Устройство для бесконтактного многоточечного контроля параметров вращающихся объектов

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функционально-оперативных возможностей бесконтактного контроля режимов функционирования вращающихся систем при повышении достоверности результатов измерений и сведении к минимуму их трудоемкости - достигается тем, что в устройство введены импульсный усилитель 35, двусторонний ограничитель 36, дифференцирующий узел 37, кольцевой переключатель (КП) 44, составленный двухстабильными звеньями 39-43, группы управляемых ключевых каскадов (УКК) 45- 49 и детектирующих ячеек 50-54, многоканальный самописец 55 и стрелочный

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 К 13/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 4 () ы 4

) ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4496624/21 (22) 31.10.88 (46) 07.10.92. Бюл. М 37 (71) Уфимский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) Б.П.Фридман (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1722139, кл, G 01 К 13/08, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

МНОГОТОЧЕЧНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТ ОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Ц6ль изобретения

„„5U „„1767361 А1 — расширение функционально-оперативных возможностей бесконтактного контроля режимов функционирования вращающихся систем при повышении достоверности результатов измерений и сведении к минимуму их трудоемкости — достигается тем, что в устройство введены импульсный усилитель

35, двусторонний ограничитель 36, дифференцирующий узел 37, кольцевой переключатель (КП) 44, составленный двухстабильными звеньями 39-43, группы управляемых ключевых каскадов (УКК) 45—

49 и детектирующих ячеек 50 — 54, многоканальный самописец 55 и стрелочный

1767361

15

25

35

40 индикатор 57 с переключателем 56, а диск

27 снабжен группой ферромагнитных элементов 28 — 32. При вращении исследуемого объекта, когда сопротивления сенсорных элементов 10 изменяются в соответствии с текущими значениями группы контролируемых параметров, потенциалы электрдов 18—

22 индивидуально изменяются, наводя на пластине 24 переменную ЭДС в виде циклически пбвторяющейся группы разновысоких частотозапбЛ нен ных импульсов, которые после прохождения через селектирующий

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для следящего контроля и параллельной регистрации изменения локальных деформаций, механических напряжений и температуры на группе участков вращающихся систем и механизмов при их испытаниях и эксплуатации, Цель изобретения состоит в расширении оперативно-технических и функциональных возможностей контроля, снижении трудоемкости проводимых измерений за счет обеспечения непрерывной параллельной регистрации взаимонезависимых индивидуальных изменений величин группы одновременно контролируемых параметров в графоаналоговой и цифровой формах, На чертеже представлен блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 переменного тока, имеющий симметричный трансформаторный выход, который своими крайними выходными клеммами 2 и 3 соединен со статорами 4 и 5 двух вращающихся конденсаторов 6 и 7, к роторам 8 и 9 которых подключены общие крайние точки группы параллельно соединенных между собой резистивных делителей напряжения, каждый из которых составлен чувствительным резистивным элементом 10 (роль которого могут исполнять термистор и тензосопротивление), а также постоянным резистивным элементом 11 и потенциометром 12 резистивных делителей 10, 11, 12), Средние точки 13, 14, 15, 16, 17 указанной группы резистивных делителей 10, 11, 12, число которых в общем случае определяется количеством подлежащих одновременному контролю параметров исследуемого вращающегося объекта, соединены с пластинчатыми,электродами 18, 19, 20, 21, 22 подвижной роторной части емкостного распределителя 23, к неподвижному отборочному электроду 24 которого, усилительный блок 25 параллельно воздействуют на правые входы УКК 45-49. Одновременно с этим при вращении диска 27 с ферромагнитными элементами 28 — 32 в обмотке рецептора 33 наводятся импульсные

ЭДС, которые после прохождения через узлы 35, 36, 37 и емкости 38 переключают звенья 39 — 43 КП таким образом, что на левые входы УКК 45 — 49 с выходов КП последовательно поступают П-образные сигналы, поочередно отпирающие УКК 45 — 49. 1 ил. расположенному извне за пределами роторной части (18-22) емкостного распределителя 23, подключен вход селектирующего импульсного блока 25.

Подвижная часть устройства, совместно вращающаяся с исследуемым объектом, охвачена на схеме штриховым контуром 26, На общей оси с исследуемым объектом закрепляется также диамагнитный диск (кольцо)

27, на внешней цилиндрической поверхности которого равноинтервально неподвижно установлены остроконечные ферромагнитные элементы 28, 29, 30, 31, 32, Против диамагнитного кольца 27 с ферромагнитными элементами 28 — 32 неподвижно установлен двухобмоточный магнитный рецептор (магнитная головка)

33, первая обмотка которого связана с источником подмагничивающего тока-выпрямительным узлом 34, а вторая обмотка которого соединена со входом импульсного усилителя 35.

Выход усилителя 35 через двусторонний амплитудный ограничитель 36 и последовательно с ним включенный дифференцирующий узел 37 циркулярнопараллельно связан с помощью разделительных конденсаторов 38 с управляемыми раздельными входами группы звеньев

39,40,41,42,43, образующих кольцевой переключатель ь (коммутатор) 44.

Выходы всех звеньев 39 — 43 кольцевого переключателя 44 раздельно соединены с первыми (левыми по схеме) манипуляторными входами группы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48,49, вторые (правые по схеме) функциональные входы которых параллельно присоединены к выходу селектирующего блока 25, связанного своим входом с неподвижным отборочным электродом 24 емкостного распределителя 23.

При этом выход каждого из,группы управляемых ключевых каскадов 45,46,47,48 и

49 через одну из группы детектирующих

5—

1767361 ячеек 50,51,52,53,54 соединен параллельно исходит и вращение диамагнитного кольца с одним из входов многоканального регист- 27 блока синхронизации. При прохождении рирующего самописца 55, а также с соответ- остроконечных ферромагнитных элементов ствующим неподвижным контактом 28,29,30,31,32 мимо рабочего зазора магмногопозиционного переключателя 56, по- 5 нитного рецептора 33, получающего ток движный контакт которого соединен со подмагничивания от узла 34, с выходной стрелочным индикатором 57, обмотки этого рецептора на вход импульсУстройство работает следующим обра- ного усилителя 35 поступают импульсные сигналы, которые после амплитудного ограС симметричных клемм 2 и 3 генератора ничения и дифференцирования соответст10

1 переменного тока противофазные относи- венно узлами 36 и 37 параллельно подаются тельно "земли" сигналы поступают через через разделительные конденсатроы 38 на вращающиеся конденсатооры 6 и 7 на пар- внешние входы группы звеньев лелльно включенные резистивные делители 39,40,41,42,43 кольцевого переключателя

10, 11, 12, выходные точки 13, 14, 15, 16, 17 " (коммутатора) 44. которых связаны с пластинчатыми электро- Благодаря действию внутренней междами 18,19,20,21,22 подвижной (роторной) каскадной связи между соседними звеньячасти емкостного распределителя 23, При ми 39 — 43 кольцевого переключателя 44 в этом пластинчатые электроды 18 — 22 емко- сочетании с воздействием на звенья 39 — 43 стного распределителя 23 с выходныхточек 20 циркулярно поступающих с выхода диффе13 — 17 резистивных делителей 10, 11, 12 ренцирующего узла 37 внешних спусковых получают переменные напряжения, частота импульсов, схваченные в кольцо звенья 39— которых определяется генератором 1, а уро- 43 переключаются строго синфазно со смевень и фаза — соотношением действующих ной пластинчатых электродов 18 — 22 пр

25 п иих величин сопротивлений, сенсорныхэлемен- последовательном прохождении мимо нетов 10 (термисторов или тензорезисторов), подвижного отборочного электрода 24 ема также подстроечных резисторных элемен- костного распределителя 23, тов 12 в каждом из группы параллельно В процессе работы кольцевого перевключенных делителей 10, 11, 12. ключателя 44, все звенья 39 — 43 которого

В процессе вращения контролируемого " представляют собой двухстабильные триг30 объекта, когда пластинчатые электроды 18, герные ячейки, в каждый момент времени

19, 20, 21, 22 роторной части емкостного только одно из звеньев находится в "опрораспределителя 23 последовательно прохо- кинутом" состоянии по отношению к остальдятмимонеподвижноустановленногоотбо- ным звеньям кольца, причем это рочного электрода 24 этого делителя, между 35 "опрокинутое" состояние последовательно электродом 24 и "землей" поочередно воз- передается от одного звена кольца к другоникают переменные ЭДС в форме цикличе- му в моменты воздействия на переключаки повторяющейся группы разновысоких тель 44 внешних спусковых импульсов, частотозаполненных импульсов, соотноше- поступающих с выхода дифференцирующение уровней (амплитудных значений) кото- 40 гоузла37 на внешние входы звеньев 39-43 рых определяется индивидуальными через конденсаторы 38. соотношениями действующих величин со- С выходов закольцованных звеньев 39— противлений плечей внутри каждого из 43переключателя44всоответствиисосмегруппы параллельно вклЮченных резистив- ной подвижных электродов 18,19,20,21,22 ных делителей 10,11,12, емкостного распределителя 23, проходящих

Переменные ЭДС, почередно возника- мимо его неподвижного отборочного электющие между отборочным электродом 24 и рода 24, на манипуляторные(левые по схе"землей" при последовательном прохожде- ме) входы управляемых ключевых каскадов нии электродов 18 — 22 роторной части ем- 45,46,47,48,49 поочередно поступают перикостного распределителя 23 мимо его 50 одическиеимпульсыотпоследовательнопенеподвижногоэлектрода 24, после прохож- реходящих в опрокинутое состояние дения через селектирующий усилительный звеньев 39,40,41,42,43 кольцевого переклюблок 25 параллельно поступают на функци- чателя 44. ональные (правые по схеме) входы группы Указанные импульсы, поочередно поуправляемых ключевых каскадов -55 ступающие с выходов звеньев 39 — 43 коль45,46,47,48,49. цевого переключателя 44 на

Синхронно с вращенйем контролируе- манипуляторные (левые) входы управляемого объекта, а также роторов 8, 9 конден- мых ключевых каскадов 45 — 49, последовасаторов 6, 7 и роторной части (электроды тельно отпирают эти каскады таким

18 — 22) емкостного распределителя 23 про- образом, что в любой момент времени в

1767361 открытом состоянии находится только один из управляемых ключевых каскадов 45 — 49.

При этом для циклически повторяющейся последовательности разновысоких частотозаполненных импульсов, параллельно поступающих с выхода селектирующего усилительного блока 25 на все функциональные (правые по схеме) входы управляемых ключевых каскадов 45, 46, 47, 48, 49, в течение каждого временного интервала, отвечающего прохождению одного из подвижных электродов 18 — 22 емкостного распределителя 23 мимо его отборочного электрода 24, оказывается отпертым один из группы управляемых ключевых каскадов

45 — 49, порядок отпирания которых по левому манипуляторному входу соответствует очередности формирования частотозаполненных импульсов на отборочном электроде 24 по мере прохождения мимо него электродов 18 — 22 роторной части емкостнго распределителя 23, В результате манипуляции управляемых ключевых каскадов 45 — 49 выходными импульсами, поступающими со звеньев 39—

43 кольцевого переключателя 44 на левые входы ключевых каскадов 45 — 49, на выходах этих каскадов поочередно появляются взаимно разделенные периодически повторяющиеся частотозаполненные импульсы повышенной скважности, время действия которых совпадает со временем прохождения отдельных подвижных электродов 18—

22 емкостного распределителя 23 мимо отборочндго электрода 24.

На входе детектирующих ячеек

50,51,52,53,54,55 отделенные друг от друга из общей последовательности частотозаполненные импульсы возникают в том же порядке, в каком эти импульсы следуют друг . за другом в общей последовательности им. пульсных сигналов, формируемых на отборочном электроде 24 при прохождении мимо него подвижных электродов 18 — 22, роторной части емкостного распределителя

23.

Точное совмещение временных интервалов циклически передаваемого отпертого сбстояния управляемых ключевых каскадов

45 — 49 — с одной стороны, а с другой— временных интервалов, соответствующих прохождению подвижных электродов 18—

22 емкостного распределителя 23 мимо отборочного электрода 24, достигается начальной фазировкой диамагнитного диска (кольца) 27 с ферромагнитными элементами

28 — 32 относительно электродов 18 — 22 роторной части емкостного распределителя

23 и обеспечивает раздельное поступление на входы детектирующих ячеек

50,51,52,53,54 частотозаполненных импульсных сигналов, несущих раздельную информацию об уровне переменных потенциалов в выходных точках 13, 14, 15, 16, 17 группы резистивных делителей 10,11,12.

С выхода детектирующих ячеек 50 — 54 на раздельные входы многоканального самописца 55 и на неподвижные контакты переключателя 56 поступают сигналы постоянного тока, соотношение уровней которых равно соотношению амплитуд переменных напряжений в контрольных точках

13 — 17 группы резистивных делителей 10, 11, 12.

При запуске многоканального самописца 55 íà его ленте будут регистрироваться диаграммы, отражающие в графической (аналоговой) форме характер изменения во времени действующих величин сопротивлений сенсорных элементов, входящих во все параллельно включенные резистивные делители 10,11,12.

На ленте самописца 55 одновременно и раздельно отображается закон изменения во времени текущих значений всех подлежащих следящему контролю параметров исследуемого вращающегося объекта, вызывающих индивидуальные изменения величины сопротивлений резистивных элементов 10 (тензорезисторов, термосопротивлений) и соответствующие изменения уровней сигналов как в контрольных точках

13. „17 делителей 10, 11, 12, так и на соответствующих входах многоканального самописца 55.

При необходимости параллельной регистрации подлежащих контролю параметров вращающегося объекта в дискретно-цифровой форме к выходам детектирующих ячеек

50 — 54 наряду с многоканальным самописцем может быть подключен также цифровой регистратор (ЭЦВМ), Исходная настройка устройства перед измерениями производится в соответствии с техническими условиями, по которым должен осуществляться следящий контроль за изменением локальных параметров вращающегося объекта, В случае, если согласно программе исследований изменения температуры контролируемых участков вращающегося объекта, либо изменения локальных деформаций указанных участков должны иметь в процессе проводимых испытаний однонаправленный характер относительно исходных значений этих параметров, то есть если при индивидуальных различиях величин контролируемых параметров знак их приращения будет являться общим для всех контролируемых участков исследуемого объекта, то пе1767361

40

50

55 ред проведением измерений контрольную систему приводят в исходное состояние установкой потенциометров 12 в такое положение, при котором уровни переменных напряжений, поступающих с точек

13,14,15,16,17 резистивных делителей

10,11,12 на электроды 18,19,20,21,22 роторной части емкостного распределителя 23, становятся равными нулю.

Для этого соосно расположенные с исследуемым объектом диамагнитный диск 27 и роторную часть емкостнго распределителя 23 последовательно устанавливают в ряд фиксированных угловых положений, при которых каждый из подвижных электродов 18 — 22 емкостного распределителя 23 поочередно располагается против неподвижного отборочного электрода 24, и переменным резистором 12 соответствующих резистивных делителей 10,11,12 приводят уровень переменного сигнала, наводимого на входе селектирующего усилительного блока 25, к нулю, контролируя это с помощью стрелочного индикатора 57 при соответствующем положении переключателя 56.

Последующий обзорно-поверочный контроль правильности исходной установки потенциометрами 12 Всех делителей

10,11,12 нулевого уровня сигнала на электродах 18 — 22 роторной части емкостного распределителя 23 легко может быть произведен также непосредственно в динамике— в процессе вращения исследуемого объекта, для чего стрелочный индикатор 57 поочередно коммутируют переключателем 56 к выходам детектирующих ячеек

50,51,52,53,54, убеждаясь в нулевом уровне выпрямленных ими сигйалов.

Если подлежащим контролю параметром вращающегося объекта является локал ьная деформация отдел ьн ых участков этого объекта, то роль сенсорных первичнопреобразующих элементов, входящих в резистивные делители 10,11,12, выполняют тензорезисторы, закрепляемые на соответствующих участках контролируемого объекта, Если же предметом исследования является контроль характера распределения температуры между отдельными частями вращающегося объекта, то роль сенсорных элементов в резистивных делителях

10,11,12 выполняют термисторы, установленные у подлежащих контролю участков вращающегося объекта.

Величина сопротивления чувствительных(сенсорных) элементов, расположенных на различных участках исследуемого объекта, в процессе вращения последнего изме- няется в соответствии с локальными изменениями температуры и деформации контролируемых участков вращающегося объекта, в результате чего происходит динамическое перераспределение потенциалов на элементах резистивных делителей

10,11,12.

При этом потенциалы выходных точек

13 ... 17 делителей 10,11,12 по различному отклоняются от six йсходно установленного нулевого значения, обуславливая формирование на пластинчатых электродах 18 — 22 роторной части емкостного распределителя

23 переменных сигналов, частота которых определяется генератором 1, а амплитуда— величиной индивидуального отклонения контролируемого параметра (локальной температуры или деформации) относительно исходно зафиксированного при тарировке системы значения.

Вместе со сравнительной качественной оценкой характера относительйого взаимного изменения величин группы параллельно контроли руемых параметров обеспечивается также возможность следящего контроля и автоматической регистрации абсолютных значений указанной группы параметров вращающегося объекта, для чего производится предварительная установка масштаба регистрации контролируемых параметров, При необходимости исследования температурных режимов работы вращающегося объекта предварительная калибровка измерительной системы и установка масштаба регистрации температуры различных участков исследуемого объекта и роизводится с помощью термокамеры, в которую заключают подлежащий контролю объект с размещенными на йем термисторами (по схеме — резистивными элементами 10).

Задавая исследуемому объекту термокамерой максимальное значение температуры, которое может быть достигнуто отдельными участками вращающегося объекта в процессе его предстоящих испытаний, устанавливают коэффициент передачи по напряжению селектирующего усилительного блока 25 такой величины, чтобы отклонение пера самописца 55 укладывалось при этом в пределах рабочей ширины ленты прибора, составляя 0,8 — 0.9 от указанной ш ирины.

На этом уровне по длине ленты наносят прямоую линию с температу >ной меткой, соответствующей заданной термокамерой максимальной температуре. Затем, после-довательно задавая- термокамерой ряд более низких значений температуры, вызывающих соответствующие отклонения пера самописца 55; аналогичным образом

1767361

12 на ленту самописца по ее длине наносится группа снабжаемых температурными метками прямых, параллельных начально нанесенной линии, отвечающей максимальному значению температуры исследуемого объекта.

При необходимости исследования изменений деформационного состояния отдельных участков вращающегося объекта предварительная калибровка измерительной системы и установка масштаба графической регистрации параметра деформации производится с помощью тарировочного нагружающего устройства, создающего калиброванные величйны деформации подлежащих контролю участков исследуемого объекта.

В случае, если согласно программе испытаний вращающегося объекта, приращения подлежащих измерениям параметров деформации и температуры должны изменять наряду со своей абсолютной величиной также и направление (знак) своего отклонения, исходную настройку контрольной системы производят следующим образом.

Перед началом испытаний исследуемого объекта переменные резисторы 12 групп"ы делителей 10, 11, 12 устанавливают в такое положение, при котром выходные точки 13 — 17 делителей 10,11,12 получают одинаковый для вех этих делителей переменный потенциал исходного дебаланса (расстройки), амплитуда которого должна превышать максимальную абсолютную величину ожйдаемых приращений уровней переменных сигналов в точках 13 — 17 делителей 10,11,12 в процессе испытаний контролируемого вращающегося объекта.

Йа ленте самописца 55 прйэтом регистрируется по длине ленты исходная прямая, отвечающая условному нулю, относительно

-которого будут в процессе испытаний регистрироваться двусторонние изменения величин контролируемых параметров.

В ходе последующих испытаний вращающегося объекта в соответствии с направлением изменения температуры или деформации контролируемых участков исследуемого объекта меняются также абсолютная величина и знак приращения соп ротивлений первично-преобразующих элементов 10. При этом к исходно установленному переменному сигналу дебаланса, поступающему с выходных точек 13 — 17 резистивных делителей 10,11,12 на электроды 18 — 22 роторной чаСти емкостнбго рас- пределителя 23, будут прибавляться различающиеся по уровню переменные напряжения, фаза которых в зависимости от направления (знака) приращения отдельных контролируемых параметров будет либо совпадать, либо противоположна фазе исходных сигналов в точках 13 — 17 делителей 10,11,12.

5 В соответствии с этим формируемые на входе селектирующего усилительного блока

25 частотозаполненные импульсы взаимно дифференцируются по уровню, отклоняясь в ту или иную сторону от исходно установ10 ленного условно-нулевого уровня сигнала на входе блока 25 при начальном дебалансе делителей 10,11,12.

Текущие значения контролируемых параметров температуры и деформации, а так15 же знак отклонения этих параметров относительно их исходных величин, легко контролируются по смещениям ординат всех регистрируемых самописцем 55 диаграмм относительно первично установленн20 го для них всех общего исходного уровня, Формула изобретения

Устройство для бесконтактного многоточечного контроля параметров вращающихся объектов, содержащее генератор

25 переменного тока с противофазными выходами, блок синхронизации с подвижным диамагнитным диском, неподвижным магнитным рецептором и импульсным усилителем, емкостный распределитель, селек30 тирующий усилительный блок, чувствительные резистивные делители напряжения по числу контролируемых параметров, крайние точки которых параллельно соединены между собой и связаны через

35 пару вращающихся конденсаторов с противофазными выходами генератора переменного тока, а средние точки раздельно соединены с пластинчатыми электродами подвижной части емкостного распределите40 ля, неподвижный отборочный электрод которого соединен с входом селектирующего усилительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения оперативнотехнических и функциональных возможно45 стей контроля, повышения достоверности измерений при снижении их трудоемкости, в него введены двусторонний амплитудный ограничитель, дифференцирующий узел. кольцевой переключатель, управляемые

50 ключевые каскады по числу контролируемых параметров, детектирующие ячейки по числу контролируемых параметров, многоканальный самописец и стрелочный индикатор с многопозиционным переключателем, 55 при этом диамагнитный диск, закрепленный на оси вращения исследуемого объекта, снабжен группой равноинтервально установленных на наружной цилиндрической поверхности указанного диска остроконечных ферромагнитных элементов, против ди1767361

14

Составитель С,Радзевич

Техред М,Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà

Редактор

Заказ 3542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул;Гагарина, 101 ска с ферромагнитными элементами неподвижно установлен свим рабочим зазором двухобмоточный магнитный рецептор, одна из обмоток которого соединена с источником тока подмагничивания, а другая обмотка которого через импульсный усилитель, двусторонний амплитудный ограничитель и дифференцирующий узел циркулярно-параллельно связана при помощи разделительн ых конденсаторов с управляемыми раздельными входами звеньев кольцевого переключателя, выходы которых раздельно соединены с манипуляторными входами управляемых ключевых каскадов, функциональные входы которых параллельно подключены к выходу селектирующего усилительного блока, вход которого связан с неподвижным отбороч5 ным электродом емкостного распределителя,выход каждого управляемого ключевого каскада через соответствующую детектирующую ячейку параллельно соединен как с соответствующим неподвижным контактом

10 многопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен со стрелочным индикатором, так и с соответствующим входом многоканального самописца,