УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и диагностики параметров вибраций различных объектов, оборудования и сооружений.
Известно устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU №195546, МПК G01H 11/02, 2020 г.), содержащее цилиндрический немагнитный корпус с крышкой, снабженной отверстием, установленной с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения, подвижный кольцевой постоянный магнит с магнитным подвесом, выполненным в виде двух соосно установленных кольцевых магнитов, один из которых закреплен на крышке, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита, измерительную обмотку, магнитную жидкость в зазоре между подвижным кольцевым постоянным магнитом, причем корпус снабжен основанием в форме диска с отверстием в центре, а подвижный кольцевой магнит с магнитным подвесом размещен коаксиально на цилиндрической части корпуса, а второй кольцевой магнит расположен на основании корпуса и измерительная обмотка размещена в корпусе на немагнитопроводной катушке.
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность использования энергетических характеристик постоянных магнитов.
Известно магнитожидкостное устройство для измерения вибраций (Патент на полезную модель RU №204436, МПК G01H 11/02, 2021 г.), принятое за прототип, содержащее цилиндрический немагнитный корпус, на внешней поверхности которого размещена измерительная обмотка, а внутри установлен полый стержень из немагнитного материала, внешнюю поверхность которого охватывает подвижный кольцевой постоянный магнит, образующий с корпусом и стержнем кольцевые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, стержень имеет хотя бы одно радиальное отверстие, расположенное ниже подвижного магнита и магнитопровод, состоящий из двух вертикальных направляющих, размещенных диаметрально противоположно с установленными в них постоянными магнитами, ориентированными к подвижному постоянному магниту одноименными полюсами и магнитопроводной крышкой с осевым отверстием, установленной с возможностью вертикального перемещения вдоль оси корпуса посредством резьбового соединения, и снабженной с нижней стороны выступом в форме повторяющей кольцевой цилиндрический зазор между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью стержня, при этом корпус снабжен основанием.
Недостатком прототипа является ограниченный диапазон регулировок частоты вибраций, что связано с низким значением магнитной энергии, создаваемой постоянными магнитами, установленными только в двух вертикальных направляющих, являющихся частью магнитопровода.
Технический результат заключается в расширении диапазона частот измеряемых вибраций при диагностике вибрационных параметров изделия.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения вибраций, содержащее магнитопровод с постоянным магнитом, цилиндрический немагнитный корпус, с измерительной обмоткой на внешней поверхности, внутри корпуса размещен подвижный чувствительный элемент, выполненным в виде кольцевого постоянного магнита, кольцевой зазор между корпусом и чувствительным элементом заполненный магнитной жидкостью, корпус установлен внутри магнитопровода, выполненного составным из двух обращенных друг к другу верхней и нижней втулок, каждая с внутреннего торца снабжена выступом в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса и сквозным осевым отверстием, между втулками установлено немагнитопроводное кольцо, постоянный магнит выполнен кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце и охватывает верхнюю втулку магнитопровода, на нижней втулке магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью осевого вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо с кольцевым зазором к верхней втулке магнитопровода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство для измерения вибраций содержит магнитопровод, внутри которого установлен цилиндрический немагнитный корпус 1 с измерительной обмоткой 2 на внешней поверхности. Внутри корпуса 1 размещен подвижный чувствительный элемент 3, выполненным в виде кольцевого постоянного магнита. Кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 заполнен магнитной жидкостью 4. Магнитопровод выполнен составным из обращенных друг к другу верхней втулки 5 и нижней втулки 6. Верхняя втулка 5 с внутреннего торца снабжена выступом 7 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Нижняя втулка 6 с внутреннего торца снабжена выступом 8 в форме, соответствующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Выступ 7 верхней втулки 5 магнитопровода и выступ 8 нижней втулки 6 магнитопровода находятся внутри корпуса 1 и являются магнитным подвесом для чувствительного элемента 3. В торце верхней втулки 5 выполнено сквозное осевое отверстие 9. В торце нижней втулки 6 выполнено сквозное осевое отверстие 10. Между втулками 5 и 6 установлено немагнитопроводное кольцо 11. Постоянный магнит 12, выполненный кольцевым радиально-намагниченным, установлен на немагнитопроводном кольце 11 и охватывает верхнюю втулку 5 магнитопровода. На нижней втулке 6 магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо 13 с кольцевым зазором к верхней втулке 5 магнитопровода.
Работа устройства для измерения вибраций состоит в следующем.
Нижнюю втулку 6 магнитопровода жестко крепят к оборудованию.
При возникновении вибраций происходят колебания подвижного чувствительного элемента 3, который перемещается вдоль оси корпуса 1, не касаясь его внутренних стенок за счет левитации на магнитном подвесе в магнитной жидкости 4. В измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, частота изменения которой пропорциональна частоте вибраций. Она обрабатывается электронным блоком и отражает параметры вибраций машин и механизмов. Силы отталкивания, создаваемые магнитным подвесом и постоянным магнитом чувствительного элемента 3, препятствуют их соприкосновению. Для регулирования чувствительности измерений при диагностике вибраций на нижней втулке 6 магнитопровода посредством резьбового соединении с возможностью вертикального перемещения установлено магнитопроводное кольцо 13, с кольцевым зазором к верхней втулке 5 магнитопровода. За счет вертикального перемещения магнитопроводного кольца 13 в осевом направлении осуществляется регулировка силы отталкивания чувствительного элемента 3 от внутренних торцевых поверхностей выступа 7 верхней втулки 5 и выступа 8 нижней втулки 6 магнитопровода. Это позволяет регулировать чувствительность и диапазон измеряемых вибраций. При верхнем положении магнитопроводного кольца 13, большая часть магнитного потока, создаваемого кольцевым постоянным магнитом 12, проходит через магнитопровод. Возрастают силы отталкивания, действующие на чувствительный элемент 3, снижается чувствительность измерений, а контролируемый диапазон частот переходит в низкочастотную область. При перемещении магнитопроводного кольца 13 в нижнее положение магнитный поток, создаваемый кольцевым постоянным магнитом 12, снижается, что вызывает снижение силы отталкивания чувствительного элемента 3, а контролируемый диапазон частот вибраций переходит в высокочастотную область. Магнитная жидкость 4 заправленная в кольцевой зазор между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 обеспечивает удержание чувствительного элемента 3 без касания внутренней поверхности корпуса 1. Сквозные отверстия 9 и 10 в верхней и нижней втулках магнитопровода обеспечивают равенство перепада давлений во внутренних объемах корпуса 1 и внешней среде, что способствует повышению чувствительности измерений. Предлагаемая конструкция магнитопровода в виде двух магнитопроводных втулок 5 и 6 с немагнитопроводным кольцом 11 между ними и магнитопроводным кольцом 13, которое охватывает кольцевой магнит 12, намагниченный в радиальном направлении, позволяет регулировать величину магнитного потока, проходящего через магнитопровод, и магнитную индукцию, которая определяет силу отталкивания, а значит и диапазон измеряемых частот вибраций технических объектов. Наличие магнитопровода значительно повышает эффективность использования постоянных магнитов за счет уменьшения полей рассеяния и позволяет получить требуемые эксплуатационные характеристики устройства.
Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения уровня вибраций технических объектов, где требуется диагностика вибрационного состояния, гидрогенераторов электрических станций, авиационных двигателей, железнодорожных и автомобильных мостов, а также проведения длительного мониторинга районов с повышенной сейсмической опасностью.