Устройство для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиационном материаловедении для определения физико-механических характеристик конструкционных материалов. Цель изобретения состоит @ повышении точности измерений в условиях высоких температур и больших температурных градиентов пЈи использовании устройства, содержащего трансформаторный датчик перемещений, который содержит установленные соосно две крайние и расположенную между ними и связанную.с измеряемым объектом среднюю катушку индуктивности. Крайние катушки размещены на каркасах, выполненных в виде сильфонов, один конец которых закреплен неподвижно, а другой имеет возможность регулируемого перемещения с последующей фиксацией как в радиальном, так и в продольном направлениях. Перемещение и фиксация концов сильфонов осуществляется с помощью микрометрических винтов и стопорных гаек, взаимодействующих с резьбовыми втулками, которые установлены в направляющих крепежных стаканов, внутри которых размещены соосно крайние катушки индуктивности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891832/28 (22) 13.12.90 (46) 23.02.93. Бюл. N 7 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с экспериментальным производством Института ядерных исследований

АН УССР (72) Г.С. Коробко, В,А, Архипович, Ю,П.

Мельник-Куцин и В,Н, Бойчук (56) Шидлович Л.Х. Дифференциальные трансформаторы и их применение.Л.: Энергия, 1966, с.48.

Патент США Nã 4030085, кл, 6 08 С 19/08, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 1587340,кл. G 01 В 7/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиационном материаловедении для определения физико-механических характериИзобретение относится к измерительной и испытательной технике и может быть использовано в радиационном материаловедении при испытании материалов в каналах ядерных реакторов для определения физико-механических характеристик конструкционных материалов.

Изучение указанных свойств материалов в условиях внутриреакторного облучения, характеризующегося интенсивными радиационными потоками и высокотемпературными полями, производится с помощью устройств для измерения

Ы2 1796879 А1 стик конструкционных материалов. Цель изобретения состоит в повышении точности измерений в условиях высоких температур и больших температурных градиентов при использовании устройства, содержащего трансформаторный датчик перемещений, который содержит установленные соосно две крайние и расположенную между ними и связанную с измеряемым объектом среднюю катушку индуктивности, Крайние катушки размещены на каркасах, выполненных в виде сильфонов, один конец которых закреплен неподвижно. а другой имеет воэмбжность регулируемого перемещения с последующей фиксацией как в радиальном, так и в продольном направлениях. Перемещение и фиксация концов сильфонов осуществляется с помощью микрометрических винтов и стопорных гаек, взаимодействующих с резьбовыми втулками, которые установлены в направляющих крепежных стаканов, внутри которых размещены соосно крайние катушки индуктивности. 1 з,п.ф-лы, 2 ил. перемещений, фиксирующих линейное удлинение исследуемых образцов, Известны устройства для измерения перемещений, основанные на использовании линейных дифференциальных трансформаторов. В магнитной цепи такого трансформатор* сердечник выполнен из ферромагнитного материала и механически связан с перемещающимся (удлиняющимся) объектом, Сердечник расположен внутри каркаса, на котором размещена первичная и две вторичные катушки, Напряжение, ин1796879

10

50 ной, понтону проверенив иониторироввния вн дуцируемое на вторичных обмотках, является функцией перемещения сердечника.

Недостатками такого устройства является малая надежность и низкая точность, обусловленные влиянием высокой температуры и радиационных потоков на маЧ.нитные свойства сердечников.

Известно устройство трансформаторного типа без ферромагнитных элементов (с воздушным зазором). Устройство представляет собой две коаксиальные катушки, одна из которых — первичная — питается от генератора синусоидального напря>кения и механически связана с измеряемым объектом, вторичная (неподвижная) катушка состоит из двух секций, включенных встречно. Сигнал, индуцируемый в обмотке вторичной катушки, поступает на электронно-регистрирующий блок и является функцией перемещения объекта. 20

Недостатком такого устройства является наличие погрешности, возника1ощей изза воздействия на элементы устройства высоких температур с большим осевым и радиальным градиентом.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее блок питания и измерений, а также трансформаторный датчик в виде трех 30 соосно расположенных катушек равного диаметра, крайние из которых неподвижны, а средняя, связанная с измеряемым объектом, размещена с возможностью линейного и углового перемещения относительно оси 35 датчика.

Недостатком такого устройства являет,— ся наличие дополнительной погрешности из-за температурного расширения деталей узлов поворота средней катушки, а также из-за наличия рассогласования между осью датчика и осью поворота, которое может увеличиваться в течение эксплуатации за счет накопления окислов на поверхности оси поворота и крепежных элементов. Кро- 45 ме того, наличие осевого температурного градиента увеличивает асимметрию суммарного электромагнитного поля, повышая тем нелинейность датчика. Это обусловлено различным удельным линейным перемещением каждой катушки из-за неодинакового их разогрева. Поскольку в практике радиационного материаловедения механические испытания конструкционных материалов проводят, как правило, в строго заданном стабилизированном температурном режиме, то дополнительная температурная погрешность устройства при таких условиях является величиной практически постоянградуировочной характеристики в ходе проведения испытаний практически не оправдано. Кроме того дополнительное размещение металлоконструкций в активной зоне реактора увеличивает запас реактивности последней, снижая устойчивость безопасной эксплуатации аппарата. Снижается также и надежность устройства иэ-за введения дополнительного механизма, работающего в условиях высоких температурных и реакторных полей;

Целью изобретения является повышение точности измерений в условиях повышенных температур и больших температурных градиентов.

Поставленная цель достигается тем, что каркасы крайних катушек датчика выполнены в виде сильфонов, один иэ концов которых имеет возмо>кность регулируемого перемещения с последующей фиксацией как в радиальном, TGK и в продольном направлениях, причем витки этих катушек располагаются в межгофровых впадинах сильфонов. Перемещение свободных концов каркасов крайних катушек в радиальном и продольном направлениях осуществляется с помощью узлов перемещения, каждый из которых выполнен в виде микрометрического винта, перемещающегося внутри резьбовой втулки и накладки, причем вращение винта относительно неподвижной втулки перемещает свободный конец каркаса в радиальном направлении, а совместное движение втулки, винта и накладки вдоль поверхности направляющих крепежного стакана перемещают тот >ке край каркаса вдоль оси катушки, а фиксация узла перемещений относительно крепежного стакана осуществляется с помощью специальных стопорных винтов, На фиг. 1 схематично изобра>кено устройство для измерения линейных пеоемещений; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1 (повернуто на 90 ), Устройство содержит трансформаторный датчи „состоящий из крайних катушек

1 и 2, а так>ке средней катушки 3, Катушка 3 механически связана с контролируемым объектом (на фиг. не показан) и имеет воэможность перемещаться между крайними катушками вдоль оси датчика. Каркасы крайних катушек выполнены в виде сильфонов 6 и 7, один конец которых неподвижно закреплен, а другой с помощью узлов ради.ального и продольного перемещений может изменять свое положение как в радиальном, так и в продольном направлении. Радиальное перемещение задается с помощью микрометрического винта 8, 9, вращающегося утри втулки 10, 11. Продольное переме1796879 щение осуществляется совместным движением втулки 10 или 11, накладки 12 или 13 и винта 8 или 9 вдоль поверхности направляющих 16 крепежного стакана 17, 18 с последующей фиксацией втулки и микрометрического винта относительно стакана с помощью специальных стопорных гаек 14, 15. Витки 19, 20 крайних катушек 1, 2 включены последовательно-встречно и подключены к выходу блока 5 питания, Витки уложены в межгофровых впадинах сильфонов 6, 7. Начало и конец средней (вторичной) катушки 3 подключены на вход блока 4 измерений, Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом.

Измерительное устройство предварительно помещают на стенд предварительных испытаний, с помошью которого снимают градуировочную характеристику путем задания дискретных перемещений средней катушки 3 вдоль оси датчика, Затем датчик нагревают до рабочей температуры, ожидаемой в условиях реактивного облучения, после чего снова снимают градуировочную характеристику с одновременной регистрацией ее Отклонения от первоначального вида, Осевой температурный градиент создают путем разогрева крайних катушек датчика до различных температур с помощью секционных нагревателей.

После этого одновременным продольным движением двух узлов вдоль направляющих 16 перемещают свободные концы каркасов 6, 7 катушек 1, 2, регистрируя при этом наличие разницы между значениями и реперных точках градуировочной характеристики, стремясь к обеспечению ее минимизации. Затем путем при>кима накладки

12, 13 к направляющим 16 крепежного стакана 17, 18 с помощью стапорной гайки 14, 15 фиксируют узел перемещения в продольном направлении.

Далее путем поочередного поворота двух микрометрических винтов 8, 9 каждой из катушек добиваются минимизации радиальной составляющей температурной погрешности путем перемещения края каркаса катушек 1, 2 в поперечном направлении. После чего производят фиксаци(а винта 8, 9 относительно стакана 17; 18 с помощью гайки 14, 15, После этого катушку

3 механически связывают с измеряемым Образцом.и устанавливают на выходе блока измерений 4 нулевой сигнал, после чего устройство в составе испытательной ампулы загружается в материаловедческий канал реактора, В исходном положении катушки 3 сигнал, снимаемый с нее, равен нул1о, так

30 как электромагнитные поля, создаваемые электрически встречно включенными катушками 1, 2, взаимно компенсируются.

При смещении катушки 3 из начального (симметричного) положения на выходе блока измерения 4 появляется сигнал, по которому судят о величине перемещения испытываемого образца.

При разогреве устройства вследствие у -разогрева происходит изменение линейных размеров элементов (катушек) датчика.

Компенсация температурной погрешности, вызванной изменением пространственнога положения катушек 1, 2 в узком диапазоне температур в данном случае, обеспечивается предварительным перемещением одного из концов сильфонного каркаса катушек в продольном и радиальном направлении, Кроме того, размещение витков крайних катушек в межгофровых впадинах позволяет исключить "разбухание" навивки вследствие нагрева, тем самым дополнительно повышая точность устройства.

Данная конструкция устройства для измерения линейных перемещений позволяет повысить точность измерений в 1,5 раза за счет уменьшения дополнительной температурной погрешности вследствие изменения линейных размеров элементов датчика в условиях высоких температур.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее блоки питания и измерения и присоединенный к ним трансформаторный датчик, выполненный в виде трех соосно расположенных на отдельных каркасах катушек индуктивности одинакового диаметра, из которых крайние установлены неподвижно; соединены последовательно-встречно и подключены к

40 блоку питания, а средняя установлена с возможностью линейного перемещения между ними вдоль Оси датчика и подключена к блоку измерения., о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях повышенных температурных градиентов, каркасы крайних катушек выполйены в виде сильфонов, а витки этих катушек расположены в межгофровых впадинах сил ьфонов, Одни концы последних за50 креплены неподвижно, а другие размещены с воэмо>кностью регулируемого перемещения как в радиальном, так и в продольном направлениях с последующей их фиксацией.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено двумя крепежными стаканами с направляющими прорезями в них, в каждом Йэ которых расположена соасно соответствфощая крайняя катушка

1796879 индуктивности, и двумя узлами радиального и продольного перемещений свободных концов каркасов крайних катушек, каждый из которых выполнен в виде микрометрического винта и взаимодействующих с ним 5 резьбовой втулки, накладки и стопорной гайки, размещенных в направляющей прорези соответствующего крепежного стакана.

1796879

Составитель Г,Коробко

Техред M. Моргентал

Редактор

Корректор М.Петрова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 642 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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