Слайды 81-82. Вихретоковые датчики вибросмещения

 

     Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых  им в электропроводящем объекте контроля. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта или о положении преобразователя относительно него. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

     Вихретоковый датчик состоит из вихревого пробника 2 и электронного блока 1, соединенных кабелем 3. В торце диэлектрического наконечника 5 вихревого пробника находится катушка индуктивности 6 (одна или несколько). Электронный блок возбуждает в ней электромагнитные колебания, в результате чего возникает электромагнитное поле, взаимодействующее с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, которые, в свою очередь, изменяют параметры катушки - ее активное и индуктивное сопротивление. Степень этого изменения зависит от зазора между контролируемым объектом и торцом датчика; значение этого зазора является входным параметром датчика. Оно составляет несколько миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце диэлектрического наконечника. Выходным сигналом является напряжение, пропорциональное измеряемому зазору; обычно оно составляет несколько мВ на 1 мкм. Пробник может иметь различное конструктивное выполнение, т.к. его конструкция зависит от места монтажа и диапазона измерения.

     Приоритетной областью использования вихретоковых датчиков, как уже упоминалось, является контроль осевого смещения и поперечного биения валов больших турбин, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Вихретоковый метод обеспечивает высокую точность, поскольку не имеет нижнего предела по частоте вибрации и не требует математической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала или измерительного буртика относительно корпуса.

Устройства для измерения осевого сдвига на основе ВТП часто называются проксиметрами .

     Вихретоковый вибродатчик конструктивно представляет собой катушку индуктивности, подключенную к высокочастотному генератору. Внешне катушка напоминает резьбовую шпильку, что сделано для удобства установки необходимого начального зазора с контролируемым валом. При приближении к торцу катушки стального массива, например вала или другого элемента конструкции, происходит изменение индуктивности катушки-датчика за счет изменения величины вихревых потоков рассеивания, замыкающихся через массив. Такие датчики в настоящее время широко используются для контроля осевого сдвига мощных компрессоров и для контроля виброперемещения валов в них. Катушка крепится на корпусе компрессора. Вихретоковый датчик в этом случае контролирует относительное перемещение вала относительно корпуса компрессора в направлении оси датчика - шпильки.

Устройство для контроля вибрации центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата содержит две пары вихретоковых преобразователей (ВТП) относительной вибрации 2, 5 и 1, 7, установленных в теле корпусов подшипников 3 вала 4 нагнетателя; электронные блоки 8, 9, 10 и 11, соединенные с ВТП; блок обработки сигналов 12; многоканальный вторичный электронный прибор 13; регистратор вибрации 14; электронный осциллографический индикатор формы колебаний вала 15. В торцах ВТП расположены плоские катушки 6, намотанные тонким проводом и питаемые напряжением высокой частоты (1…1,5 МГц) от электронных блоков 8 - 11. Как уже отмечалось, принцип действия ВТП основан на преобразовании значения зазора между торцом преобразователя и объектом контроля в выходное напряжение. Генераторы электронных блоков 8 - 11 вырабатывают высокочастотный сигнал, поступающий на катушку 6, которая в окружающем пространстве создает магнитное поле. При отсутствии вблизи катушки металла потери мощности радиочастотного сигнала также отсутствуют и выходное напряжение генератора максимально. При приближении к рабочему торцу катушки проводящего материала, каким является вал нагнетателя, вихревые токи, генерируемые в поверхности материала, приводят к потере мощности сигнала и пропорциональному уменьшению выходного напряжения генератора. При достаточно малых зазорах вся мощность генератора поглощается проводящей поверхностью.

В каждой точке контроля вибрации устанавливаются два ВТП, расположенных под прямым углом. Преобразователи 5 и 7 служат для измерения вертикальной составляющей вибрации, а 1 и 2 – горизонтальной. Все ВТП устанавливаются в теле корпусов подшипников с постоянным зазором δ, равным 1 – 1,2 мм. В исходном положении, когда вал 4 нагнетателя неподвижен, при заданных зазорах δ между поверхностью вала и торцами ВТП на выходе электронных блоков 8 – 11 формируется напряжение постоянного тока U_вых, пропорциональное зазору δ. По шкалам вторичного прибора 13 можно определить размеры всех зазоров между поверхностью вала 4 и торцами ВТП (выбор ВТП осуществляется с помощью переключателя каналов измерения). При вращении вала с частотой ω вследствие колебания поверхности вала относительно корпусов подшипников расстояние δ между поверхностью вала и торцами ВТП изменяется, что приводит к изменению добротности колебательных контуров, образованных элементами в электронных блоках 8 – 11 и катушками 6 в торцах ВТП. Зависимость выходных напряжений U электронных блоков от зазора δ (для одного преобразователя) приведена на рис. При неподвижном вале нагнетателя и зазоре δ_ср между торцом ВТП и поверхностью вала на выходе электронных блоков 8 – 11 устанавливается напряжение постоянного тока U_ср, пропорциональное зазору δ_ср (прямые 3 и 2). При вращении вала зазор δ изменяется (кривая 4), что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения электронного блока (кривая 1) по закону изменения зазора между катушкой ВТП и поверхностью вала.

Чувствительность ВТП в комплекте с электронными блоками обеспечивает надежное измерение колебаний вала в диапазоне от 0 до 150 мкм. Выходные сигналы всех электронных блоков подаются на блок обработки сигналов 12, который обеспечивает преимущественное выделение максимального сигнала для каждой пары ВТП, пропорционального максимальному биению вала. Вторичный прибор 13 обеспечивает возможность отсчета колебаний вала по каждому каналу в микрометрах, измерения зазоров в миллиметрах, световую предупредительную и аварийную сигнализации, а также формирование выходных релейных сигналов при достижении колебаниями вала предупредительного или аварийного значения, которые подаются в систему защиты газоперекачивающего агрегата по уровню вибрации.

Зависимость выходного сигнала вихревого датчика от расстояния между катушкой и массивным элементом конструкции (чаще всего вала) нелинейна, что является его недостатком.

Оптимальная область применения вихретоковых вибродатчиков-проксиметров в вибродиагностике - это контроль осевого сдвига валов.

 

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: