Вихретоковый способ измерения зазора

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на преобразователи неинформативных влияющих факторов. Цель изобретения - повышение точности во всем диапазоне измерений зазора и неинИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на датчики неинформативных влияющих факторов, например при контроле энергетических машин в условиях изменения температуры окружающей среды. Известен способ, заключающийся в том, что запитываются напряжением два датчика: первый измерительный (обмотка формативного влияющего фактора. Это достигается благодаря тому, что в способе,заключающемся в том, что на измерительный преобразователь предварительно воздействуют полем заданной величины при воздействии на измерительный и компенсационный преобразователи неинформативным влияющим фактором соответственно максимальной и минимальной величины, измеряют соответствующие сигналы измерительного и компенсационного преобразователей, дополнительно определяют сигналы соответственно с измерительногоикомпенсационногопреобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта. Информативный сигнал формируют из сигналов соответственно на измерительном и компенсационном преобразователях при воздействии измеряемого поля контролируемого объекта на измерительный преобразователь и неинформативного влияющего фактора на оба преобразователя в соответствии с установленным соотношением. 3 ил. электромагнитного преобразователя); второй компенсационный (мост с термосопротивлением , расположенным в рабочей зоне электромагнитного преобразователя и управляющим вторым - опорным - каналом, а о величине зазора судят по разности выходных сигналов измерительного и опорного каналов. Недостатком такого способа является наличие погрешности при изменении температуры из-за разной (нелинейной) зависисо с XI Јь 00 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4833183/28 (22) 01.06.90 (46) 30.06.92, Бюл. М 24 (71) Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей (72) Г.О. Кобидзе (53) 531.717.521 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1073557, кл. G 01 В 7/06, 1984, Авторское свидетельство СССР

Гч 615407, кл, G 01 В 7/006, 1978.

Валитов А.M. и Шилов Г.И. Приборы и методы контроля толщины покрытий. Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1970, с. 71-72, (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАЗОРА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и.может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на преобразователи неинформативных влияющих факторов.

Цель изобретения — повышение точности вО всем диапазоне измерений зазора и неинИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может применяться при вихретоковых измерениях зазоров в условиях воздействия на датчики неинформативных влияющих факторов, например при контроле энергетических. машин в условиях изменения температуры окружающей среды.

Известен способ, заключающийся в том, что запитываются напряжением два датчика: первый измерителЬный (обмотка,, SU „„1744439А1

2 формативного влияющего фактора. Это достигается благодаря тому, что в способе заключающемся в том, что на измерительйый преобразователь предварительно воздействуют полем заданной величины при воздействии на измерительный и компенсационный преобразователи неинформативным влияющим фактором соответственно максимальной и минимальной величины. измеряют соответствующие сигналы измерительного и компенсационного преобразователей. дополнйтельно определяют сигналы соответственно с измеритель- ного и компенсационного преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого объекта, Информативный сигнал формируют из сигналов соответственно на измерительном и компенсационном преоб разователях при воздействии измеряемого поля контролируемого объекта на измерительный преобразователь и неинформативного влияющего. фактора на оба преобразователя в соответствии с установленным соотношением. 3 ил. электромагнитного преобразователя); второй компенсационный (мост с термосопротивлением, расположенным в рабочей зоне электромагнитного преобразователя и управляющим вторым — опорным — каналом, а о величине зазора судят по разности выходных сигналов измерительного и опорного каналов.

Недостатком такого способа является наличие погрешности при изменении температуры из-за разной (нелинейной) зависи1744439 мости импедансов преобразователя и термосопротивления.

Известен также способ. заключающийся в том, что переменным напряжением запитывают двухобмоточный датчик, обмотки которого включены встречно и изготовлены из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. а о зазоре судят по разности сигнала (напряжения) на одной из обмоток и масштабиро-. ванного сигнала, снимаемого со всей дифференциальной обмотки.

Наиболее близким к изобретению является способ. заключающийся в том, что в условиях,воздейсгвия на два по возможносТМ идентичных — измерительного и компенсационного - датчика неинформативного влияющего фактора Т на измерительный датчик воздействуют полем. создаваемым контролируемым обьектом; находящимся от этого измерительного датчика на измеряемом расстоянии Н, измеряют сигналы Ui u 02 на датчиках. сравнивают их и по разности сигналов Оз судят о зазоре.

Основным достоинством указанного способа является то, что из-за идентичности датчики имеют близкие температурные и прочие зависимости импедансов, которыми определяется функция выходного сигнала

Оз от Н и Т, При этом влияние Т компенсируется при определении разности U1-02.

Однако абсолютно одинаковыми датчики изготовить практически невозможно, а, при изменении температуры объекта контроля вносятся дополнительные изменения во вторичном электромагнитном поле. воздействующем только на один измерительный датчик. Вследствие этого приходится непосредственно перед измерениями производить подстройку нуля измерительного устройства.

Цель изобретения — повышение точно. сти преобразования во всем диапазоне изменений зазора Н» Н» Н с и неинформэтивного влияющего факгора

Т»»ин» Т» Тмакс без перерегулировки преобразователя.

Цель достигается тем, что нэ измерительный датчик воздействуют полем, создаваемым контролируемым объектом, находящимся».т преобразователя на заданном расстоянии Н0, измеряют сигналы датчиков при минимальном и максимальном значениях неинформативного параметра. определяют сигнал начальной компенсации из соотношения

U0 = K1010 U20 ) где 00 — сигнал начальной компенсации:

K1—

02п 020

01 — U10

010 и Uim — сигналы измерительного датчика соответственно при минимальном и максимальном значениях неинформативно10 го параметра;

U20 и U2m — аналогичные сигналы с компенсационного датчика.

3атем воздействуют на измерительный датчик полем, создаваемым контролируе15 мым обьектом, находящимся от преобразователя на измеряемом расстоянии, при произвольном значении неинформативного влияющего фактора, измеряют текущие сигналы на измерительном и компенсацион20 ном датчиках, после чего снимают воздействие поля контролируемого объекта, определяют сигналы на измерительном и компенсационным датчиках. а разность, по которой судят о зазоре. определяют из

25 соотношения

Оз = (K1U1 — U2 — 00) К2, где Оз- разность, по которой судят о зазоре:

0оп

K1 U» — U2 — Upp

K2 — коэффициент усилия;

U1 и U2 — текущие значения сигналов соответственно измерительного и компенсационного датчиков при воздействии поля контролируемого объекта;

U» и 02» — те же сигналы, после снятия воздействия поля контролируемого обьекта, т.е, при воздействии только неинформативного влияющего фактора;

U» n — масштабный коэффициент.

При этом величины Но и Оол выбирают4" ся произвольно, но для большей точности номинальный зазор Но необходимо выбирать как можно ближе к. Hmm. а О» и — как можно большей.

На фиг. 1 изображена схема расположения обьекта контроля относительно преобразователя для преобразования зазора; на фиг. 2 — график зависимости величины 0* ==Уз/К2 от Н для различных значений неинформативного влияющего фактора Т; на фиг. 3 — график зависимости величины U0 от

Н для всех значений Т.

В качестве примера конкретной реализации способа рассмотрим измерение преобразователем 1 с идентичными

1744439

Don

К101т — 02т — Оо

30

40

K1—

02m 020

U1m — 01p

Up = K1U1p-0ãp

55 измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками (типа используемых в приборе

ТПН-1) зазора Н между лопатками 4 вращающейся турбины (не показана) и защитным экраном 5 (фиг. 1), Лопатки попеременно появляются в зоне чувствительности измерительной об;лотки 2 и выходят из зоны.

Момент выхода из зоны чувствительности соответствует максимальному зазору между 2 и 4, т.е. Н = Н

При этом компенсационная обмотка располагается таким образом, чтобы лопатки 4 были вне зоны ее чувствительности, но достаточно близко к измерительной обмотке 2. чтобы ей находиться в аналогичных температурных условиях.

Необходимо измерять биение зазора Н во время от момента запуска турбины до выхода ее на рабочий режим в условиях изменения влияющего фактора — температуры Т, B момент запуска температура турбины и окружающей-ее среды равна минимальному значению Тя щ=20 C, что соответствует комнатной температуре (в лабораторных условиях). Поэтому до запуска турбины преоб-. разователь 1 выставляется и фиксируется на номинальном зазоре Ho = 0,3 мм по одной из лопаток 4. При этом измеряются напряжения 01р и 02р с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотки соответственно. После запуска турбина некоторое время выходит на рабочий режим, а во время ее вращения повышается температура как самих лопаток 4, так и экрана 5 и среды, в которой находятся лопатки 4, В процессе работы температура повышается и достигает своего максимального значения Тмакс

=300оС, После выключения в момент остановки турбины преобразователь 1 вновь выставляется на зазор Н, на датчиках 2 и 3, измеряются соответственно напряжения

U1m и U2m, и рассчитываются величины К1 и

Up из соотношений;

Процесс измерения биений зазора Н между лопатками 4 и преобразователем 1 в условиях неопределенности температуры Т во время вращения турбины состоит в измерении напряжений 01 и 02 соответственно нэ датчиках 2 и 3 в моменты нахождения лопаток 4 в зоне чувствительности датчика

2 и напряжения 01т и 02т соответственно на датчиках 2 и 3 в момент выхода лопаток 4 из

15 зоны чувствительности датчика 2. Практически о моментах входа в зону чувствительности и выхода лопаток 4 из зоны чувствительности судят по тому, что на датчике 2 в момент входа в зону напряжение проходит свой минимум, а при выходе— максимум. О величине биения зазора Н от номинального значения Но судят по величине Оз разности напряжений на датчиках 2 и

3 из соотношений;

03 = (К101 02 UO) K2; где Uon — в общем случае произвольное постоянное значение, имеющее смысл масштабного коэффициента размерности напряжения и для удобства выбрано таким, чтобы величине биения Н вЂ” Hp = 0,01 мм соответствовало значение Оз, равное 1 В.

Покажем, что предлагаемый способ позволяет достичь поставленную цель. Для этого достаточно доказать, что величина

U* = Оз/К2 = K1U1 — 02 — Up (2) при соблюдении Н = Hp равна нулю кэк при линейных, так и при нелинейных температурных зависимостях напряжений U1 и 02, снимаемых с измерительного и компенсационного датчиков. При этом при помощи автоматически подстраиваемого коэффициЕНта УСИЛЕНИЯ К2 ДЛЯ ЗаЗОРа Н = H agc ПРИ любых Т напряжениях Оз становится равным опорному Uon (фиг. 3), Так как вид кривой U*(H) Оз/К2 на фиг. 2 зависит лишь от взаимного пространственного расположения преобразователя и объекта контроля, а изменение Т может лишь растянуть или сжать ее по оси ординат, то кривая Оз на фиг. 3 однозначно определяется перемещением Н и не зависит от Т.

Для доказательства равенства нулю выражения (2) при Н = Hp и всех Т рассмотрим вначале случай линейной температурной зависимости. Пусть сигналы 01 и U2 выражаются через температуру Т:

01 = 01о — (01в — 01о)

Т вЂ” T min

Tmax — Tmln >

U2 = U2p — (02m — U2p) т — Tmin

Tmax T min где Тл ин, Тмакс соответственно минимал ьное и максимальное значение температуры .Т из диапазона ее изменения.

1744439

U0 = K>0<0-U20, A1 (1 40 02г — 02p

1 - ехр, " н U> — Ою

Тмин

exp (—

Т Т„)) ) )+ Аг (1 — exp

Тогда для всех Тмин < Т < Тмакс на зазоре

Н = Hp имеем 0* — — — - (Ui — 01ог — (Up1о

020) = К! {(010 Т -Т- (01 010))

Т Тмин

0,0) - {(020

Тмин (Ог — Ого)) — 020) = (U2m — Ого) T -„

- (U2m 020) = О, т.е, при произвольных линейных зависимостях 0 (Т) и 02(Т) на зазоре. Н = Hp при всех

Тмин < Т «< Тмакс достигается полна компенсация выходного сигнала, Пусть теперь температурные зависимости на зазоре Н = HO являются нелинейными, но законы, которыми они описываются, являются одинаковыми, например экспоненциальными, т.е.

U> = U

U2 = U20 — Аг(1 — ехр (— )), Тмин где Аь A2, — температурные коэффициенты датчиков.

flrlsI A = H0

U*- K1{-А1 (1 — ехр{ ) )j—

Т Тмин

{ Аг 1 — ехр () 1 ) = - т.е. и в этом случае на зазоре Н = Но при всех

Тмин < Т 4 Тмакс достигается полная компенсация выходного сигнала.

Таким образом способ обеспечивает такое преобразование, что при любых Тмин <

Т < Тмакс будут соблюдаться равенства в двух реперных точках диапазона Н:

Оз = 0 при Н = Hp и Оз = Ооп при выходе объекта контроля из зоны чувствительности преобразователя 1, т,е. обеспечивается независимость функции Оз(Н) от Т.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет производить на5 стройку преобразователя на обьект контроля всего один раз, и при изменении неинформативного влияющего фактора отстройка от последнего, на порядок повышающая точность преобразования, 10 производится автоматически без дополнительной установки нуля измерительного устройства.

Формула изобретения

Вихретоковый способ измерения зазо15 ра при помощи измерительного и компенсационного преобразователей, заключающийся в том, что при воздействии на оба преобразователя неинформативного влияющего фактора на измерительный пре20 образователь воздействуют полем контролируемого объекта, измеряют сигналы U< и

U2 соответственно на измерительном и компенсационном преобразователях и используют их для определения информативного

25 об измеряемом зазоре Н сигнала 0з. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно на измерительный преобразователь воздействуют полем заданной величины при воздействии на пре30 образователи неинформативным влияющим фактором соответственно минимальной и максимальной величин, измеряют соответствующие сигналы 010 020 и

0тг., 02> измерительноге и компенсацион35 ного преобразователей, определяют из соотношения где дополнительно определяют сигналы 0 т и 0гт соответственно с измерительного и

45 компенсационного преобразователей при воздействии неинформативного фактора и отсутствии контролируемого обьекта, находят коэффициент К2 из соотношения

50 Ооп

Кг—

К1 01т — 02т — 0о где 0он — масштабный коэффициент, а информативный сигнал 0з формируют е

55 соответствии с соотношением

03 = К2(К101 — 02 — 00).

1744439

Редактор M.Келемеш

Заказ 2185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГКНТ СССР

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

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

8Nip m!n

Составитель М.Суханина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская