу логической схемы и первому входу элемента ИЛИ, второй вход логической схемы соединен с выходом первого формирователя импульсов, третий вход логической схемы соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход логической схемы подключен к дополнительному индикатору, кроме того, дополнительная обмотка возбуждения установлена в одной плоскости рядом с основной обмоткой на расстоянии (0,5-1)D, где D - диаметр основной и дополнительной обмоток возбуждения, при этом диаметр измерительной метки на валу равен или больше (2,5-3)D. Технический результат – расширение функциональных возможностей устройства. 2 ил.

Формула изобретения

Вихретоковый измеритель скорости и направления вращения, содержащий вихретоковый датчик, обмотка возбуждения которого подключена через соединительный кабель к выходу автогенератора и входу выпрямителя, выход которого через формирователь импульсов подключен к индикатору скорости, отличающийся тем, что в вихретоковый датчик введена однотипная дополнительная обмотка, которая подключена через соединительный кабель к выходу дополнительного автогенератора и входу дополнительного выпрямителя, выход которого через дополнительный формирователь импульсов подключен к первому входу логической схемы и первому входу элемента ИЛИ, второй вход логической схемы соединен с выходом первого формирователя импульсов, третий вход логической схемы соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход логической схемы подключен к дополнительному индикатору, кроме того, дополнительная обмотка возбуждения установлена в одной плоскости рядом с основной обмоткой на расстоянии (0,5-1)D, где D - диаметр основной и дополнительной обмоток возбуждения, при этом диаметр измерительной метки на валу равен или больше (2,5-3)D.

Описание

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вращения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях.

Известен измеритель скорости вращения, содержащий датчик с элементом Холла, выход которого через усилитель подключен к индикатору, постоянный магнит, магнитное поле которого связано с элементом Холла через контролируемый объект (см. Маргелов А. «Датчики положения на эффекте Холла», журнал «Электронные компоненты», №8, 2004, стр. 63-64). Изменение положения контролируемого объекта относительно элемента Холла приводит к изменению величины магнитного поля у элемента Холла, что индицируется индикатором.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности измерителя и наличие постоянного магнита, который заметно усложняет конструкцию измерителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель, содержащий вихретоковый датчик, генератор переменного напряжения, к выходу которого через соединительный кабель подключен колебательный контур, в качестве индуктивности которого используется обмотка вихретокового датчика, последовательно соединенные детектор, подключенный к колебательному контуру, и индикатор (см. патент РФ №2189585, G01N 27/90, от 20.09.2002 г.). 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.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности измерителя.

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, путем измерения, как скорости, так и направления вращения вала роторной машины.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в вихретоковый измеритель, содержащий вихретоковый датчик, обмотка возбуждения которого подключена через соединительный кабель к выходу автогенератора и входу выпрямителя, выход которого через формирователь импульсов подключен к индикатору скорости, введена однотипная дополнительная обмотка, которая подключена через соединительный кабель к выходу дополнительного автогенератора и входу дополнительного выпрямителя, выход которого через дополнительный формирователь импульсов подключен к первому входу логической схемы и первому входу элемента ИЛИ, второй вход логической схемы соединен с выходом первого формирователя импульсов, третий вход логической схемы соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход логической схемы подключен к дополнительному индикатору, кроме того, дополнительная обмотка возбуждения установлена в одной плоскости рядом с основной обмоткой на расстоянии (0,5-1) D, где D - диаметр основной и дополнительной обмоток возбуждения, при этом, диаметр измерительной метки на валу равен или больше (2,5-3)D.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на рисунке фиг. 1, пример исполнения вихретокового датчика - на рисунке фиг. 2.

Вихретоковый измеритель скорости и направления вращения вала содержит вихретоковый датчик 1, две однотипные обмотки возбуждения 2 и 3, которые подключены через соединительный кабель 4 к соответствующим выходам автогенераторов 5 и 6 и соответствующим входам выпрямителей 7 и 8, выходы которых соединены с соответствующими входами формирователей импульсов 9 и 10. Выход формирователя 9 подключен к индикатору скорости 11, первому входу элемента ИЛИ 12 и первому входу логической схемы 13. Выход формирователя импульсов 10 подключен к второму входу элемента ИЛИ 12 и второму входу логической схемы 13, выход которой соединен с индикатором направления вращения 14. Выход элемента ИЛИ 12 подключен к третьему входу логической схемы 13.

Обмотки возбуждения 2 и 3 одинаковы и установлены в корпусе датчика 1 в одной плоскости рядом на расстоянии (0,5-l,0)D, где D - диаметр обмоток 2 и 3, и образуют чувствительные зоны датчика 1. При этом на контролируемом валу 15 установлена измерительная метка 16, равная (2,5-3)D.

Чувствительные зоны вихретокового датчика 1 установлены у контролируемого металлического вала 15 на расстоянии h, обеспечивающим разную электромагнитную связь с валом 15 и измерительной меткой 16 (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на вихретоковый измеритель скорости и направления вращения высокочастотные генераторы 5 и 6 возбуждаются на резонансных частотах колебательных контуров, образованных индуктивностями обмоток 2 и 3 датчика 1 и емкостью соединительного кабеля 4, и на обмотках 2 и 3 вихретокового датчика 1 возникают переменные напряжения Uh2 и Uh3 с частотой около 1 МГц. Амплитуда высокочастотного напряжения на обмотках 2 и 3 датчика 1 зависит от расстояния h до контролируемого объекта 15 и измерительной метки 16. Изменение (уменьшение) расстояния h между контролируемым объектом 15 и обмотками 2 и 3 (чувствительными зонами) датчика 1 приводит к изменению (увеличению) демпфирования обмоток 2 и 3 датчика 1 и пропорциональному изменению (уменьшению) амплитуды колебаний на входах выпрямителей 7 и 8.

В исходном состоянии при выполнении измерительной метки 16 в виде углубления на валу 15, как показано на рисунке фиг. 1, чувствительная зона датчика 1 устанавливается относительно поверхности вала 15 на расстоянии h при котором переменные напряжения Uh2 и Uh3 минимальны. Датчик устанавливается таким образом, чтобы при вращении вала измерительная метка поочередно проходила обмотки 2 и 3 датчика 1. Тогда, когда вал 15 будет вращаться, при прохождении измерительной метки 16 переменные напряжения Uh2и Uh3 будут максимальны. Переменные напряжения Uh2 и Uh3, после выпрямления выпрямителями 7 и 8 поступают на соответствующие входы формирователей импульсов 9 и 10, где формируются одинаковые по амплитуде импульсы напряжения, сдвинутые друг относительно друга на время Δt=(0,5-1)D/DB*1/ω, где DВ - диаметр вала 15, ω - частота вращения вала 15. Импульсы напряжения U9, U10 будут формироваться при каждом обороте вала 15 при прохождении измерительной метки 16. Импульсы напряжения U9, U10 поступают на входы элемента ИЛИ 12 и соответствующие входы логической схемы 13. Кроме того, импульсы напряжения U9 поступают на индикатор 11, который регистрирует их количество в единицу времени (скорость вращения) в цифровом или аналоговом виде.

Логический элемент ИЛИ 12 и логическая схема 13 выделяют приоритет прохождения импульса напряжения U9 или U10 в зависимости от направления вращения вала 15. Например, при вращении вала 15 по часовой стрелке, на выходе логической схемы 13 вырабатывается логическая единица (высокий уровень напряжения), а при вращении вала против часовой стрелки, логическая схема 13 вырабатывает логический ноль (низкий уровень напряжения), который регистрируется индикатором 14.

В реальной конструкции датчика 1 использованы обмотки 2 и 3 диаметром 4-6 мм, которые содержат по 40-100 витков. При этом диаметр корпуса датчика составил 18-20 мм.

Введение и соответствующее подключение новых элементов в вихретоковый измеритель обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет индикации направления вращения вала силовых роторных машин и турбонасосных агрегатов. Кроме того, наличие сдвоенного вихретокового датчика и дополнительного канала измерений позволяет измерять как большую (рабочую) скорость вращения ротора, так и малую скорость вращения ротора при проведении профилактических работ на турбине.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты