RU172091U1

RU172091U1 - Вихретоковый измерительный преобразователь

Info

Publication number: RU172091U1
Application number: RU2016125673U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Сергеевич Крюков; Сергей Александрович Крюков; Леонид Дмитриевич Метелёв
Original assignee: Дмитрий Сергеевич Крюков; Сергей Александрович Крюков; Леонид Дмитриевич Метелёв
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-06-28

Abstract

Вихретоковый измерительный преобразователь (ВТИП) может быть использован в ИИС диагностики турбоагрегатов. Он содержит вихретоковый датчик (ВТД) и блок нормирующего измерительного преобразователя (НИП), включающий генератор, тракт обработки и устройство нормирования сигнала. В нем ВТД дополнен имитационной обмоткой (ИО) для использования ее в качестве катушки связи блока электроники (БЭ) внешнего имитатора перемещений (ИП) при осуществлении поверки динамических характеристик ВТИП и контроле его исправного состояния в рабочих условиях без демонтажа с агрегата. Для этого ИО размещена и закреплена неподвижно относительно измерительной обмотки в корпусе ВТД и образует с ней индуктивно связанную цепь с неизменным коэффициентом связи в виде трансформатора связи. Это позволяет градуировать БЭ внешнего ИП совместно с ИО по методике, включающей использование образцовых средств задания перемещений предпочтительно с использованием стенда статических калибровок в качестве рабочего эталона перемещений, непосредственно перед выполнением поверки динамических характеристик ВТИП. Этим гарантируется повышение точности имитирования перемещений, а это, в свою очередь, гарантирует точность их поверки и контроль работоспособного состояния ВТИП и при этом позволяет задействовать для этого доступный ЭБ внешнего ИП, что расширяет их практическую востребованность.

Технический результат при реализации заявленного изобретения заключается в повышении точности поверки динамических характеристик в лабораторных условиях и осуществлении контроля и оценки работоспособного состояния ВТИП в рабочих условиях без демонтажа с агрегата. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Вихретоковый измерительный преобразователь относится к средствам измерительной техники и может быть, в частности, использован в составе измерительного канала ИИС диагностики мощных роторных агрегатов.

Известен широко применяемый в измерительных системах близкий по общим признакам к заявляемой полезной модели вихретоковый измерительный преобразователь (ВТИП) линейных перемещений, содержащий вихретоковый датчик (далее ВТД или датчик), измерительная обмотка которого подключена соединительным кабелем на вход блока нормирующего измерительного преобразователя (далее блок НИП), включающего генератор, тракт обработки сигнала и устройство нормирования сигнала с выходным соединителем для подключения внешних устройств. При этом измерительная обмотка датчика входит в состав колебательного контура генератора и воспринимает воздействие (перемещение) электропроводного объекта контроля, которое вызывает параметрические изменения в контуре и соответствующую модуляцию ВЧ сигнала генератора. В тракте обработки модулированный сигнал генератора общеизвестными устройствами (демодуляторами) преобразовывается в измеряемый сигнал, пропорциональный перемещению объекта, нормируется выходным устройством и выдается на выходной соединитель для передачи на внешние устройства измерения и контроля (см., например, патент РФ №2131591, МПК G01B 7/14, 1999 г. и патент РФ №2281490, МПК G01N 27/90, а также серийно выпускаемый ВТИП, например Преобразователь линейных перемещений СИЭЛ-1661 (-1662, -1663), Руководство по эксплуатации ТПКЦ427671.006 РЭ (с. 11-15), внесенный в Госреестр РФ №48506-11, ЗАО «СИЭЛ», г. Санкт-Петербург).

Положительным для ВТИП с генераторным методом преобразования линейных перемещений является то, что он надежно обеспечивает требуемый для практики коэффициент и диапазон преобразования линейных перемещений без настройки колебательного контура генератора на резонансную частоту, а это, в свою очередь, допускает беспроблемную замену ВТД и блока НИП в процессе производства и эксплуатации. Этим обусловлено его широкое применение в виде разных модификаций и маркировок многими ведущими отечественными и зарубежными производителями при формировании измерительных каналов ИИС контроля и диагностики технического состояния, в частности для контроля и диагностики вибрационного состояния мощных роторных агрегатов.

Недостаток известного ВТИП в том, что в нем не предоставлена возможность для осуществления контроля и оценки его работоспособного состояния в рабочих условиях без демонтажа с агрегата при возникновении необходимости в этом. Недостаток также еще и в том, что в лабораторных условиях не обеспечивается гарантированная точность поверки его динамических характеристик в широком диапазоне амплитуд и частот посредством применяемых методов и средств задания и имитирования перемещений, что снижает, в свою очередь, точность измерения перемещений.

Известно, что поверку статических характеристик ВТИП и его динамических характеристик, зависимых от частоты, осуществляют в лабораторных условиях посредством соответствующих перемещений электропроводного образца (ЭПО) относительно измерительной обмотки ВТД, задаваемых известными образцовыми средствами испытания. При этом для поверки динамических характеристик ВТИП с широким рабочим диапазоном амплитуд и частот измерения виброперемещений, воспроизведение которого не каждой образцовой вибрационной установкой обеспечивается, привлекают имитатор перемещения (ИП). Для этих целей может быть использовано известное устройство, реализующее известный способ имитации изменения параметров электропроводящей поверхности для испытания приборов с вихретоковым преобразователем, по патенту SU 1599756 А1, МПК G01N 27/90, G01B 5/02, Бюл. №38, 1990 г., включающее имитационную обмотку, замкнутую на функционально управляемое комплексное сопротивление в виде преобразователя напряжение-сопротивление (ПНС), подключенного к формирователю сигнала управления, например к генератору сигналов. Известны промышленные образцы ИП, применяемые для поверки динамических характеристик ВТИП, в которых реализовано упомянутое устройство. Это, например, «Установка имитации параметров виброперемещений ИТ26» с частотным диапазоном имитации виброперемещения от 5 до 1000 Гц (см. Госреестр №42959-09) и «Приспособление ИПВ» с частотным диапазоном имитации виброперемещения от 10 до 5000 Гц (см. Руководство по эксплуатации Приспособления ИВП ИКЖЛ.441314.001 РЭ), производитель ООО НПП «Измерительные технологии», г. Саров. В состав этих ИП входят блок электроники (БЭ) с функцией ПНС на полевых транзисторах с соединителями входов для подключения внешних стандартных измерительных приборов и набор катушек связи под конкретный ряд типоразмеров ВТД, подключаемых на соединитель имитационного выхода БЭ при использовании по назначению. Причем для имитирования перемещений катушку связи с заданными параметрами и с соответствующим типоразмером устанавливают соосно контактно к торцу ВТД путем ее накручивания на корпус датчика до легкого контакта по ощущению исполнителя для образования системы индуктивно связанных контуров. Задают управляющее напряжение на соответствующих входах БЭ и воздействуют посредством катушки связи на измерительную обмотку ВТД. В результате на выходе испытуемого ВТИП формируется соответствующий сигнал, который интерпретируют как изменение величины зазора или амплитуды (размаха) виброперемещения в соответствии с законом изменения напряжения на входе БЭ.

Недостаток вышеизложенной технологии воздействия на измерительную обмотку ВТД посредством имитатора перемещений в том, что она не осуществима для контроля исправного состояния ВТИП в рабочих условиях, так как нет возможности установить имитационную катушку связи требуемым выше для этого образом без демонтажа его датчика с объекта контроля. Причем другая какая-либо возможность контроля исправного состояния известного ВТИП в рабочих условиях путем воздействия на измерительную обмотку его ВТД в нем не предусмотрена. К тому же и в лабораторных условиях технология контроля установки имитационной катушки связи известного ИП для поверки динамических характеристик ВТИП на корпус ВТД с контролем установки ее по наличию контакта с его торцом по ощущению исполнителя при неизбежном разбросе параметров катушек связи и измерительных обмоток ВТД является неизбежным источником разброса коэффициента индуктивной связи и, следовательно, является неизбежным источником погрешности имитирования перемещений. А это, в свою очередь, соответствующим образом снижает и не гарантирует точность поверки и в лабораторных условиях. Причем известное конструктивное исполнение имитационной катушки связи и ее установка на ВТД закрывает доступ к его торцу и не позволяет осуществить прямую градуировку ИП непосредственно с ВТД испытуемого ВТИП в процессе поверки посредством использования образцовых средств испытания.

Из предшествующего уровня техники известно устройство для калибровки измерителя линейных перемещений (патент SU №1679179 А2, МКП G01B 7/14, опубл. 23.09.91 г., Бюл. №35), характеризующееся тем, что содержит статический стенд калибровки вихретокового измерителя перемещений, включающий узел задания эталонного перемещения электропроводного образца объекта и узел механического крепления с установленным вихретоковым датчиком, его измерительная обмотка подключена на вход измерительного преобразователя с блоком измерения. А для осуществления поверки динамических характеристик вихретокового измерителя устройство оснащено имитатором виброперемещения, который сдержит последовательно соединенные имитационную катушку (обмотку), переменный резистор и управляемый электронный ключ, подключенный входом управления к генератору периодического сигнала перестраиваемой частоты через формирователь прямоугольных импульсов, а имитационная обмотка установлена на узле крепления датчика соосно оси этого узла.

Недостаток данного устройства в том, что оно также не может быть применено по назначению в рабочих условиях без демонтажа ВТД с объекта контроля и к тому же сам принцип импульсного имитирования виброперемещения не способствует повышению точности поверки и усложняет процесс оценки ее достоверности.

А положительно то, что в нем обозначена методика, как, в принципе, можно осуществить поверку динамических характеристик ВТИП с привлечением стенда статических калибровок в качестве эталона перемещения для экспериментального установления однозначности между задаваемым физическим значением перемещения и воспроизводимым имитатором перемещения.

Из всего изложенного выше следует, что все недостатки известного ВТИП имеют место из-за того, что нет какой-либо практической возможности организовать надежную индуктивную связь между катушкой связи и измерительной обмоткой ВТД при его поверке и контроле посредством известного ИП. При этом устранение отмеченных недостатков может быть достигнуто путем обеспечения надежной и независимой от внешних факторов индуктивной связью этих обмоток, что разрешимо размещением имитационной обмотки непосредственно в корпусе ВТД требуемым образом.

Известен вихретоковый преобразователь перемещений (вихретоковый датчик), который включает измерительную и компенсационную катушки индуктивности, которые намотаны в пазах одного каркаса, разнесены вдоль каркаса на расстояние не менее максимального диаметра катушек и включены встречно, при этом измерительная катушка размещена в плоскости торца каркаса, а над плоскостью компенсационной катушки в противоположную сторону от измерительной катушки на расстоянии, равном номинальному измеряемому перемещению (зазору) между измерительной катушкой и объектом контроля, размещена экранирующая пластина в виде диска из электропроводящего материала со свойствами объекта контроля (см. патент РФ №2487314, G01B 7/00, G01N 27/90, опубл. 10.07.2013). При этом заявленное взаимное размещение и соединение катушек индуктивности в корпусе ВТД, по существу, позволяет выявить не информативные параметры (например, температурный фактор) и в последующем компенсировать воздействие. Причем разнесение катушек вдоль каркаса на расстояние более максимального диаметра катушек направлено на устранение индуктивной связи между катушками индуктивности, что полностью исключает использование компенсационной обмотки в качестве катушки связи имитатора перемещений.

Следовательно, техническое решение, направленное на осуществление поверки ВТИП с гарантированной точностью вне зависимости от места установки датчика и контроль в рабочих условиях его исправного состояния (контроль метрологической исправности) без демонтажа с агрегата, способствующее повышению точности измерения, остается актуальной задачей.

Задача полезной модели направлена на обеспечение повышения точности поверки динамических характеристик в лабораторных условиях и осуществление контроля и оценки работоспособного состояния ВТИП в рабочих условиях без демонтажа с агрегата.

Указанный технический результат достигается тем, что в вихретоковом измерительном преобразователе, содержащем вихретоковый датчик, измерительная обмотка которого подключена соединительным кабелем на соединитель входа блока НИП, включающего последовательно соединенные генератор, тракт обработки сигнала и устройство нормирования сигнала с выходом на соединитель для подключения внешних устройств измерения, согласно полезной модели для осуществления поверки динамических характеристик с гарантированной точностью и контроля исправного состояния ВТИП в рабочих условиях без демонтажа с агрегата в нем его ВТД дополнен имитационной обмоткой с соединительным кабелем, блок НИП дополнен вторым входом с соединителем, который выведен через тумблер на дополнительный блочный разъем, при этом имитационная обмотка размещена и закреплена неподвижно относительно измерительной обмотки в корпусе датчика, образует с ней индуктивно связанную цепь с неизменным коэффициентом связи в виде трансформатора связи, подключена соединительным кабелем на соединитель второго входа блока НИП и используется в качестве катушки связи блока электроники (БЭ) внешнего имитатора перемещений (ИП).

Причем для осуществления поверки динамических характеристик и контроля исправного состояния имитационный выход БЭ внешнего ИП, оснащенного соответствующим кабелем, подключают на дополнительный блочный разъем блока НИП.

Причем возможно, что перед осуществлением поверки динамических характеристик БЭ внешнего ИП градуируют по методике, включающей использование образцовых средств задания параметров перемещений, в том числе предпочтительно и стенда статических калибровок, в качестве рабочего эталона перемещений.

Причем возможно, что в трансформаторе связи имитационная обмотка выполнена в виде отдельной обмотки и размещена соосно и контактно над измерительной обмоткой и зафиксирована неподвижно высокотемпературным компаундом или клеем.

Причем возможно, что трансформатор связи выполнен бифилярной намоткой измерительной и имитационной обмоток на одном каркасе или в виде таблетки с послойным чередованием измерительной и имитационной обмоток, а их взаимное положение зафиксировано высокотемпературным компаундом или клеем.

По существу, введением и размещением имитационной обмотки в корпусе вихретокового датчика ВТИП в соответствии с формулой полезной модели фактически создана надежная индуктивная связь обмоток с неизменным коэффициентом связи в виде трансформатора, что достигается соответствующим выполнением и фиксированием взаимного положения обмоток. При этом имитационная обмотка не перекрывает доступ к торцу ВТД испытуемого ВТИП, и этим достигнута возможность использовать имитационную обмотку ВТД в качестве катушки связи ЭБ внешнего ИП и воздействовать им на измерительную обмотку вне зависимости от места установки ВТД. К тому же открытый доступ к торцу ВТД позволяет осуществлять прямую градуировку ЭБ внешнего ИП непосредственно с ВТД испытуемого ВТИП посредством использования образцовых средств задания параметров перемещений, в том числе и стенда статических калибровок, чем гарантируется повышение точности имитирования перемещений. Это способствует повышению точности поверки динамических характеристик ВТИП в широком диапазоне амплитуд и частот в лабораторных условиях и достоверности оценки его работоспособного состояния в рабочих условиях. Кроме того, появившаяся возможность прямой градуировки ЭБ внешнего ИП непосредственно с ВТД испытуемого ВТИП позволяет задействовать для его испытания известный любой доступный ИП вне зависимости наличия для этого в его комплекте соответствующей катушки связи и при этом не привлекать вибрационную установку, что повышает их практическую востребованность. Все это в целом способствует достижению заявленного технического результата.

Таким образом, при осуществлении полезной модели в том виде, как она характеризуется в формуле, достигается заявленный технический результат. Следовательно, полезная модель соответствует требованию «уровень».

Полезная модель поясняется чертежами, которые иллюстрируют возможность ее осуществления, при этом отображены:

на Фиг. 1 - функциональная блок-схема ВТИП;

на Фиг. 2 - функциональная блок-схема испытания ВТИП;

на Фиг. 3 - функциональная блок-схема градуировки ЭБ внешнего ИП на виброустановке.

Вихретоковый измерительный преобразователь, отображенный на Фиг. 1, содержит вихретоковый датчик 1, включающий измерительную обмотку L1 и имитационную обмотку L2, которые образуют трансформатор 2 связи, и блок 3 НИП, в котором размещены последовательно соединенные генератор 4, тракт обработки 5 и выходное устройство 6 нормирования сигнала с выходом на соединитель Х2 для подключения внешних устройств измерения и контроля. При этом измерительная обмотка L1 датчика 1 подключена кабелем через входной соединитель X1 блока 3 НИП на вход генератора 4, а имитационная обмотка L2 подключена кабелем через соединитель Х3 на дополнительный вход блока 3 НИП, который через тумблер 7 подсоединен на блочный соединитель (разъем) Х4, например разъем типа СР. При этом трансформатор 2 связи может быть выполнен одним из вариантов: а) установкой имитационной обмотки L2 в виде отдельной обмотки над измерительной обмоткой L1 контактно и соосно к ней; б) бифилярной намоткой имитационной обмотки L2 и измерительной обмотки L1; в) в виде таблетки с чередованием слоев обмоток измерительной L1 и имитационной L2 (не отображено, конструктивно доступно). При этом взаимное положение обмоток L1 и L2 фиксируют высокотемпературным компаундом или клеем, что обеспечивает их неподвижность и сохранение заданного коэффициента индуктивной связи. Выполнение имитационной обмотки L2 в виде отдельной обмотки сохраняет заданные (наработанные) типоразмеры и параметры измерительной обмотки L1, а при их совместном размещении в виде бифилярной намотки или в виде таблетки улучшит коэффициент индуктивной связи обмоток L1 и L2. Все это конструктивно и технологически осуществимо в современной практике изготовления ВТД. При этом созданная возможность использовать имитационную обмотку L2 в качестве катушки связи ЭБ промышленного образца ИП, оснащенного соответствующим кабелем для подключения его имитационного выхода на дополнительный блочный разъем Х4 блока НИП, делает технически осуществимой и доступной в реализации для практического использования полезной модели.

Вихретоковый измерительный преобразователь в режиме измерения параметров линейных перемещений роторных агрегатов (при использовании по прямому назначению) работает следующим образом. Для этого вихретоковый датчик 1 закрепляют на неподвижной части корпуса опорного подшипника турбоагрегата (не обозначено) с установочным зазором S_уст до электропроводной поверхности, указанным в паспорте, например перемещающейся и вращающейся шейки 8 ротора агрегата в опорном подшипнике. Подключают датчик 1 кабелем на входной соединитель X1 блока 3 НИП, установленный в близи турбоагрегата, а на его выходной соединитель Х2 по линии связи подключают внешние устройства преобразования, измерения и контроля перемещений, которые в настоящее время реализуются на программируемом микроконтроллере с навесными элементами со стандартным интерфейсом связи (не отображено). При использовании ВТИП в составе измерительного канала ИИС на турбоагрегате на каждом опорном подшипнике устанавливают по меньшей мере два канала, а на турбоагрегате, например, типа Т250/300-240 по полной программе контроля устанавливают по меньшей мере 22 ВТИП.

В рабочем состоянии турбоагрегата в результате вращения шейки 8 ротора в подшипнике скольжения на масляном клине устанавливается рабочий зазор S_РАБ(t) в виде S_РАБ(t)=S_0РАБ+S(t), включающий статическую составляющую S_0РАБ и динамическую составляющую S(t) в виде колебаний шейки 8 относительно рабочего зазора. Статическая составляющая рабочего зазора S_0РАБ при работе турбоагрегата на стационарном (установившемся номинальном) режиме практически неизменна (медленно изменяется во времени). А динамическая составляющая рабочего зазора S(t) - это его быстрые изменения под воздействием дестабилизирующих сил и моментов, обусловленных дисбалансом (механическим и тепловым), прогибом вала и прочими дефектами и эксплуатационными факторами. Динамическая составляющая рабочего зазора S(t) представляется суммой гармонических колебаний в виде S(t)=ΣS_mkSin(ω_kt+ϕ_k), где S_mk - амплитуда, ω_k - частота и ϕ_k - фазы соответственно k составляющей колебания шейки 8. Эти составляющие колебания шейки 8 ротора несут информацию о наличии и развитии возможных технологических и эксплуатационных дефектов турбоагрегата. При этом изменения зазора S_РАБ(t) шейки 8 ротора относительно измерительной обмотки L1, которая входит в состав колебательного контура генератора 4, вызывают изменения параметров его колебательного контура и соответствующие изменения сигнала на выходе генератора 4. Этот сигнал посредством тракта 5 обработки и выходного устройства 6 нормирования преобразуется в нормированный информационный сигнал, пропорциональный изменению зазора, например, в виде напряжения U_ВЫХ(t)=K_S(S_0РАБ+S(t)). Полученный сигнал содержит информацию о статической составляющей рабочего зазора (о статическом перемещении и смещении шейки 8 ротора в опорном подшипнике) в виде постоянного напряжения U_0РАБ=K_SS_0РАБ и о динамической составляющей (о колебаниях шейки 8 ротора в подшипнике) в виде переменного напряжения U(t)=K_SS(t). При этом статические и динамические изменений зазора преобразуются в нормированный информационный сигнал с одним и тем же действительным значением коэффициента преобразования перемещений K_S. Выходной сигнал U_ВЫХ(t) выдается на соединитель Х2 в виде пульсирующего напряжения без изменения знака, так как переменная составляющая U(t) много меньше установочного зазора, равного по крайней мере половине рабочего диапазона преобразования зазора блока 3 НИП, и передается по линии связи на внешние устройства, например в ИИС диагностирования вибрационного состояния турбоагрегата. При этом важно, чтобы параметры колебаний S(t) шейки 8 ротора в опорном подшипнике скольжения преобразовывались в информационный сигнал U(t)=K_SS(t) с минимально допустимым амплитудно-частотным искажением в широком диапазоне. Это достигается посредством повышения точности контроля тех динамических характеристик ВТИП, которые зависят от частоты воздействующего входного сигнала, и на это направлен ввод имитационной обмотки L2 в вихретоковый датчик 1.

Поверку и контроль статических характеристик ВТИП осуществляют стандартно по методике с использованием стенда статических калибровок по прямому назначению, как того требует методика, при этом имитационную обмотку L2 не задействуют.

Поверку динамических характеристик ВТИП в широком диапазоне амплитуд и частот виброперемещений осуществляют посредством ИП, образованного подключением к имитационному выходу ЭБ 9 известного промышленного образца ИП в качестве катушки связи имитационной обмотки L2 вихретокового датчика 1 поверяемого ВТИП. При этом процесс выполнения поверки динамических характеристик начинают с осуществления прямой градуировки образованного ИП по методике с предпочтительным использованием стенда статических калибровок в качестве рабочего эталона перемещений и определяют экспериментальным путем действительное значение коэффициента N_S функции имитирования перемещений. Такая прямая градуировка ЭБ внешнего ИП метрологически правомерна и допустима на основании того, что коэффициент K_S преобразования ВТИП при преобразовании статического перемещения (смещения и зазора) и при преобразовании динамического перемещения (вибрационного изменения зазора) в информационный сигнал, как уже отмечалось выше, имеет одно и то же действительное значение. При этом его нормированное значение K_H является основной метрологической характеристикой и задано в ТУ, а контроль отклонения K_S от K_H осуществляют в процессе поверки статических характеристик ВТИП.

Прямая градуировка БЭ внешнего ИП будет изложена на примере использования промышленного образца известного Приспособления ИВП с комплектом внешних стандартных средств измерительной техники (СИТ). При этом Установка ИТ26 не использована для примера прямой градуировки лишь потому, что на нее нет в открытых и доступных источниках схемы и полного описания порядка применения ее по назначению, а есть только внешний вид, кратко состав и основные технические характеристики.

Для осуществления прямой градуировки БЭ внешнего ИП и использования в последующем для поверки и контроля ВТИП собирают схему испытания, приведенную на Фиг. 2, согласно которой имитационный выход L_им БЭ 9 Приспособления ИВП, оснащенный соответствующим кабелем 10, подключен на блочный разъем Х4. При этом на его входы в соответствии с РЭ Приспособления ИВП подключены внешние стандартные (рекомендуемые) СИТ, а именно: на вход U_см - лабораторный источник 11 постоянного напряжения типа Б5-71У или типа Б5-45 и универсальный цифровой вольтметр 12 типа В7-38 или В7-58; на вход U_Г - низкочастотный измерительный генератор 13 типа Г3-122; на вход V - универсальный цифровой вольтметр 14 типа В7-78/1, а на соединитель Х2 выхода блока 3 НИП подключен прибор 15, например универсальный цифровой вольтметр типа В7-78/1. Эти СИТ обеспечивают задание и контроль управляющего напряжения при имитировании перемещения (смещения, зазора), а также и виброперемещения в рабочем диапазоне амплитуд и частот испытуемого ВТИП. Причем датчик 1 устанавливают на стенде статических калибровок в узле механического крепления так, как того требует методика поверки статических характеристик (на Фиг. 2 это не отображено). Причем для этого может быть применен любой известный стенд статических калибровок, прежде всего, обеспечивающий необходимую точность задания и отсчета перемещения. Стенд статических калибровок на Фиг. 2 схематично отображен только микрометрическим узлом задания перемещения (МУЗП) 16 с электропроводным образцом объекта (ЭПО) 17, перемещаемый микрометрической головкой (МГ) 18, например типа МГН25 ГОСТ 6507-90 с отсчетом по нониусу 0.001 мм. Узел механического крепления на схеме Фиг. 2 не отображен, так как непосредственно устройство механизма крепления датчика, по существу, не влияет на точность выполнения операций испытаний при градуировке ЭБ 9 внешнего ИП.

При определении действительного значения коэффициента N_S функции имитации стенда статических калибровок в качестве рабочего эталона перемещений в возможном варианте испытания последовательно задают и выполняют следующие операции:

- отключают имитационную обмотку L2 вихретокового датчика 1 от входа БЭ 9, установив тумблер 7 в отключенное положение;

- перемещают ЭПО 17 до касания торца измерительной обмотки L1 датчика 1 и устанавливают нулевые (или регистрируют исходные технологические) показания по прибору 15 на выходе блока 3 НИП в виде U_исх;

- перемещают ЭПО 17 и регистрируют по показаниям МГ18 между торцом вихретокового датчика 1 и ЭПО 17 по меньшей мере два значения зазора в мкм - S₁ в начале и S₂ вблизи верхнего предела рабочего диапазона измерения зазора. При каждом установленном значении зазора S₁ и S₂ регистрируют по показанию прибора 15 на выходе блока 3 НИП значения напряжения U₁ и U₂ в В соответственно;

- дополнительно увеличивают зазор S₂ на некоторую величину ΔS и устанавливают зазор S₃=S₂+ΔS, но не превышают верхний предел рабочего диапазона измерения зазора и сохраняют (стопорят) в этом положении ЭПО 17 и регистрируют по показанию прибора 15 на выходе блока 3 НИП напряжение в виде U₃, В;

- подключают имитационную обмотку L2 к выходу L_им БЭ 9, установив тумблер 7 во включенное положение;

- подают от лабораторного источника 11 постоянное напряжение на вход U_см БЭ 9 напряжение U_S, В, и устанавливают по показанию прибора 15 на выходе блока 3 НИП напряжение U₃, соответствующее зазору S₃, а затем плавно изменяют его величину, воздействуют имитационной обмоткой L2 на измерительную обмотку L1 датчика 1 и имитируют перемещение, при этом наблюдают за изменением показания прибора 15 на выходе блока 3 НИП;

- регистрируют величину напряжения на входе U_см БЭ 9 по показанию прибора 12 - напряжение в виде U_S2 и U_S1 - в те моменты, когда показание прибора 15 на выходе блока 3 НИП становится равным зарегистрированному напряжению U₂ и U₁ соответственно, а это будет означать, что имитируемые значения зазора равны заданным физическим значениям зазора S₂ и S₁ соответственно.

При выполнении операций экспериментального определении действительного значения коэффициента N_S функции имитации перемещения следует руководствоваться требованиями РМГ 54-2002 ГСИ.

По полученным экспериментальным данным вычисляют действительное значение коэффициента N_S функции имитации перемещения, в нашем случае для БЭ 9 Приспособления ИВП. Для этого определяют величины напряжения U_S=(|U_S2-U_S1|), необходимого для воспроизведения (имитации) эквивалентного перемещения (зазора) заданному физическому значению зазора в виде S=(|S₂-S₁|), по которым вычисляют коэффициент N_S=U_S/S, В/мкм. Функция имитации перемещения (функция преобразования напряжения в перемещение) описывается выражением U_S=SN_S, где U_S - величина функционального напряжения, задаваемого на входе БЭ 9 Приспособления ИВП. Действительное значение коэффициента N_S функции имитации перемещения заносится в эксплуатационную документацию (ЭД) ВТИП для использования в последующем отградуированного БЭ внешнего ИП для поверки его динамических характеристик и оценки его работоспособного состояния без демонтажа датчика с агрегата.

После завершения прямой градуировки ЭБ 9 внешнего ИП схему испытаний, отображенную на Фиг. 2, сохраняют, но при этом датчик 1 снимают со стенда, удаляют его и от него электропроводные предметы и выполняют следующие операции.

Устанавливают на входе U_см БЭ 9 изменением напряжения лабораторного источника 11 по показаниям вольтметра 12 напряжение U_S0=S_устN_S, что эквивалентно механическому заданию установочного зазора S_уст испытуемого ВТИП. Затем в соответствии с требованиями методики поверки динамических характеристик на входе U_Г БЭ 9 задают посредством низкочастотного измерительного генератора 13 синусоидальное напряжение U_Gk(t)=U_mGkSinΩ_Gkt в рабочем диапазоне частот и амплитуд, амплитудные значения U_mGk которого контролируют по вольтметру 14. При этом значения амплитуд U_mGk задают в соответствии с функцией имитации перемещений U_mGk=S_mk⋅N_S, а ряд значений амплитуд S_mk задают в пределах всего рабочего диапазона измерения амплитуд ВТИП, как того требует методика. При этом для каждого заданного значения синусоидального напряжения U_Gk(t) с амплитудой U_mGk на входе U_Г БЭ 9 по показаниям вольтметра 14 контролируют и фиксируют на выходе блока 3 НИП по показаниям прибора 15 значения амплитуд U_mk, соответствующие значениям амплитуд S_mk. Полученные данные обрабатывают и оформляют результаты поверки динамических характеристик испытуемого ВТИП, как того требует методика его поверки, и делают соответствующее заключение.

Следует отметить, что установка имитационной обмотки L2 непосредственно в датчике 1 также позволяет использовать и образцовую вибрационную установку в качестве рабочего эталона задания виброперемещений для определения действительного значения коэффициента N_S функции имитации перемещения ЭБ 9 внешнего ИП, но это не дополняет и не изменяет сущность и новизну полезной модели. Использование образцовой вибрационной установки для градуировки ЭБ 9 внешнего ИП отображено схемой на Фиг. 3 также на примере использования известного Приспособления ИВП с имитационной обмоткой L2 в качестве катушки связи. Все обозначения и подключения элементов ВТИП и ЭБ 9 внешнего ИП на схеме Фиг. 3 соответствуют описанию схемы Фиг. 2. Отличие лишь в том, что обмотки L1 и L2 на Фиг. 3 вихретокового датчика 1 не отображены, при этом вихретоковый датчик 1 закрепляют на вибрационной установке 19 с начальным установочным зазором S₀ до ЭПО 20 известным способом и выполняют в последующем следующие операции.

Устанавливают тумблер 7 в отключенное положение, измеряют и фиксируют постоянное напряжение U_S0 на выходе блока 3 НИП по показаниям прибора 15. Вибрационной установкой 19 воспроизводят виброперемещения на базовой (фиксированной) частоте со значением амплитуды S_m и фиксируют на выходе блока 3 НИП по показаниям прибора 15 в режиме измерения переменного напряжения значение амплитуды A_Sm. Выключают вибрационную установку 19 и снимают датчик 1. Переводят тумблер 7 во включенное положение (этой операцией подключают к выходу L_им БЭ 9 имитационную обмотку L2), задают напряжение от источника 11 и устанавливают на выходе блока 3 НИП по показаниям прибора 15 в режиме измерения постоянное напряжение U_S0, которое соответствует начальному установочному зазору S₀. Причем напряжение U_S0 может быть представлено в виде U_S0=S₀⋅N_S, где N_S=U_S0/S₀ и представлял бы коэффициент функции имитирования перемещения при условии, что зазор S₀ был установлен и измерен на вибрационной установке 19 до ЭПО 20 с требуемой точностью и дальнейшее использование вибрационной установки было бы нецелесообразным. Однако, как правило, на вибрационной установке отсутствует устройство юстировки зазора, а вычисленное при этом значение коэффициента N_S может быть недостоверным. Поэтому испытания обычно продолжают и задают на базовой частоте генератором 13 синусоидальное напряжение и плавно изменяют значение его амплитуды, контролируют значение амплитуды А_Um напряжения на выходе блока 3 НИП по показаниям прибора 15 в режиме измерения переменного напряжения и сравнивают его значение с зафиксированным значением A_Sm, а при достижении их равенства A_Um=A_Smфиксируют значение амплитуды A_US синусоидального напряжения по показаниям вольтметра 14 на выходе генератора 13. По полученным экспериментальным данным определяют действительное значение коэффициента N_S функции имитирования перемещения (коэффициент преобразования напряжения в перемещение) как отношение значения заданной амплитуды напряжения A_US к заданному физическому значению амплитуды виброперемещения S_m по выражению N_S=A_US/S_m и его значение записывают в паспорт. Однако градуировка ЭБ 9 внешнего ИП с использованием образцовой вибрационной установки не всегда доступна для осуществления, например при контроле ВТИП в рабочих условиях из-за доставки образцовой вибрационной установки, и к тому же существенно повышает стоимость испытательного оборудования. При этом доставка стенда статических поверок и ЭБ внешнего ИП всегда доступна.

Следовательно, градуировка ЭБ внешнего ИП с подключением к его выходу имитационной обмотки L2, установленной в датчике 1, посредством использования стенда статических поверок в качестве рабочего эталона для задания перемещений с требуемой точностью более доступна по осуществлению и поэтому предпочтительна. Это важно и полезно может быть в случаях, когда необходимо осуществить контрольную (экспертную) поверку статических и динамических характеристик ВТИП вне лабораторных условий, например в процессе его монтажа на агрегате, при возникновении сомнений в его метрологической исправности. К тому же такая градуировка ЭБ внешнего ИП позволит при необходимости осуществить поверку ВТИП по полной программе на рабочем месте без его демонтажа. Для этого будет достаточным демонтировать ВТД и установить его на стенде статических калибровок, а это может быть полезным особенно по стоимости поверки ВТИП линейных перемещений в составе многоканальной ИИС.

Контроль ВТИП в рабочих условиях, в первую очередь, направлен на выявление отклонения действительного коэффициента K_S преобразования перемещений от номинального K_H как основной его метрологической характеристики, влияющей на точность измерения. При этом для проверки (оценки) работоспособного состояния ВТИП на рабочем месте без демонтажа датчика 1 применяют БЭ внешнего ИП, отградуированного непосредственно с датчиком 1 проверяемого ВТИП при его поверке. По существу, для осуществления этого необходимо на соединитель Х4 блока 3 НИП подключить отградуированный БЭ 9 внешнего ИП, например известного Приспособления ИВП, с комплектом стандартных приборов, аналогично тому, как это показано (выполнено) на схеме Фиг. 2. При этом на соединитель Х2 блока 3 НИП после отключения линии связи подключить универсальный цифровой вольтметр 15 типа В7-78/1 в режиме измерения постоянного напряжения.

Причем для осуществления проверки ВТИП на турбоагрегате, работающем в стационарном (установившемся номинальном) режиме, выполняют следующие операции. Устанавливают тумблер 7 в положение отключено, измеряют постоянную составляющую напряжения на выходе блока 3 НИП вольтметром 15 и фиксируют по его показаниям напряжение в виде U_0раб. Вычисляют текущее значение рабочего зазора S_раб=U_0раб/K_Н, где K_Н - номинальный коэффициент преобразования по паспорту проверяемого ВТИП. Устанавливают тумблер 7 в положение включено, источником постоянного напряжения 11 на входе U_см БЭ 9 внешнего ИП по показаниям вольтметра 12 устанавливают напряжение U_Sим=S_раб⋅N_S, где N_S - действительное значение коэффициента имитации перемещения, внесенное в паспорт при прямой градуировке этого БЭ 9 внешнего ИП при поверке контролируемого ВТИП. Фиксируют по показанию вольтметра 15 на выходе блока 3 НИП напряжения U_0им=K_Sтек⋅S_раб, где K_Sтек - текущее значение коэффициента преобразования. Вычисляют отклонение текущего значения коэффициента K_S от его номинального значения K_H по разности зафиксированных напряжений на выходе блока 3 НИП в виде ΔU=(|U_0раб-U_0им|). При этом в абсолютной величине - по выражению ΔK=(|K_H-K_Sтек|), где ΔK=ΔU/S_раб, а в относительной величине - по выражению λ=(|K_H-K_Sтек|)/K_H 100%. По величине этого отклонения оценивают работоспособность (метрологическую исправность) ВТИП и принимают соответствующие меры по устранению в случае превышения допуска.

Причем при осуществлении контроля ВТИП на турбоагрегате в режиме «останов» выполняют следующие операции. Устанавливают тумблер 7 в положение отключено, измеряют постоянное напряжение на выходе блока 3 НИП вольтметром 15 и фиксируют по его показанию значение напряжения U_ост.Вычисляют соответствующую ему величину зазора в виде S_ост=U_ост/K_H, где K_H - номинальный коэффициент преобразования по паспорту проверяемого ВТИП. Устанавливают тумблер 7 в положение включено, источником постоянного напряжения 11 на входе U_см БЭ 10 внешнего ИП по показаниям вольтметра 12 устанавливают напряжение U_Sим=S_ост⋅N_S, где N_S - действительное значение коэффициента имитации перемещения, внесенное в паспорт при градуировке этого БЭ 9 внешнего ИП при поверке контролируемого ВТИП. Фиксируют по показанию вольтметра 15 на выходе блока 3 НИП напряжение U_0им=K_Sтек⋅S_ост, где K_Sтек - текущее значение коэффициента преобразования. Вычисляют отклонение текущего значения коэффициента K_S от его номинального значения K_H по разности зафиксированных напряжений на выходе блока 3 ИП в виде ΔU=(|U_0ост-U_0им|). При этом в абсолютной величине - по выражению ΔK=(|K_H-K_Sтек|), где ΔK=ΔU/S_ост, а в относительной величине - по выражению λ=(|K_H-K_Sтек|)/K_H 100%. По величине этого отклонения оценивают работоспособность (метрологическую исправность) ВТИП и принимают соответствующие меры по устранению в случае превышения допуска. При этом операции контроля для оценки работоспособности ВТИП выполняют с соблюдением требований РМГ 54-2002 ГСИ.

Таким образом, размещение имитационной обмотки в корпус вихретокового датчика заявленным образом и использование ее в качестве катушки связи ЭБ внешнего ИП позволяет получать достоверную информацию, необходимую для поверки и оценки работоспособности ВТИП на всех этапах его испытания и применения по назначению.

При этом вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что техническое устройство, воплощенное в заявленной полезной модели, в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, осуществимо посредством доступных известных средств и технологий производства вихретоковых преобразователей и средств их испытания, а при его осуществлении способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "промышленная применимость".

Claims

1. Вихретоковый измерительный преобразователь, содержащий вихретоковый датчик, измерительная обмотка которого подключена соединительным кабелем на соединитель входа блока нормирующего измерительного преобразователя (блок НИП), включающего последовательно соединенные генератор, тракт обработки сигнала и устройство нормирования сигнала с выходом на соединитель для подключения внешних устройств, отличающийся тем, что для осуществления поверки динамических характеристик с гарантированной точностью и контроля его исправного состояния в рабочих условиях без демонтажа с агрегата в нем вихретоковый датчик дополнен имитационной обмоткой с соединительным кабелем, а блок НИП дополнен вторым входом с соединителем, который через тумблер выведен на дополнительный блочный разъем, при этом имитационная обмотка размещена и закреплена неподвижно относительно измерительной обмотки в корпусе датчика и образует с ней индуктивно связанную цепь с неизменным коэффициентом связи в виде трансформатора связи, подключена соединительным кабелем на соединитель второго входа блока НИП и используется в качестве катушки связи блока электроники (БЭ) внешнего имитатора перемещений (ИП).

2. Вихретоковый измерительный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для осуществления поверки динамических характеристик и контроля исправного состояния имитационный выход БЭ внешнего ИП, оснащенного соответствующим кабелем, подключают на дополнительный блочный разъем блока НИП.

3. Вихретоковый измерительный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что перед осуществлением поверки динамических характеристик БЭ внешнего ИП градуируют по методике, включающей использование образцовых средств задания перемещений предпочтительно с использованием стенда статических калибровок в качестве рабочего эталона перемещений.

4. Вихретоковый измерительный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в трансформаторе связи имитационная обмотка выполнена в виде отдельной обмотки и размещена (установлена) над измерительной обмоткой контактно и соосно, при этом их взаимное положение зафиксировано высокотемпературным компаундом или клеем.

5. Вихретоковый измерительный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что трансформатор связи выполнен бифилярной намоткой измерительной и имитационной обмоток на одном каркасе или в виде таблетки с послойным чередованием измерительной и имитационной обмоток, при этом их взаимное положение зафиксировано высокотемпературным компаундом или клеем.