Индуктивный датчик вибраций

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрадай и ударов , возникающих, например, при эксплуатации машин и агрегатов. Целью изобретения является повышение эксплуатационно-технических характеристик индуктивного датчика вибраций при контроле вибраций как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Этот датчик содержит размещенные внутри ферромагнитного корпуса 7 подвижный постоянный магнит 1, установленный на магнитном подвесе, который образован дополнительными магнитами 5, 6, и две измерительные катушки 3, 4 индуктивности, размещенные в кольцевых канавках на внешней поверхности изоляционной втулки 2 в области торцовых зазоров между магнитами 5, 6 и подвижным магнитом 1. Магниты , установлены во внутренней полости втулки 2, имеющей на своей внутренней поверхности айтифрикционное покрытие 11, выполненное, например, из тефлона . Для уменьшения взаимного коэффициента трения на поверхность магнита 1 также нанесено антифрикционное покрытие 8, например, из хромированной латуни. При установке датчика на вибрирующий объект происходит относительное перемещение магнита 1 и катушек 3,4, в которых наводится ЭДС с ча:стотой вибраций и амплитудой, пропор191ональной амплитуде вибраций. 1 ил. (Л с со ND vj ;;

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) А1 (51) 4 С 01 Н 11/02

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ б

ГОСУДАРСТЕ(ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (89) 219371 CS (21) 7772192/25-28 (22) 25. 11.81 (46) 07.04.87. Бюл. )t . 13 (71) Првни брненска стройирна (CS) (72) Юрий Широкоради ИржиВечержа (CS) (53) 621.317.39:531.71(088.8) (54) ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ВИБРАЦИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций и ударов, возникающих, например, при эксплуатации машин и агрегатов. Целью изобретения является повышение эксплуатационно-технических характеристик индуктивного датчика вибраций при контроле вибраций как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Этот датчик содержит размещенные внутри ферромагнитного корпуса 7 подвижный постоянный магнит 1, установленный »а магнитном подвесе, который образован дополнительными магнитами

5, 6, и две измерительные катушки

3, 4 индуктивности, размещенные в кольцевых канавках на внешней поверхности изоляционной втулки 2 в области торцовых зазоров между магнитами

5, 6 и подвижным магнитом 1. Магниты установлены во внутренней полости втулки 2, имеющей на своей внутренней поверхности айтифрикционное покрытие

11, выполненное, например, из тефлона. Для уменьшения взаимного коэффициента трения на поверхность магнита 1 также нанесено антифрикционное покрытие 8, например, иэ хромированной латуни. При установке датчика на вибрирующий объект происходит относительное перемещение магнита 1 и кату- фу шек 3,4, в которых наводится ЭДС с частотой вибраций и амплитудой, про- С порциональной амплитуде вибраций.

1 HJI

2147

1 130

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций и сотрясений, например, возникающих при эксплуатации машин и агрегатов.

Вибрации являются одним из главных параметров, характеризующих эксплуатационное состояние и рабочий режим машин. Измерение и определение вибраций исключительно важно для быстроходных ротационных машин и агрегатов, работающих в длительном эксплуатационном цикле, например паровых и газовых турбин. Устанавливаемые га них ( датчики вибрации часто подвержены высоким температурам, большим ускорениям и вибрациям значительной амплитуды, достигающей при некоторых эксплуатационных режимах величины в несколько сот микрометров, тогда как при нормальной эксплуатации величина амплитуды вибрации всего несколько микрометров. Датчики вибраций должны иметь малые габариты и вес, линейность характеристики преобразования во всем диапазоне измерения и устойчивость против электромагнитных помех.

Известны индуктивные датчики вибрации, у которых постоянный магнит подвешен на эластичной мембране между двумя жестко закрепленными катушками. При движении датчика в индукционных катушках индуцируется электрическое напряжение, которое усиливается и измеряется соответствующей измерительной аппаратурой.

Недостатком этих датчиков является частая поломка мембран, особенно при тяжелых условиях эксплуатации, при повышении амплитуды вибраций.

Известен также индуктивный датчик вибраций (патент США N 4401986, кл . G 08 С 19/06, 1979), содержащий катушку и два кольцевых магнита, установленных коаксиально. В узком зазоре между кольцевыми магнитами установлена тонкая измерительная катушка, намотанная на направляющей втулке. Колебания внутреннего подвижного кольцевого магнита наводят в измерительной катушке ЭДС, пропорциональную их амплитуде.

Недостатками индуктивного датчика вибраций являются относительно слабый сигнал и недостаточно точная фиксация движения внутреннего подвижного магнита внутри жестко установленного внешнего кольцевого магнита, что вызывает повышеное трение и задевание взаимно передвигающихся частей, в результате чего, особенно при малой амплитуде, имеется значительная нелинейность индуктированного напряжения в зависимости от скорости перемещения кольцевого магнита. Кроме того, этот датчик можно применять только для измерения вибраций в вертикальHQM направлении.

B индуктивном датчике вибраций (авторское свидетельство ЧССР

N - 172849, кл. G 08 С 19/06, 1976) в направляющей втулке над жестко установленным магнитом концентрически размещена тонкая дискообразная катушка, над которой установлен аксиально подвижный магнит, Оба магнита имеют взаимно противоположно ориентированные полюсы, в результате чего между ними возникают силы отталкивания, удерживающие подвижный магнит в подвешенном состоянии над неподвижным маг нитoM.

Однако такое исполнение индуктивного, датчика позволяет измерять вибрации только в вертикальном направлении.

Известен также индуктивный датчик вибраций, у которого подвижный постоянный магнит, находящийся в направляющей втулке, подвешен на двух пружинах, а измерительная катушка намо35 тана на направляющей втулке (заявка

ФРГ N - 2439072, кл. G 01 Н 1/00,1976), Недостатком такого датчика является пониженная чувствительность, вызванная трением в направляющей

40 втулке под влиянием крутящего момента, вызванного воздействием обеих пружин на подвижный магнит, который прижимает этот магнит к стенкам втулки. Кроме того, масса и собственная

45 частота колебаний пружин ограничивают возможность использования такого датчика довольно узким диапазоном частоты вибраций, а производство пружин с точной характеристикой и габа50 ритами очень сложно и дорого.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является индуктивный датчик вибраций, содержащий корпус, размещенный в нем на изолиро55 ванной втулке измерительные катушки, которые соединены встречно последовательно, и постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух

1302 установленных неподвижно дополнительных .постоянных магнитов, размещенных соосно и ориентированных одноименны.ми полюсами относительно полюсов основного постоянного магнита (авторс5 кое свидетельство СССР Ф 693118, кл. G 01 Н 11/02, 1977) .

Недостатком известного датчика является возможность перекоса и заклинивания инерционного элемента датчи- 10 ка — подвижного постоянного магнита вследствие неравномерного износа как его внешней поверхности, так и внутренней поверхности изоляционной втулки, а также вследствие непараллельно-15 го действия отталкивающих инерционный элемент магнитных сил в системе его магнитного подвеса в реальных условиях эксплуатации при произвольном положении датчика в пространстве. 20

Дпя устранения указанных недостатков и обеспечения высоких эксплуатационно-технических характеристик при контроле вибраций как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, т.е. при соответствующем положении индуктивного датчика вибраций в пространстве, в датчике внутренняя поверхность изоляционной втулки и внешняя поверхность магнита снабжены ан- 30 тифрикционными покрытиями, а измерительные катушки установлены в области торцовых зазоров между дополнительными и основным постоянными магнитами. 35

Предлагаемый индуктивный датчик вибраций имеет малые габариты и выдерживает значительные ускорения и амплитуды вибраций, сохраняя работоспособность при произвольном положе- 40 нии в пространстве. Он не сложен в производстве, выдерживает неравномерное температурное поле окружающей среды и позволяет получить относительно мощный выходной сигнал, кото- 45 рый дает возможность устанавливать контрольно-измерительную аппаратуру на значительном от датчика расстоянии, Его чувствительность достаточно велика при обеспечении линейности 50 характеристики преобразования в диао пазоне температур до 250 С.

На чертеже представлен индуктивный датчик вибраций, разрез по продольной оси. 55

Датчик содержит закрытый цилиндрический корпус 7, выполненный из ферромагнитного материала, внутри

147 4 которого размещена изоляционная втулка 2. Во внутренней полости этой втулки по ее торцам жестко закреплены установленные соосно постоянные магниты 5 и 6, образующие магнитный подвес основного постоянного магнита 1, размещенного в средней части втулки и выполняющего. функции инерционной массы датчика. Взаимно последовательная ориентация полюсов дополнительных магнитов 5 и 6 и встречная ориентация их полюсов относительно полюсов основного постоянного магнита 1 обуславливают возникновение аксиально направленных сил отталкивания, действующих в торцовых зазорах

9 и 10 между дополнительными 5 и 6 и основным 1 постоянными магнитами.

Благодаря этому обеспечивается поддержание подвижного магнита 1 на расстоянии от неподвижных магнитов

5 и 6 при любом положении датчика в пространстве.

На внешней цилиндрической поверхности изоляционной втулки выполнены две кольцевые канавки, расположенные в области торцовых зазоров 9 и 10 и предназначенные для размещения в них катушек 3 и 4 индуктивности, намотанных псевдобифилярно, т.е. с взаимно противоположным направлением намотки и взаимным смещением вдоль продольной оси датчика. Встречнопоследовательное соединение этих катушек, благодаря которому реализуется дифференциальный принцип измерения, позволяет увеличить вдвое напряжение на. выходе датчика и уменьшить влияние внешних магнитных полей на результаты измерения. Устранению возмущений от внешних магнитных полей способствует и ферромагнитный корпус 7 датчика.

Подвижный постоянный магнит 1, в котором выполнен осевой вентиляционный канал 12, имеет на своей внешней поверхности, обращенной к поверхности изоляционной втулки 2, антифрикционное покрытие 8. Это покрытие может быть выполнено из хромированной латуни, а втулка 2 может, быть изготовлена из фторопласта, благодаря чему взаимный коэффициент трения между обращенными одна к другой поверхности магнита и втулки сводится к минимуму. Для уменьшения влияния . изменений температуры окружающей среды при одновременном уменьшении коэффициента трения втулка 2 может

Составитель С.Скрыпник

Техред H.Глущенко Корректор Л..Обручар

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 1208/41

Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13 быть изготовлена из керамического материала и иметь на своей рабочей поверхности антифрикционное покрытие 11, выполненное, например, из тефлона. Такое выполнение уменьшает трение постоянного магнита 1 о внутреннюю поверхность втулки 2 с покрытием

11 и обеспечивает постоянство ее габаритных размеров при относительно больших изменениях температуры окружающей среды.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, например на подшипниковую опору турбины, постоянный магнит 1 начинает перемещаться по отношению к остальным частям индуктивного датчика, т.е, по отношению к корпусу 7 с втулкой 2, неподвижным магнитам 5 и 6 и измерительным катушкам 3 и 4, При этом движении силовые линии постоянного магнита 1 пересекают витки катушек

3 и 4, в которых индуктируется ЗДС, пропорциональная амплитуде вибраций с частотой, равной частоте вибраций..

Сигнал на выходе датчика равен алгебраической сумме ЭДС, наведенных

02147 6 в его обеих катушках, и, таким образом, удваивается. Далее он может быть соответствующим образом усилен и преобразован.

Формула изобретения

Индуктивный датчик вибраций, содержащий корпус 7, размещенные в нем на изоляционной втулке 2 измерительные катушки 3 и 4, соединенные встречно последовательно, и постоянный магнит 1 с магнитным подвесом, выполненным в виде двух установленных не15 подвижно дополнительных постоянных магнитов 5 и Ь, размещенных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов основного постоянного магнита 1, о т л и ч а ю20 шийся тем, что внутренняя поверхность втулки 2 и внешняя поверхность магнита 1 снабжены антифрикционным покрытием 11, 8, а измерительные катушки 3, 4 установлены в облас25 ти торцовых зазоров между дополнительными 5, 6 и основным 1 постоянными магнитами.