Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков Батырев Юрий Павлович

Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков
<
Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Батырев Юрий Павлович. Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.05.- Москва, 2006.- 172 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/2095

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Электромагнитные преобразователи 10

1.1. Физические основы вихретокового метода контроля 10

1.2. Зависимость сигналов вихретоковых преобразователей от параметров объекта и режима контроля. 15

1.3. Классификация и использование вихретоковых преобразователей 21

1.4. Основные схемы включения обмоток вихретоковых датчиков. 25

1.5. Структурные схемы приборов вихретокового контроля. 29

Глава 2. Чувствительные элементы вихретоковых датчиков 38

2.1. Параметры, определяющие работу вихретоковых датчиков. 38

2.2. Виды и типы катушек вихретоковых датчиков . 42

2.3. Исследование влияния геометрии катушек на чувствительность датчиков перемещений. 53

2.4. Результаты исследования параметров катушек различных типов в режиме генераторного возбуждения контура 61

2.5. Вихретоковые датчики трансформаторного типа. 76

Глава 3. Создание устройств выделения полезных сигналов вихретоковых датчиков 83

3.1. Преобразователи сигналов вихретоковых датчиков 83

3.2. Структурные схемы преобразователей вихретоковых датчиков 90

3.3. Вихретоковый преобразователь с амплитудной обработкойсигналов 95

3.4. Фазовый и частотный методы выделения информации 100

3.5. Частотный метод для катушек с маленькой индуктивностью 105

3.6. Цифровой датчик линейных перемещений с расширенным температурным диапазоном 112

3.7. Интеллектуальный модуль возбуждения и обработки сигналов вихретоковых датчиков 118

3.8. Блоки вторичной обработки для вихретоковых датчиков. 122

Глава 4. Экспериментальная отработка измерительных каналов 127

4.1. Источники погрешностей вихретоковых датчиков 127

4.2. Воздействие температуры на вихретоковые преобразователи. 130

4.3. Методы повышения температурной стабильности вихретоковых датчиков 137

4.4 Мпогопараметровый метод обработки сипіалов вихретоковыхдатчиков 152

4.5. Методы и устройства калибровки вихретоковых датчиков. 157

Заключение 166

Литература 167

Введение к работе

Актуальность темы

Электромагнитные (вихретоковые) датчики находят широкое применение в системах управления работой различных агрегатов. В частности, вихретоковый метод - один из эффективных и надежных методов при контроле и диагностике состояния вращающихся валов различных установок. С помощью вихретоковых датчиков обеспечивают измерение относительной вибрации, числа оборотов, искривление, а также тепловые расширения вала ротора.

Принцип работы вихретокового датчика основан на явлении электромагнитной индукции. Переменное электромагнитное поле, созданное катушкой датчика, создает вихревые токи в металлическом объекте, которые воздействуют на поле возбуждающей катушки и изменяют ее индуктивность. Это вызывает изменение параметров колебательного контура (амплитуды, частоты, фазы), в который входит катушка датчика. Регистрация изменения этих параметров позволяет определить свойства предмета и его положение относительно датчика.

Большой вклад в разработку вопросов теории вихретокового контроля внесли труды российских ученых: Герасимова В.Г., Гончарова В.В., Дорофеева А.Л., Клюева В.В., Покровского А.Д., Сандовского В.А., Соболева В.С, Сухорукова В.В., Федосенко Ю.К., Шатерникова В.Е., Шкарлета Ю.М, и др.

Несмотря на достаточно широкий выбор вихретоковых датчиков на рынке, продолжаются работы и исследования, направленные на совершенствование их характеристик - расширение диапазона измерения при сохранении геометрии датчика, уменьшение нелинейности выходной характеристики, уменьшение температурной зависимости, повышение надежности конструкции датчика. Наряду с совершенствованием технических характеристик датчиков, основным направлением становится их интеллектуализация, т.е. проведение непосредственно в самом датчике предварительной обработки информации с выделением интересующего параметра, компенсации влияния дестабилизирующих факторов, выполнения функций самодиагностики и калибровки и выдачу обработанной информации в реальном масштабе времени в систему управления. Направление к интеллектуализации измерительных преобразователей уже привело к выработке международных стандартов для производства таких датчиков и способов передачи информации.

Для наиболее ответственного и уникального оборудования, каким являются турбины электростанций стоимостью сотни миллионов рублей, используются стационарные системы контроля и диагностики, которые позволяют вести контроль состояния агрегатов непрерывно. Структурно

такая система представляет собой измерительный и программный комплекс, состоящий из набора датчиков различных физических параметров, устройств сопряжения, контроллеров, программного обеспечения мониторинга и диагностики.

Дальнейшее совершенствование систем контроля и диагностики во многом будет определяться достижениями в области разработки первичных преобразователей с улучшенными эксплуатационными характеристиками и внедрением цифровых методов, как управления режимами их работы, так и последующей обработки информации.

Цель работы и задачи исследования

Целью данной работы является разработка и исследование устройств контроля механических перемещений элементов конструкций установок роторного типа на базе электромагнитных датчиков, находящихся в условиях воздействия агрессивных сред с широким интервалом температур и давлений с улучшенными метрологическими характеристиками.

В соответствие с целью работы были сформулированы следующие задачи исследований:

  1. Исследование влияния геометрических параметров обмоток вихретоковых датчиков, изготовленных по различным технологиям на чувствительность, диапазон измерения перемещений и линейность градуировочной характеристики.

  2. Исследование схем возбуждения и обработки сигналов вихретоковых датчиков различных конструкций на чувствительность, линейность и диапазон измеряемых перемещений в условиях воздействия повышенных температур.

  3. Поиск путей снижения температурной погрешности вихретоковых датчиков. Исследование методов компенсации температурной погрешности. Разработка датчиков перемещения с расширенным температурным диапазоном работы.

  4. Разработка структурной схемы и алгоритма работы цифрового устройства обработки сигналов вихретокового датчика.

  5. Разработка схем и алгоритмов работы блоков вторичной обработки сигналов электромагнитных датчиков на основе микропроцессорной техники.

  6. Исследование и создание электрического стенда - имитатора вихретоковых нагрузок для проверки работоспособности, настройки и калибровки вихретоковых датчиков.

Новизна исследований и научных результатов

  1. Разработан метод обработки выходного сигнала вихретокового датчика, позволяющий расширить диапазон измерения перемещений, подтвержденный экспериментальными исследованиями на датчиках различных конструкций и технологий изготовления.

  2. Разработан метод снижения температурной погрешности вихретокового датчика, основанный на использовании низкодобротноь катушки из проволоки с малым температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) в схеме релаксационного генератора.

  3. Разработаны методика и алгоритм компенсации температурной погрешности, позволившие создать датчик линейных перемещений с рабочим диапазоном до 300 С и погрешностью не более 2,5 %.

  4. Разработано устройство калибровки вихретоковых датчиков на основе электронного имитатора вихретоковых нагрузок.

Достоверность научных результатов подтверждается повторяемостью результатов при многократных измерениях, совпадением результатов измерений с теоретическими расчетами и результатами моделирования с помощью программ Mathcad и Multisim, практической реализацией датчиков и измерительных систем в целом.

Практическая значимость работы

Проведенные в работе исследования позволили выявить зависимости влияния геометрических параметров и технологий изготовления на характеристики вихретоковых датчиков, а также особенности схемотехнических решений устройств их возбуждения и выделения полезного сигнала для контроля перемещений объектов, находящихся в сложных условиях эксплуатации.

Разработанный метод выделения сигнала позволил увеличить диапазон измеряемого перемещения вихретокового датчика.

Разработанные методика и алгоритм компенсации температурной погрешности позволили создать датчик линейных перемещений с рабочим диапазоном до 300 С.

Разработанный имитатор вихретоковых нагрузок, позволяет проводить настройку и калибровку измерительных каналов вихретоковых датчиков без механических стендов.

Полученные результаты были использованы при создании аппаратуры СВКА 01 - 02.06, серийно выпускаемой НПО ИТ. Данная аппаратура применяется для непрерывного мониторинга механических параметров турбинных агрегатов Сургутской ГРЭС-2, Березовской ГРЭС, газоперекачивающих станций Мострансгаза.

На защиту выносятся:

  1. Метод обработки выходного сигнала вихретокового датчика, позволяющий расширить диапазон измерения перемещений.

  2. Метод снижения температурной погрешности вихретокового датчика, основанный на использовании низкодобротной катушки из проволоки с малым ТКС в схеме релаксационного генератора.

  3. Методика и алгоритм компенсации температурной погрешности, датчика линейных перемещений с рабочим диапазоном до 300 С.

  4. Устройство калибровки вихретоковых датчиков на основе электронного имитатора вихретоковых нагрузок.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались на научных конференциях МГУЛ в 1998 - 2005 годах, на международной конференции "СЕНСОР 2000" 21-23 июня 2000 г., г. Санкт-Петербург, на международной конференции "Математические и физические методы в экологии и мониторинге природной среды", 23-25 окт. 2001 г., г. Москва.

Работа выполнялась в рамках НИР - "Интеллектуальный канал контроля механических параметров движения", программы Министерства образования РФ: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма - Производственные технологии.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах, получены 2 патента на изобретение.

Реализация и внетрение результатов диссертации

Полученные результаты исследований различных конструкций электромагнитных датчиков и устройств их возбуждения легли в основу создания промышленных датчиков ДБ, ДП и ДПЛ. Разработанные методика и алгоритм позволили создать высокотемпературные датчики линейных перемещений, выпускаемые НПО ИТ. Алгоритмы обработки сигналов вихретоковых датчиков были использованы при создании блоков контроля ОС, ИВ, ОВ, ТХ, ТР аппаратуры СВКА 01 - 02.06, позволяющей осуществлять непрерывный мониторинг состояния различных турбоагрегатов. Разработанный имитатор вихретоковых нагрузок позволил упростить калибровку и проверку динамических характеристик вихретоковых датчиков.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации - 172 страницы, включающий 106 рисунков и 18 таблиц. Список литературы содержит 77 наименований.

Зависимость сигналов вихретоковых преобразователей от параметров объекта и режима контроля.

Рассмотренные основные величины, характеризующие распространение электромагнитного поля в среде, позволяют определить параметры этой среды. Большие возможности в этом отношении дает использование амплитудных и фазовых характеристик проникновения волн, а также величины электрического сопротивления или импеданса структуры объекта контроля Z(.: где ф - характеризует сдвиг фаз между напряженностями электрического и магнитного полей электромагнитной волны на "входе" структуры.

В частности, когда Zc вещественно, это означает, что напряженности электрического и магнитного полей совпадают по фазе и среда не имеет потерь. Для других реальных материалов сдвиг фаз отличен от нуля и для металлов составляет значение —, при этом модуль импеданса имеет малое значение.

Импеданс чувствительной катушки вихретокового датчика - основная величина, контролируемая в вихретоковом неразрушающем контроле. Распространение вихревых токов, наведенных в контролируемом предмете, анализируется их влиянием на импеданс самой возбуждающей катушки или импеданс отдельной приемной катушки. Например, вариации удельной проводимости, вызванные различиями в свойствах материала, или возмущениях в плотности индуцированного тока от присутствия дефектов или температурных градиентов, могут быть обнаружены как изменения в импедансе любой катушки.

Рассмотрим двухкатушечную вихретоковую систему, где осевая длина катушки первичной обмотки сделана намного более длинной, чем катушка вторичной обмотки, производя, таким образом, относительно однородное поле в контролируемой области. Полное передаточное сопротивление (импеданс), Z,, определяется как отношение, наведенного в катушке вторичной обмотки напряжения к текущему в катушке первичной обмотки току 1Р.

Напряжение, ток и, таким образом, импеданс, являются функциями частоты возбуждения. Наведенное напряжение в катушке вторичной обмотки, ток в катушке первичной обмотки могут быть проанализированы при мультичастотном воздействии возбуждающего тока с учетом измерения фазовой и амплитудной реакции. Если полностью удалить контролируемый объект, то полное передаточное сопротивление такой системы относительно нечувствительно к сопротивлению катушек и имеет величину Z0 = JO)L0 , где L0 индуктивность катушки. Когда проводящий предмет помещается около катушки, происходит изменение индуктивности от LQ к L, а также появляется резистивная составляющая R (связанная с вихретоковыми потерями в объекте). Величина импеданса изменяется на той же самой частоте, поскольку Z = R + jcoL.

Вектор-потеїщиал бесконечно длинной круглой катушки, окруженной бесконечно длинным круглым проводником можно найти аналитически, и из этого можно получить выражение для импеданса катушки. Использование допущения, что катушка первичной обмотки - бесконечно длинный соленоид, окружающий однородный проводник и что диаметр катушки является малым относительно электромагнитной длины волны Я = , (с - скорость света).

Наведенное напряжение в катушке вторичной обмотки выражается как [10]: где k = o){icr+j(i)2ns, [к = б)/ю- для типичных металлов и частот], є -диэлектрическая проницаемость, а - удельная проводимость, Н0 интенсивность магнитного поля, пг - количество витков вторичной обмотки, ц -магнитная проницаемость образца, Ъ - радиус катушки вторичной обмотки, ber, и bei - реальные и мнимые функции Бесселя соответственно и ber и bei - их первые производные. В терминах этих переменных, отношение а /Ь может быть измерено и называется коэффициентом заполнения (ц) определяемым как частичная площадь поперечного сечения катушки вторичной обмотки, заполненная образцом.

Виды и типы катушек вихретоковых датчиков

По виду преобразования параметров объекта в выходной сигнал датчика последние делятся на трансформаторные и параметрические.

В трансформаторных датчиках, параметры объекта контроля преобразуются в напряжение измерительной обмотки, а в параметрических датчиках в комплексное сопротивление. Основное преимущество параметрических датчиков заключается в их простоте.

Датчики с одной обмоткой называются однокатушечными. В многообмоточных датчиках, в зависимости от способа соединения обмоток различают абсолютные и дифференциальные. Выходной сигнал абсолютного датчика определяется абсолютным значением параметров объекта, а дифференциальної о - приращением этих параметров.

В случае, когда катушка датчика накладывается торцом на объект, датчик называют накладным. Накладные датчики контролируют в основном объекты с плоскими поверхностями. Они применяются также, когда требуется обеспечить локальность и высокую чувствительность. Они не чувствительны к аксиальным перемещениям обмотки.

Главная задача при разработке и изготовлении катушек и датчиков -обеспечить оптимальную чувствительность системы. Перед нами стояла задача разработки конструкции вихретокового датчика, а точнее целого ряда датчиков, охватывающих различные диапазоны измерения положения ротора турбины. Одной из главных сложностей являлось наличие тяжелых условий эксплуатации - высокой температуры, наличия водяных паров, примесей масел, наличия электромагнитных помех и т.д. Поэтому особое внимание при разработке таких датчиков уделялось не только электрофизическим характеристикам, но и особенностям их конструкции, что обуславливало бы их надежную эксплуатацию. Поскольку такие датчики предполагается использовать для массового промышленного применения необходимо учитывать также трудоемкость их изготовления, технологичность, повторяемость и стабильность характеристик. В этой связи нами были изготовлены и проверены несколько типов вихретоковых датчиков, созданных с помощью различных технологий изготовления. Были изготовлены датчики следующих типов: - проволочные; - ленточные; - печатные, применяя методы фотолитографии; - напыленные, применяя методы микроэлектронных технологий. Обзор этих датчиков и их основные характеристики приводятся в последующих разделах данной работы.

Проволочные катушки

Катушки при вихретоковых измерениях в большинстве своем имеют форму тела вращения и имеют прямоугольное поперечное сечение. В зависимости от соотношения размеров намотки могут быть длинными, короткими, плоскими, тонкими, соленоидальными и т.д. [3]. В вихретоковых измерениях применяют, как правило, катушки без сердечника, т.к. такие катушки значительно стабильнее, ее индуктивность слабо зависит от силы тока и частоты, а температурные изменения Lo, Q обусловлены вариациями размеров обмотки и сопротивлениями проволоки ее витков. На рис. 2.1. представлены различные формы катушек вихретоковых датчиков.

Длина намотки / и диаметр катушки Dcp выбирают исходя из требуемого диапазона измерения и линейности характеристики. Обычно исходят из соотношения 0,1 //Dcp l,0, стремясь обеспечить хорошую индуктивность и малое активное сопротивление.

Индуктивность L0 катушки (без сердечника) в большей степени будет зависеть от высоты ее намотки. В таких датчиках верхние витки обмотки участия в создании вихревых токов не принимают. Ферритовые сердечники позволяют уменьшить высоту намотки и поля рассеяния и повысить тем самым чувствительность. Однако применение ферритового сердечника существенно снижает температурный диапазон эксплуатации. Поскольку разрабатываемые датчики должны работать в широком диапазоне температур, датчики с магнитным сердечником нами не рассматривались ввиду нецелесообразности их использования.

Катушка без сердечника значительно стабильнее, ее индуктивности (L) слабо зависит от частоты или тока. Температурные измерения обусловлены вариациями размеров катушки и сопротивления проволоки её витков.

Структурные схемы преобразователей вихретоковых датчиков

Для контроля линейных перемещений ротора энергоагрегата для аппаратуры СВКА 1-02.06 были разработаны 3-х обмоточные вихретоковые датчики с дифференциальным включением измерительных обмоток (ДП-1, ДП-2) [62]. Датчики обеспечивают измерение положения измерительного кольца (буртика) ротора. Функциональная схема преобразователя сигналов таких датчиков приведена на рис. 3.7.

Преобразователь работает следующим образом. Измерительное кольцо ротора ИК, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения 1 (LB), «возмущает» электромагнитное поле в пределах, охватываемых витками обмотки возбуждения 1, что приводит к появлению разностного сигнала, вырабатываемого встречновключенными измерительными обмотками 2, 3 (Lnp2, Ь„рз)- Величины этого разностного сигнала тем больше, чем больше смещение b измерительного кольца ИК от середины обмотки возбуждения 1 к ее краям. Разностный сигнал усиливается дифференциальным усилителем ДУ, детектируется фазовым детектором ФД и регистрируется индикатором вторичного преобразователя перемещения в виде UBbIx.i=f(b). Уменьшение зазора h между ИК и обмоткой возбуждения 1 вихретокового датчика приводит к увеличению электромагнитной связи между ними, что приводит к увеличению потерь в колебательном контуре, образованном обмоткой возбуждения Lo и конденсатором С.

Амплитуда колебаний на обмотке возбуждения L0, а, следовательно, и на выходе усилителя автогенератора УАГ, начинает уменьшаться, что приводит к появлению разностного напряжения на входах блока стабилизации амплитуды колебаний БСАК. В результате чего на его обоих выходах изменяются управляющие напряжения. Управляющее напряжение с первого выхода БСАК поступает на инвертирующий вход УАГ и увеличивает его усиление до уровня, при котором разность напряжений на входах БСАК не уменьшится до нуля. При этом амплитуда колебаний на выходе АГ вновь станет равной напряжению на выходе источника опорного напряжения ИОН1. Управляющее напряжение с второго выхода БСАК поступает на первый вход блока вычитания БВ. Так как ко второму входу БВ приложено напряжение источника опорного напряжения ИОН2, то на его выходе выделяется приращение сигнала управления, пропорциональное приращению Ah зазора h. После усиления масштабным усилителем МУ оно индицируется индикатором зазора в виде UBbIx.2=f(h) и в дальнейшем используется для компенсации зазора вторичным преобразователем.

В аппаратуре СВКА 1-02.06 для измерения осевых смещений, виброперемещений, нами разработан однообмоточный вихретоковый датчик. Структурная схема преобразователя сигналов однообмоточного вихретокового датчика генераторного типа приведена на рис. 3.8.

Преобразователь работает следующим образом. Автогенератор АГ возбуждается на резонансной частоте колебательного контура L0. Амплитуда напряжения электрических колебаний АГ пропорциональна зазору h между обмоткой Lo вихретокового датчика и контролируемым металлическим объектом.

Чем меньше зазор h, тем больше потери, вносимые в катушку датчика Lo, и тем меньше амплитуды колебаний, вырабатываемых АГ. Зависимость амплитуды электрических колебаний АГ от зазора h нелинейная, поэтому после усиления УВЧ, детектирования Д и фильтрации ФНЧ электрического сигнала, он линеаризуется блоком линеаризации БЛ и после преобразования напряжения в ток блоком U/I поступает на вход вторичного преобразователя для индикации и регистрации.

Диапазон измерения преобразователя в значительной мере определяется нелинейностью градуировочной характеристики. При этом важную роль играет не сама величина индуктивности обмотки L0, а ее изменение от величины перемещения h, т.е. вносимая индуктивность Ьвн = L0e "экк. Общий анализ результатов экспериментальный исследований глубины модуляции индуктивности преобразователя показывает зависимость этой величины от значений таких параметров обмотки, как глубина витка и эквивалентный диаметр витка, т.е. соотношения геометрических размеров обмотки а = —, где / это длина намотки, d — средний диаметр (рис. 3.9).

Наибольшую глубину модуляции обеспечивают обмотки с малыми значениями параметра а. Наиболее целесообразно такие обмотки использовать при фазовом и частотном методах выделения полезного сигнала. При этом, как показали лабораторные исследования, относительно небольшой линейный диапазон ( 0,5r0) и удается расширить путем применения схемных методов линеаризации и даже простым снижением добротности Q колебательной системы до значений 7,0...8,0, например, при фазовом методе выделения информации.

Существенного расширения диапазона измерения (до 0,85г0 и более) удалось достичь путем применения обмоток с параметром а = 0,32...0,42 в автогенераторной схеме, реализующей амплитудный метод выделения сигнала. Выбирая добротность контура в пределах 12... 15 в автогенераторной схеме (рис. 3.10), удается получить нелинейность изменения амплитуды колебаний от зазора не более 1,5 % с уменьшением длины зазора h амплитуда колебаний U, вследствие демпфирования, уменьшается. При этом относительное изменение частоты генерируемых колебаний в линейном диапазоне измерения не превышает 1,3 %. Для нелинейного режима отношение — увеличивается.

Воздействие температуры на вихретоковые преобразователи.

Стабильность параметров системы: обмотка датчика - преобразователь зависит: от качества колебательной системы, т.е. от сосредоточенных элементов L, С, R; от стабильности напряжения питания генератора при генераторной схеме обработки и стабильности частоты при фазовом методе обработки сигналов обмотки. При изменении температуры окружающей среды Д0 появляется дополнительная погрешность, обусловленная изменением электрических и магнитных параметров датчика, например активных сопротивлений. Температурная зависимость активных сопротивлений обмотки может быть выражена формулами: где Ro - начальное сопротивление; aR - температурный коэффициент материала провода. Относительная амплитудная погрешность составит: или yR=-aRK[AQ, где К] - коэффициент пропорциональности. Изменение активного сопротивления обмотки приводит к изменению сдвига фаз между током и напряжением на обмотке датчика. Из анализа представленных выражений для yR и pR следует, что для уменьшения амплитудных и фазовых погрешностей, обусловленных изменением активных сопротивлений обмоток, необходимо, чтобы их индуктивные сопротивления были бы значительно больше активных R.

Выше было показано, что для выделения полезной информации обмотка датчика включается в электрическую схему, а для получения максимальной чувствительности и линейности используется резонансный режим работы. Для анализа воздействия температуры среды на колебательный контур, коротко рассмотрим физическую суть резонансных явлений и влияние на его основные характеристики параметров L, С, R, воспользовавшись основными уравнениями радиотехники. Активное сопротивление RL реальной катушки связано также с поглощением энергии в каркасе, сердечнике и в проводах катушки. Величина RL быстро увеличивается с ростом частоты. Основная причина этого -поверхностный эффект и эффект близости. Магнитное поле существует не только вне, но и внутри обмоточного провода. Плотность тока уменьшается по мере приближения от наружной поверхности проводника к его оси. С ростом частоты ЭДС самоиндукции вырастает то и поверхностный эффект усиливается. В связи с уменьшением токопроводящего слоя активное сопротивление возрастает от Ro до Rf, когда f увеличивается от 0 до f. Поскольку вихретоковый датчик включается в схему параллельного контура, рассмотрим основчые зависимости и характеристики параллельного контура. Эквивалентная схема представлена на рис. 4.1. На рис. 4.2 представлены АЧХ контуров, настроенных на частоту f0. Первый контур имеет параметры: L, С, R=Rj. Второй контур: L, С, R Rj. Видно, что добротность второго контура меньше и величина К уменьшилась. При уменьшении индуктивности L (приближение объекта) fo смещается в сторону высоких частот. Изменение температуры окружающей среды может вызывать изменение: индуктивности обмотки; межвитковой емкости катушки; сопротивления намоточных проводов; геометрии корпуса обмотки; свойств контролируемого металлического объекта. Как видно из выражений, представленных выше, изменение любого из этих параметров (например, под действием температуры) приводит к изменению амплитудно-частотной и фазовой характеристики колебательного контура, обуславливая температурную погрешность датчика At [20]. относительная чувствительность преобразования по входному измеряемому зазору h, At - нестабильность температуры. Относительная температурная нестабильность полного сопротивления преобразователя может быть представлена в виде зависимости где: ап - относительный линейный температурный коэффициент материала провода.

Похожие диссертации на Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков