патент
№ RU 2606936
МПК G01B7/14

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Авторы:
Филиппов Анатолий Николаевич Дунаевский Виктор Павлович Багдатьев Вадим Евгеньевич
Все (9)
Номер заявки
2015138360
Дата подачи заявки
08.09.2015
Опубликовано
10.01.2017
Страна
RU
Дата приоритета
25.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
3
Реферат

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. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем увеличения линейного участка характеристики преобразования измерителя. Измеритель перемещений содержит вихретоковый датчик, подключенный к выходу высокочастотного генератора. Выход вихретокового датчика подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входом основного усилителя и индикатор. Для достижения технического результата введены ступень с регулируемой зоной нечувствительности, вход которой подключен к выходу низкочастотного фильтра, сумматор, выход которого подключен к индикатору, дополнительный усилитель и ключ, управляющий вход которого подключен к выходу ступени с регулируемой зоной нечувствительности. Вход ключа соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход - к входу дополнительного усилителя. Выход основного усилителя подключен к первому входу сумматора, выход дополнительного усилителя подключен ко второму входу сумматора. 4 ил.

Формула изобретения

Измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, подключенный к выходу высокочастотного генератора, выход вихретокового датчика подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входом основного усилителя и индикатор, введены ступень с регулируемой зоной нечувствительности, вход которой подключен к выходу низкочастотного фильтра, сумматор, выход которого подключен к индикатору, дополнительный усилитель и ключ, управляющий вход которого подключен к выходу ступени с регулируемой зоной нечувствительности, вход ключа соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход - к входу дополнительного усилителя, выход основного усилителя подключен к первому входу сумматора, выход дополнительного усилителя подключен ко второму входу сумматора.

Описание

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. патент РФ №2189585, кл. G01N 27/90, 2000 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.

Этот измеритель реализует амплитудно-резонансный метод измерения, который имеет небольшой диапазон линейности характеристики преобразования измерителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель перемещений, в котором обмотка вихретокового датчика включена в цепь положительной обратной связи автогенератора и сигнал с обмотки вихретокового датчика после выпрямления и усиления используется для индикации измерений (см. патент РФ №2213934, кл. G01B 7/14 от 26.07.2001 г.). Это устройство реализует автогенераторный метод измерения, имеющий, по сравнению с амплитудно-резонансным методом (аналогом), увеличенный линейный участок измерения перемещения h.

Недостатком данного устройства является недостаточно большой линейный участок характеристики преобразования измерителя, что не позволяет использовать его для работы с подвижными объектами из цветных металлов (алюминий, медь и т.д.).

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем увеличения линейного участка характеристики преобразования измерителя.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, подключенный к выходу высокочастотного генератора, выход вихретокового датчика подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входом основного усилителя и индикатор, введены ступень с регулируемой зоной нечувствительности, вход которой подключен к выходу низкочастотного фильтра, сумматор, выход которого подключен к индикатору, дополнительный усилитель и ключ, управляющий вход которого подключен к выходу ступени с регулируемой зоной нечувствительности, вход ключа соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход - к входу дополнительного усилителя. Выход основного усилителя подключен к первому входу сумматора, выход дополнительного усилителя подключен ко второму входу сумматора.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг. 2 изображены зависимости выходного напряжения на индикаторе от расстояния h между чувствительной зоной датчика и контролируемым объектом для прототипа (кривая 1) и заявляемого устройства (кривая 2). На фиг. 3 приведены зависимости напряжений на выходах дополнительного усилителя (зависимость 1) и сумматора (зависимость 2) соответственно. На фиг. 4 показан пример выполнения устройства.

Измеритель перемещений содержит вихретоковый датчик 1, подключенный к выходу высокочастотного генератора 2, выход вихретокового датчика 1 подключен к входу выпрямителя 3, выход которого соединен с входом низкочастотного фильтра 4, индикатор 5 и основной усилитель 6, подключенный к выходу низкочастотного фильтра 4. Кроме того, измеритель перемещений содержит ступень с регулируемой зоной нечувствительности 7, вход которой подключен к выходу низкочастотного фильтра 4, сумматор 8, выход которого подключен к индикатору 5, дополнительный усилитель 9 и ключ 10, управляющий вход которого подключен к выходу ступени с регулируемой зоной нечувствительности 7, вход ключа 10 соединен с выходом низкочастотного фильтра 4, а выход - к входу дополнительного усилителя 9. Выход основного усилителя 6 подключен к первому входу сумматора 8, выход дополнительного усилителя 9 подключен ко второму входу сумматора 8. Чувствительная зона вихретокового датчика 1 расположена у контролируемого металлического объекта 25 на расстоянии h.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания (на чертеже не показан) измерителя перемещения генератор 2 возбуждается и «запитывает» обмотку вихретокового датчика 1 переменным напряжением с частотой около 1 МГц. Амплитуда высокочастотного напряжения на обмотке датчика 1 зависит от расстояния h до контролируемого объекта 25 и типа металла, из которого сделан контролируемый объект 25. Высокочастотный сигнал с обмотки датчика 1 после выпрямления амплитудным детектором 3 и сглаживания низкочастотным фильтром 4 поступает на вход основного усилителя 6, на первый вход компаратора 9 и вход ключа 10. Характерная зависимость напряжения U4 на выходе низкочастотного фильтра 4 от расстояния h для контролируемого объекта 25, выполненного из меди (или алюминия), представлена кривой 1 на фиг. 2. Основной усилитель 6 линейно усиливает поступающий на него сигнал и передает его первый вход сумматора 8. Ступень с регулируемой зоной нечувствительности 7 управляет через ключ 10 работой дополнительного усилителя 9. При сигнале U4, поступающем с выхода низкочастотного фильтра 4, меньшем, чем предустановленное пороговое напряжение Uп управляющее напряжение ступени с регулируемой зоной нечувствительности 7 запирает ключ 10, в результате сигнал U4 на вход дополнительного усилителя 9 не поступает. При сигнале U4 большем, чем Uп ступень 7 открывает ключ 10 и подает сигнал с низкочастотного фильтра 4 на вход дополнительного усилителя 9, который осуществляет дополнительное усиление сигнала U4 и подает его на второй вход сумматора 8. После сложения сумматором 8 выходное напряжение поступает на индикатор 5. На фиг. 3 показаны зависимости выходных напряжений от входного напряжения дополнительного усилителя 9 (кривая 1) и сумматора 8 (кривая 2).

Измеритель перемещений может быть выполнен, например, как это показано на фиг. 4.

Ступень с регулируемой зоной нечувствительности 7 выполнена на компараторе 11, источнике опорного напряжения 12 и переменном сопротивлении 13, подключенных к выходу источника опорного напряжения 12 и задающих порог срабатывания компаратора 11. Порог срабатывания компаратора 11 определяет зону нечувствительности ступени 7 (значение Uп на фиг. 3). Основной 6 и дополнительный 9 усилители и сумматор 8 выполнены на операционных усилителях 14, 15 и 16 и резисторах 17-24. С помощью переменного резистора 24 устанавливается коэффициент передачи дополнительного усилителя 9, определяющий наклон напряжения на участке Uвх≥Uп выходной характеристики измерителя.

Как известно, валы роторных и насосных механизмов выполняются в основном из нержавеющей стали типа 20X13, 34ХН1МА, 12Х18М10, Р9МА и т.д. Общепринятый рабочий диапазон h измерителей перемещений с объектами из нержавеющий стали составляет 0,5…2,5 мм. При этом выходное напряжение измерителей перемещений на рабочем участке h=0,50…2,50 мм должно изменяться линейно. Однако, как показывает практика, для контролируемых объектов, выполненных из алюминия и меди, линейный рабочий участок составляет h=0,50…1,50 мм. Экспериментальные исследования заявляемого измерителя перемещений показали, что по сравнению с прототипом для контролируемых объектов, выполненных из алюминия и меди, оно обеспечивает линейное выходное напряжение на рабочем участке h=0,50…2,70 мм. Для контролируемых объектов, выполненных из традиционных материалов (нержавеющие стали марок 20X13, 34ХН1МА, 12Х18М10, Р9МА), заявляемый измеритель обеспечивает линейное изменение выходного напряжения на рабочем участке h=0,50…3,60 мм, что расширяет область применения измерителя.

Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей путем увеличения линейного участка характеристики преобразования измерителя, что в свою очередь позволяет использовать его при работе с объектами, выполненными как из нержавеющей стали, так и из цветного металла (алюминия, меди и т.д.).

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты