Устройство для обнаружения ферромагнитных частиц износа в масле

 

Устройство предназначено для обнаружения ферромагнитных частиц износа в масляных системах различных установок, преимущественно силовых. Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности устройства путем исключения ложных срабатываний и повышение чувствительности путем увеличения возможной частоты срабатывания. Устройство содержит датчик с магнитным зазором, катушки намагничивания-размагничивания, компаратор, блок намагничивания-размагничивания с узлом генерации сигналов заданной формы и усилителем мощности, блок управления работой датчика с узлами логических ключей и генератором тактовых импульсов, блок регистрации и индикации измерений и блок питания, дополнительно в блок управления работой датчика введены триггер, формирователь командных импульсов, счетчик циклов размагничивания и инвертор. Кроме того, устройство дополнительно снабжено блоком сигнализации отказа. Датчик установлен в откачивающей магистрали маслосистемы и состоит из чувствительного элемента с магнитным рабочим зазором и катушки намагничивания-размагничивания. В предложенном устройстве время цикла намагничивания-размагничивания датчика составляет 2,5 с, потребляемая мощность не превышает 3 Вт, устройство сигнализирует о появлении в маслосистеме ферромагнитных частиц износа с массой менее 0,2 мкг и размером 50 мкм причем возможность ложных срабатываний ("залипание контактов") устройства устранена. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам обнаружения частиц износа в масляных системах работающих двигателей.

Известны устройства, сигнализирующие о наличии в масле ферромагнитной стружки. В современной реализации таких устройств в качестве детекторов используются датчики с магнитными зазорами линейного или кольцевого типа с постоянными магнитами, срабатывающие при электрическом замыкании этих зазоров токопроводящими частицами (см., например, патент США N 4070660 по классу 340 - 236 за 1978 год - аналог). Датчики такой конструкции сигнализируют лишь о качественном состоянии масла, в ряде случаев требуют изъятия из масляной системы и периодической очистки, что значительно снижает их информативность в реальном масштабе времени.

Лучшие результаты по информативности достигаются при применении датчиков с магнитными зазорами, оснащенных системами размагничивания, которые по сигналу оператора или автоматически включают систему размагничивания, компенсирующую магнитное поле в зазоре, что позволяет потоку масла смыть вызвавшие замыкание датчика частицы и снова привести датчик в рабочее состояние (см., например, а.с. СССР N 1079945 по классу F 16 N 29/04 за 1984 год - аналог). Частота срабатывания датчика при этом характеризует концентрацию ферромагнитных частиц износа в масле.

Недостатком известного устройства являются его низкая надежность и малое быстродействие.

Известно также устройство для обнаружения ферромагнитных частиц износа в масле, содержащее датчик с магнитным зазором, катушки намагничивания - размагничивания, компаратор, блок намагничивания - размагничивания с узлом генерации сигналов заданной формы, включающим мультивибратор, импульсный генератор, аналоговый умножитель и аналоговый ключ, и усилителем мощности, блок управления работой датчика с узлами логических ключей, генератором тактовых импульсов в виде таймера, декодером и узлом памяти, блок регистрации и индикации измерений, блоки питания постоянным и переменным током, причем выход датчика связан со входом компаратора, а выход узла генерации сигнала заданной формы связан со входом усилителя мощности, выход которого связан с катушками намагничивания - размагничивания (см. патент США N 4100491 по классу 324 - 204 за 1978 год, фиг. 4 - прототип).

Недостатком известного устройства является возможность ложных срабатываний датчика при замыкании зазора намагниченной частицей ("залипание"), не удаляемой потоком масла, а также низкая чувствительность, связанная с большим временем цикла, в течение которого устройство не воспринимает входной сигнал. Время цикла складывается из времени размагничивания, времени освобождения от накопленных частиц и времени последующего намагничивания датчика. При запитывании катушки размагничивания модулированным по амплитуде знакопеременным напряжением реальная частота срабатывания датчика, при приемлемых температурных режимах катушки, не превышает трех циклов в минуту. Значительная мощность, выделяемая на регулирующих элементах, является органическим недостатком использованного в прототипе способа размагничивания.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности устройства путем исключения ложных срабатываний и повышение чувствительности путем увеличения возможной частоты срабатывания.

Эта задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем датчик с магнитным зазором, катушки намагничивания-размагничивания, компаратор, блок намагничивания-размагничивания с узлом генерации сигналов заданной формы и усилителем мощности, блок управления работой датчика с узлами двух логических ключей и генератором тактовых импульсов, блок регистрации и индикации измерений, блок питания, причем выход датчика связан со входом компаратора, а выход узла генерации сигнала заданной формы связан со входом усилителя мощности, выход которого связан с катушками намагничивания-размагничивания, в блок управления работой датчика дополнительно введены триггер, формирователь командных импульсов, счетчик циклов размагничивания и инвертор, причем первый вход триггера связан с выходом компаратора, второй вход триггера связан со вторым выходом формирователя командных импульсов и первым входом счетчика циклов размагничивания, третий вход триггера связан с третьим выходом формирователя командных импульсов и первым входом первого логического ключа, первый выход триггера связан с блоком регистрации и индикации и вторым входом первого логического ключа, второй выход триггера связан с первым входом формирователя командных импульсов, второй вход формирователя командных импульсов связан с выходом второго логического ключа, первый выход формирователя командных импульсов связан со входом узла генерации сигналов заданной формы, выход генератора тактовых импульсов связан с третьим входом первого логического ключа и первым входом второго логического ключа, выход первого логического ключа связан со вторым входом усилителя мощности и вторым входом счетчика циклов размагничивания, выход счетчика циклов размагничивания связан со входом инвертора, выход инвертора связан со вторым входом второго логического ключа. Кроме того, устройство дополнительно содержит блок сигнализации отказа, связанный с выходом счетчика циклов размагничивания.

На чертеже представлена блок - схема предлагаемого устройства.

Согласно предложению, устройство для обнаружения ферромагнитных частиц износа в масле содержит датчик 1 с магнитным зазором, катушки 2 намагничивания- размагничивания, компаратор 3, блок 4 намагничивания-размагничивания с узлом 5 генерации сигналов заданной формы и усилителем 6 мощности, блок 7 управления работой датчика 1 с узлами 8 и 9 двух логических ключей "И" и генератором 10 тактовых импульсов, блок 11 регистрации и индикации измерений и блок питания (на фигуре условно не показан). Блок 7 управления работой датчика 1 дополнительно содержит триггер 12, формирователь 13 командных импульсов, счетчик 14 циклов размагничивания и инвертор 15. Устройство также содержит блок 16 сигнализации отказа.

При этом выход датчика 1 связан со входом компаратора 3, а выход узла 5 генерации сигналов заданной формы связан со входом усилителя 6 мощности, выход которого связан с катушками 2 намагничивания- размагничивания датчика 1. Первый вход 12.1 триггера 12 связан с выходом компаратора 3, второй вход 12.2 триггера 12 связан со вторым выходом 13.4 формирователя 13 командных импульсов и первым входом 14.1 счетчика 14 циклов размагничивания, третий вход 12.3 триггера 12 связан с третьим выходом 13.5 формирователя 13 командных импульсов и первым входом 8.1 первого 8 логического ключа "И", первый выход 12.4 триггера 12 связан с блоком 11 регистрации и индикации измерений и вторым входом 8.2 первого логического ключа "И", второй выход 12.5 триггера 12 связан с первым входом 13.1 формирователя 13 командных импульсов. Второй вход 13.2 формирователя 13 командных импульсов связан с выходом 9.1 второго логического ключа "И", первый выход 13.3 формирователя 13 командных импульсов связан со входом узла 5 генерации сигналов заданной формы. Выход генератора 10 тактовых импульсов связан с третьим входом 8.3 первого логического ключа 8 и первым входом 9.2 второго логического ключа 9. Выход 8.4 первого логического ключа 8 связан со вторым входом 6.2 усилителя мощности и вторым входом 14.2 счетчика 14 циклов размагничивания, выход 14.3 счетчика 14 циклов размагничивания связан со входом инвертора 15, выход которого связан со вторым входом 9.3 второго логического ключа 9. Кроме того, выход 14.3 счетчика 14 циклов размагничивания дополнительно связан со входом блока 16 сигнализации отказа.

Датчик 1 состоит из чувствительного элемента с магнитным рабочим зазором и катушки 2 намагничивания- размагничивания. Магнитное поле в рабочем зазоре датчика 1 создается постоянным магнитом с невысокой коэрцитивной силой, что позволяет перемагничивать его с помощью катушки 2, запитываемой импульсным знакопеременным током. Чувствительный элемент датчика 1 располагается в общей откачивающей магистрали системы смазки двигателя и действует по принципу реле с нормально разомкнутыми контактами.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При циркуляции масла и замыкании частицами износа чувствительного элемента (контактов) датчика 1 на выходе компаратора 3 устанавливается положительный потенциал единичного уровня (логическая единица), который воздействует на главный вход 12.1 триггера 12. Когда на главном входе триггера 12 сигнал равен единице, на обоих его выходах 12.4 и 12.5 также устанавливаются единицы независимо от сигналов на подчиненных входах 12.2 и 12.3. Сигнал с выхода 12.4 поступает на вход блока 11 регистрации и индикации и вход 8.2 логического ключа 8. Сигнал с выхода 12.5 поступает на вход 13.1 формирователя 13 командных импульсов. При единичном уровне на этом входе и открытом ключе 9, пропускающем на вход 13.2 тактовые импульсы генератора 10, на выходах 13.3, 13.4 и 13.5 поочередно - последовательно появляются положительные прямоугольные управляющие импульсы единичной амплитуды, длительность которых равна периоду тактовых импульсов, а частота повторения обратно пропорциональна заданному времени цикла размагничивания-намагничивания датчика 1. Первый управляющий импульс-импульс команды на размагничивание датчика 1 -появляется на выходе 13.3 сразу после установления единицы на входе 13.1 и запускает узел 5 генерации сигналов заданной формы, который вырабатывает пачку прямоугольных импульсов единичной амплитуды, следующих друг за другом с постоянной частотой и уменьшающейся длительностью. Усиленные усилителем 6 мощности, модулированные по ширине знакопеременные импульсы напряжения подаются на катушки 2 датчика 1, создающие размагничивающее датчик 1 магнитное поле, напряженность которого, как и сила тока в обмотке, из-за влияния индуктивности катушки имеет вид последовательности знакопеременных пилообразных импульсов с постепенно убывающими до нуля длительностью и амплитудой. Спустя время, предусмотренное для размагничивания датчика 1 и удаления частиц из рабочего зазора протекающим маслом, формирователь 13 командных импульсов вырабатывает второй управляющий импульс-импульс контроля состояния контактов датчика 1, который появляется на выходе 13.4 и поступает на вход 14.1 счетчика 14 циклов размагничивания, а также на вход 12.2 триггера 12. К этому моменту, при исправной работе датчика 1, его контакты уже находятся в разомкнутом состоянии и сигнал на выходе компаратора 3 и входе триггера 12.1 имеет нулевой уровень. Замена единицы нулем на главном входе 12.1 не приводит к изменению ранее установленных единичных уровней на выходах триггера 12, но делает их чувствительными к воздействию сигналов, приходящих на соответствующие подчиненные входы. Появление контрольного сигнала на входе 12.2 триггера 12 при нуле на входе 12.1 приводит к инверсии сигнала на выходе 12.4 и установлению на этом выходе нулевого уровня, который отрабатывается блоком 11 регистрации и индикации, фиксирующим факт размыкания контактов датчика 1. Вслед за контрольным импульсом появляется третий управляющий импульс-импульс команды на намагничивание датчика 1, который с выхода 13.5 формирователя 13 командных импульсов поступает на вход 12.3 триггера и вход 8.2 ключа 8, представляющего собой логическую ячейку "И". Так как вход 8.2 ключа 8 связан с выходом 12.4 триггера 12, а на вход 8.3 непрерывно приходят тактовые импульсы генератора 10, период которых равен длительности командного импульса, то на выходе 8.4 ключа 8 появляется одиночный импульс, который после усиления усилителем 6 мощности запитывает катушки 2, создающие магнитное поле, намагничивающее датчик 1. Одновременно импульс с выхода 8.4 ключа 8 поступает на управляющий вход 14.2 счетчика 14 циклов размагничивания и обнуляет его. Появление управляющего сигнала на входе 12.3 триггера 12 при нулевом уровне на его главном входе 12.1 приводит к инверсии сигнала на выходе 12.5 и установлению нулевого уровня на входе 13.1 формирователя 13 командных импульсов. Сигнал "ноль" на входе 13.1 запрещает формирователю 13 воспринимать тактовые импульсы, приходящие на вход 13.2, вследствие чего все устройство оказывается в исходном состоянии, которое сохраняется до следующего замыкания датчика 1. Если по какой-либо причине после размагничивания чувствительный элемент датчика 1 окажется в замкнутом состоянии ("залипание контактов"), то срабатывает система защиты. Действительно, в этом случае на главном входе 12.1 триггера 12 будет постоянно высокий уровень (логическая единица), приводящий выходы триггера в единичное состояние. На входе 8.1 ключа 8 будет постоянно низкий уровень, т.е. ключ не пропустит намагничивающие импульсы, и счетчик 14 циклов размагничивания, считающий магнитные импульсы, не будет обнуляться. После нескольких повторных размагничиваний, число которых определяется коэффициентом пересчета, счетчик 14 циклов размагничивания переполнится и на его выходе установится высокий уровень (логическая единица). Этот сигнал через инвертор 15 и ключ 9 отключит формирователь 13 командных импульсов от генератора 10 и, тем самым, переведет устройство в устойчивое состояние, нечувствительное к сигналам датчика. Одновременно на выходе блока 16 сигнализации отказа появится сообщение об отказе устройства.

Частота появления выходного сигнала на блоке 11 регистрации и индикации характеризует текущее состояние двигателя при его работе и позволяет, при необходимости, своевременно принять меры по предотвращению или устранению аварийной ситуации.

Работоспособность и эффективность предложенного технического решения подтверждены испытаниями макетного образца устройства, проведенными в условиях, соответствующих работе масляных систем авиационных двигателей.

При этом установлено следующее. Время цикла намагничивания-размагничивания датчика составляет 2,5 сек, потребляемая мощность не превышает 3 Вт, устройство сигнализирует о появлении в маслосистеме ферромагнитных частиц износа с массой менее 0,2 микрограмма и размером 50 микрометров и способно регистрировать частицы с массой более 5 микрограммов и размером более 250 микрометров.

Возможность ложных срабатываний устройства устранена, что подтвердили специальные стендовые испытания устройства с введением в масло предварительно намагниченных частиц, аналогичных реальным частицам износа.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения ферромагнитных частиц износа в масле, содержащее датчик с магнитным зазором, катушки намагничивания-размагничивания, компаратор, блок намагничивания-размагничивания с узлом генерации сигналов заданной формы и усилителем мощности, блок управления работой датчика с узлами двух логических ключей и генератором тактовых импульсов, блок регистрации и индикации измерений и блок питания, причем выход датчика связан с входом компаратора, а выход узла генерации сигналов заданной формы связан с входом усилителя мощности, выход которого связан с катушками намагничивания-размагничивания, отличающееся тем, что блок управления работой датчика содержит дополнительно триггер, формирователь командных импульсов, счетчик циклов размагничивания и инвертор, причем первый вход триггера связан с выходом компаратора, второй вход триггера связан с вторым выходом формирователя командных импульсов и первым входом счетчика циклов размагничивания, третий вход триггера связан с третьим выходом формирователя командных импульсов и первым входом первого логического ключа, первый выход триггера связан с блоком регистрации и индикации и вторым входом первого логического ключа, второй выход триггера связан с первым входом формирователя командных импульсов, второй вход формирователя командных импульсов связан с выходом второго логического ключа, первый выход формирователя командных импульсов связан с входом узла генерации сигналов заданной формы, выход генератора тактовых импульсов связан с третьим входом первого логического ключа и первым входом второго логического ключа, выход первого логического ключа связан с вторым входом усилителя мощности и вторым входом счетчика циклов размагничивания, выход счетчика циклов размагничивания связан с входом инвертора, а выход инвертора связан с вторым входом второго логического ключа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено блоком сигнализации отказа устройства, связанным с выходом счетчика циклов размагничивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.09.2007

Извещение опубликовано: 10.04.2009        БИ: 10/2009

---