Вихретоковый способ измерения зазора

(51)5 6 01 В 7/10 ОСУДАРСТВЕННЫЙПОИЗОБРЕТЕНИЯМПРИГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИЯМ ОБ И нтрольно- рименятьзазоров в неинфорнапример ин в уело- ружающей ключающийся в апряжением два ельный (обмотка особа является изменении темнейной) зависиПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1073557, кл. 6 01 В 7/06, 1984,Авторское свидетельство СССРйв 615407, кл, 6 01 В 7/006, 1978.Валитов А.М. и Шилов Г.И. Приборы иметоды 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 вусловиях воздействия на преобразователи .неинформативных влияющих факторовЦель изобретения - повышение точности вОвсем диапазоне измерений зазора и неинИзобретение относится к ко змерительной технике и может и я при вихретоковых измерениях словиях воздействия на датчики ативных влияющих факторов,ри контроле энергетических.маш иях изменения температуры ок реды. Известен способ, за ом, что запитываются н атчика: первый измеритформативного 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 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); вто рой компенсационный (мост с термосопро тивлением, расположенным в рабочей зоне электромагнитного. преобразователя и уп равляющим вторым - опорным - каналом, а о величине зазора судят по разности выход ных сигналов измерительного и опорного каналов.Недостатком такого спналичие погрешности припературы из-за разной (нелимости импедансов преобразователя и термосопротивления.Известен также способ. заключающийся в том, что переменным напряжением запитывают двухобмоточный датчик, обмоткикоторого включены встречно и изготовленыиз материалов с разными температурнымикоэффициентами линейного расширения. ао зазоре судят по разности сигнала (напряжения) на одной из обмоток и масштабиро-.ванного сигнала, снимаемого со всейдифференциальной обмотки.Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в том, что вусловиях,воздейсгвия на два по возможности идентичных - измерительного и компенсационного - датчика неинформативноговлияющего фактора Т на измерительный датчиквоздействуют полем, создаваемым контролируемым обьектом; находящимся от этогоизмерительного датчика на измеряемомрасстоянии Н, измеряют сигналы 01 и 02 надатчиках. сравнивают их и по разности сигналов Оз судят о зазоре,Основным достоинством указанногоспособа является то, что из-за идентичностидатчики имеют близкие температурные ипрочие зависимости импедансов, которымиопределяется функция выходного сигналаОз от Н и Т, При этом влияние Т компенсируется пои определении разности 0-02.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 приходитсянепосредственно перед измерениями производить подстройку нуля измерительногоустройства.Цель изобретения - повышение точно. сти преобразования оо всем диапазоне изменений зазора НипННс инеинформэтивного влияющего факгораТминТ = Табаке без перерегулировки преобразователя.Цель достигается тем, что нэ измерительный датчик воздействуют полем, создаваемым контролируемым объектом,находящимся от преобразователя на заданном расстоянии Но, измеряют сигналы датчиков при минимальном и максимальномзначениях неинформативного параметра,определяют сигнал начальной компенсациииз соотношения Оо = К 1010 - 020где Оо - сигнал начальной компенсации:5К 1 -02 з 020Оы - ОюОйдо и 01 в - сигналы измерительногодатчика соответственно при минимальном и максимальном значениях неинформативно го параметра;020 и 02 п - аналогичные сигналы с компенсационного датчика.Затем воздействуют на измерительныйдатчик полем, создаваемым контролируе мым обьектом, находящимся от преобразователя на измеряемом расстоянии, при произвольном значении неинформативного влияющего фактора, измеряют текущие сигналы на измерительном и компенсацион ном датчиках, после чего снимаютвоздействие поля контролируемого объекта, определяют сигналы на измерительном и компенсационным датчиках, а разность, по которой судят о зазоре. определяют из 25 соотношенияОз = (К 101 - 02 Оо)К 2,где Оз- разность, по которой судят о зазоре:30Ооп2К 0 - 02 - 00К 2 - коэфФициент усилия;01 и 02 - текущие значения сигналовсоответственно измерительного и компенсационного датчиков при воздействии поля контролируемого объекта;01 т и 02 т - те же сигналы, после снятия 40 воздействия поля контролируемого обьекта, т.е, при воздействии только неинформативного влияющего фактора;Ооп - масштабный коэффициент.При этом величины Но и Ооп выбирают ся произвольно, но для большей точностиноминальный зазор Нп необходимо выбирать как можно ближе к.Нпцп. а Опп - как можно большей,На фиг. 1 изображена схема расположения обьекта контроля относительно преобразователя для преобразования зазора; на фиг. 2 - график зависимости величины О ==Оз/К 2 от Н для различных значений неинформативного влияющего фактора Т; на 55 фиг. 3 - график зависимости величины Оз отН для всех значений Т.В качестве примера конкретной реализации способа рассмотрим измерение преобразователем 1 с идентичными1744439 Ооп2К 101 т - Огт - Оо20 30 35 40 К 1 -02 в - 020 Оо = К 101 о-Ого 50 55 измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками (типа используемых в приборе ТПН) зазора Н между лопатками 4 вращающейся турбины (не показана) и защитным экраном 5 (фиг. 1), Лопатки попеременно появляются в зоне чувствительности измерительной обмотки 2 и выходят из зоны. Момент выхода из зоны чувствительности соответствует максимальному зазору между 2 и 4, т.е. Н = Нмакс,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,В момент запуска температура турбины и окружающей ее среды равна минимально му значению Тмин=20 С, что соответствует комнатной температуре (в лабораторных условиях). Поэтому до запуска турбины преоб-. разователь 1 выставляется и фиксируется на номинальном зазоре Но = 0,3 мм по одной из лопаток 4. При этом измеряются напряжения 010 и 020 с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотки соответственно, После запуска турбина некоторое время выходит на рабочий режим, аво 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 =ЗООС, После выключения в момент остановки турбины преобразователь 1 вновь выставляется на зазор Н, на датчиках 2 и 3 , измеряются соответственно напряжения 01 в и 02 в, и рассчитываются величины К 1 и Оо 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 на датчиках 2 и 3 в моменты нахождения лопаток 4 в зоне чувствительности датчика 2 и напряжения 01 т и 02 т соответственно на датчиках 2 и 3 в момент выхода лопаток 4 из 5 10 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. 0 величине биения зазора Н от номинального значения Но судят по величине Оз разности напряжений на датчиках 2 и 3 из соотношений; ОЗ = (К 101 - 02 - ОО) Кг где Ооп - в общем случае произвольное постоянное значение, имеющее смысл масштабного коэффициента размерности напряжения и для удобства выбрано таким, чтобы величине биения Н - Но = 0,01 мм соответствовало значение Оз, равное 1 В,Покажем, что предлагаемый способ позволяет достичь поставленную цель. Для этого достаточно доказать, что величина 0 = Оз/Кг = К 101 - 02 - Оо (2) при соблюдении Н = Но равна нулю как при линейных, так и при нелинейных температурных зависимостях напряжений 01 и 02, снимаемых с измерительного и компенсационного датчиков. При этом при помощи автоматически подстраиваемого коэффициЕНта уСИЛЕНИя К 2 дЛя ЗаЗОра Н = Нмакс ПрИ любых Т напряжениях Оз становится равным опорному Ооп (фиг. 3), Так как вид кривой О"(Н) Оз/Кг на фиг, 2 зависит лишь от взаимного пространственного расположения преобразователя и обьекта 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 = Но и всех Т рассмотрим вначале случай линейной температурной зависимости, Пусть сигналы 01 и 02 выражаются через температуру Т 01= 01 о - (01 в - 01 о) Т. Т - Тв 1 п Твах - Твпгде Тл 1 ин, Тмакс соответственно минимал ьное и максимальное значение температуры .Т из диапазона ее изменения.ин лы 01 т ого и й при орд и нахо - О,п Кг К 0 1 т 02 штабный вный сиг с соотно 01 -02 -коэффициент, ал Оз формирушением где Оои - мас а информати 5 соответствииОз= Кг(К Тогда для всех ТминТТмакс на зазоре Н = Не имеем О- --- (О 1- О 10)- Ре.1 о - 010 - 020) = К 1 (010 Т Т" (01 - О 10)1 - Т - Тмин ф 20 Тмакс ГминТ - Тмин (Ог - Ого)1- Ого) = (Огит - Ого) Т . - (02 ти - 020) = О,т.е, при произвольных линейных зависимостях О 1(Т) и 02(Т) на зазоре. Н = Но при всех ТминТТмакс достигается полна компенсация выходного сигнала,Пусть теперь температурные зависимости на зазоре Н = НО являются нелинейными, но законы, которыми они описываются, являются одинаковыми, например экспоненциальными, т.е. 01 = 01 о - А 11 - ехр (ВТ - Тмин 02 = 020 - А 21 ехр ()1Т Тмин где Аь А 2,2 - температурные коэффициентыдатчиков.Для А= Но О- К 1 (-А 1 1 - ехр() 1)Т - Тмин( А 21 - ехр() 1) т,е. и в этом случае на зазоре Н = Но при всех Тмин 4 Т 4 Тмакс достигается полная компенсация выходного сигнала.Таким образом способ обеспечивает такое преобразование, что при любых ТминТТмакс будут соблюдаться равенства в двух реперных точках диапазона Н:Оз = 0 при Н = Но и Оз = Оои 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 на стройку преобразователя на обьектконтроля 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 зазо ра при помощи измерительного и компенсационного преобразователей, заключающийся в том, что при воздействии на оба преобразователя неинформативного влияющего фактора на измерительный пре образователь воздействуют полем контролируемого объекта, измеряют сигналы О 1 и 02 соответственно на измерительном и компенсационном преобразователях и используют их для определения информативного 25 об измеряемом зазоре Н сигнала Оз, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, предварительно на измерительный преобразователь воздействуют полем заданной величины при воздействии на пре образователи неинформативным влияющим фактором соответственно минимальной и максимальной величин, измеряют соответствующие сигналы 010 02 о и 01 т., Огт измерительноге и компенсацион ного преобразователей, определяют из со- отношения К 1где дополнительно определяют сигна и Огт соответственно с измерительн 45 компенсационного преобразователевоздействии неинформативного фвк отсутствии контролируемого обьекта дят коэффициент К 2 из соотношения1744439 оставитель М.Суханинехред М.Моргентал ректор Н,Ревская ле едактор твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 П Заказ 2185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5