Измеритель перемещений
DISPLACEMENT CONTROLLER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях.
Известен измеритель перемещений, содержащий датчик с элементом Холла, выход которого через усилитель подключен к индикатору, постоянный магнит, магнитное поле которого связано с элементом Холла через контролируемый объект (см. Маргелов А. «Датчики положения на эффекте Холла», журнал «Электронные компоненты», №8, 2004, стр. 63, 64). Изменение положения контролируемого объекта относительно элемента Холла приводит к изменению величины магнитного поля у элемента Холла, что индицируется индикатором.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности измерителя и наличие постоянного магнита, который заметно усложняет конструкцию измерителя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, генератор переменного напряжения, к выходу которого через соединительный кабель подключен колебательный контур, в качестве индуктивности которого используется вихретоковый датчик, последовательно соединенные детектор, подключенный к колебательному контуру, и индикатор (см. патент РФ №2189585, кл. G01N 27/90, 2000 г.). Рабочая частота генератора настроена на резонансную частоту колебательного контура, образованного параллельным включением катушки индуктивности вихретокового датчика и входного конденсатора. Приближение металлического объекта к обмотке вихретокового датчика приводит к расстройке и увеличению потерь в колебательном контуре и, как следствие, уменьшению переменного напряжения на нем.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности измерителя.
Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем измерения температуры в рабочем зазоре вихретокового датчика.
Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, обмотка которого подключена через соединительный кабель к выходу высокочастотного генератора, входному конденсатору и высокочастотному фильтру, выход которого через выпрямитель, низкочастотный фильтр и усилитель подключен к индикатору, введен канал измерения температуры, содержащий источник постоянного тока, дополнительный низкочастотный фильтр, дополнительный усилитель и дополнительный индикатор, выход источника постоянного тока подключен через дополнительный низкочастотный фильтр и соединительный кабель к обмотке вихретокового датчика, кроме того, выход источника тока подключен к входу дополнительного усилителя, выход которого подключен к дополнительному индикатору.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на Фиг. 1.
Измеритель перемещений содержит вихретоковый датчик 1, обмотка которого подключена через соединительный кабель 2 к выходу высокочастотного генератора 3, входному конденсатору 4 и высокочастотному фильтру 5, выход которого через выпрямитель 6, низкочастотный фильтр 7 и усилитель 8 подключен к индикатору 9.
Измеритель перемещений содержит также канал измерения температуры 10, включающий в себя источник постоянного тока 11, дополнительный низкочастотный фильтр 12, дополнительный усилитель 13 и дополнительный индикатор 14. Выход источника постоянного тока 11 подключен через дополнительный низкочастотный фильтр 12 и соединительный кабель 2 к обмотке вихретокового датчика 1. Кроме того, выход источника тока 11 подключен к входу дополнительного усилителя 13, выход которого подключен к дополнительному индикатору 14.
Чувствительная зона вихретокового датчика 1 расположена у контролируемого металлического объекта 15 на расстоянии h.
Устройство работает следующим образом.
При подаче питания на измеритель перемещения высокочастотный генератор 3 возбуждается на резонансной частоте колебательного контура, образованного индуктивностью обмотки датчика 1 и емкостью параллельно включенным входным конденсатором 4, и на обмотке вихретокового датчика 1 возникает переменное напряжение Uh с частотой около 1 МГц. Амплитуда высокочастотного напряжения на обмотке датчика 1 зависит от расстояния h до контролируемого объекта 15. Высокочастотный сигнал с обмотки датчика 1 после фильтрации высокочастотным фильтром 5, выпрямления выпрямителем 6 и сглаживания низкочастотным фильтром 7 усиливается усилителем 8 и поступает на индикатор 9. Изменение (уменьшение) расстояния h между контролируемым объектом 15 и чувствительной зоной датчика 1 приводит к изменению (увеличению) демпфирования обмотки датчика 1 и пропорциональному изменению (уменьшению) амплитуды колебаний на входе высокочастотного фильтра 5 и выпрямителя 6 и, соответственно, показаний индикатора 9.
Кроме того, при подаче питания на измеритель перемещения включается источник постоянного тока 11, ток Jo которого протекает по дополнительному низкочастотному фильтру 12, по соединительному кабелю 2 и по обмотке вихретокового датчика 1 и создает постоянное падение напряжения Ur=Jo*r на активном сопротивлении r этой обмотки. Таким образом, на обмотке датчика 1 действует суммарное напряжение Uh+Ur.
-3
Суммарное напряжение Uh+Ur поступает на дополнительный низкочастотный фильтр 12, который выделяет постоянную составляющую напряжения Ur. После усиления дополнительным усилителем 13 сигнал Ur индицируется на дополнительном индикаторе 14. Этот сигнал содержит информацию о температуре в рабочей зоне вихретокового датчика 1. Изменение (увеличение) температуры в рабочей зоне датчика 1 приводит к пропорциональному изменению (увеличению) активного сопротивления r обмотки датчика и соответствующему изменению (увеличению) падения постоянного напряжения Ur. Так, например, для медной проволоки, которая традиционно используется в обмотках вихретоковых датчиков, а также в медных термометрах, температурный коэффициент равен 4,3⋅10⋅1/°С, поэтому при изменении температуры в рабочей зоне датчика от +20°С до +120°С сопротивление обмотки увеличится на 43%. Сопротивление обмотки вихретокового датчика r составляет 5-15 Ом, поэтому при токе источника постоянного тока Jo=10-20 мА падение напряжения Ur будет равно 50-300 мВ при нормальной температуре и 72-430 мВ при температуре +120°С. Такие изменения падения напряжения просто индицируются каналом измерения температуры 10.
Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет измерения температуры в рабочем зазоре датчика, что позволяет дополнительно оперативно отслеживать предаварийные режимы работы роторных машин и турбонасосных агрегатов.