Метрологические характеристики СИ
Использование СИ
В качестве норм указывают пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя систематические и случайные составляющие
Эталоны и их использование
Вихретоковые преобразователи
Метр (м) = 100 сантиметрам (см) = 1000 миллиметрам (мм) = 1 000 000 микрометрам (мкм)
Единицы Си механических величин
Навигация
Вихретоковые преобразователи
Понятие и классификация средств измерений
54265
знаков
4
таблицы
5
изображений
2 Вихретоковые преобразователи
Вихретоковые преобразователи (вихретоковые датчики) предназначены для бесконтактного измерения вибрации перемещения и частоты вращения электропроводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Наиболее часто объектом контроля является осевое смещение и радиальная вибрация вала ротора относительно корпуса.
Вихретоковый преобразователь (eddy current probe) состоит из бесконтактного вихревого пробника, удлинительного кабеля и электронного блока (рис.1). Преобразователь часто называют вихретоковой датчиковой системой. Вихревой пробник представляет собой металлический зонд с диэлектрическим наконечником (в который заключена катушка) на одном конце и отрезком коаксиального кабеля на другом. С помощью коаксиального удлинительного кабеля пробник подключается к электронному блоку.
Электронный блок вырабатывает сигнал возбуждения пробника и осуществляет выделение информативного параметра. Выходным сигналом является электрический сигнал, прямо пропорциональный расстоянию от торца вихревого пробника до контролируемого объекта.
Рисунок 1.
Принцип работы
В торце диэлектрического наконечника вихревого пробника находится катушка индуктивности (рис.2).
Рисунок 2.
Электронный блок обеспечивает возбуждение электромагнитных колебаний в катушке, в результате чего возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует 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. Параметры меняются при изменении зазора между контролируемым объектом и торцом датчика.
Электронный блок преобразует эти изменения в электрический сигнал, осуществляет его линеаризацию и масштабирование.
Конструкция
Наибольшее количество вариантов исполнения имеет пробник (зонд), поскольку его конструкция зависит от места монтажа и диапазона измерения.
Пробник может подключаться к 'лектронному блоку напрямую или через удлинительный кабель. Для защиты от механического повреждения соединительный кабель защищается металлорукавом.
Электронный блок представляет собой герметичную металлическую коробку, на которой имеется коаксиальный соединитель для подключения кабеля, а также клеммы питания, заземления, общего провода и выходного сигнала.
Частотные характеристики
Вихретоковые преобразователи обладают хорошим частотным откликом (реакция на изменение расстояния между торцом пробника и объектом контроля). Частотный диапазон может достигать 0 - 10 000 Гц. При этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает 0,5 дБ.
Вход и выход
Входным параметром вихретокового преобразователя является величина зазора между торцом пробника и электропроводящим объектом. Величина измеряемого зазора составляет несколько миллиметров и зависит от диаметра катушки, заключенной в торце диэлектрического наконечника. Выходной сигнал, пропорциональный измеряемому зазору, может быть представлен в виде напряжения, тока или в цифровом формате (определяется типом системы наблюдения).
Для электронных блоков с выходным сигналом в виде напряжения указывают чувствительность (коэффициент преобразования зазора в электрический сигнал), которая в большинстве случаев составляет 8 мВ/мкм. Часто для сопряжения вихретокового преобразователя с типовыми системами мониторинга необходимо дополнительное преобразование выходного напряжения в формат 4 - 20 мА токовой петли или в цифровой вид.
Устройства, сочетающие функции драйвера и дополнительного формирователя, называют трансмиттерами.
Области применения
Приоритетной областью использования вихретоковых преобразователей является контроль осевого смещения и поперечного биения валов больших турбин, компрессоров, электромоторов, в которых используются подшипники скольжения. Применение для этих целей датчиков скорости и ускорения, хотя и допустимо, но неоправданно, поскольку из-за уменьшения коэффициента пропорциональности между вибросмещением ротора и опоры на низких скоростях вращения, а также значительного (3…10 раз) ослабления вибрации ротора массивным корпусом установки, результат будет иметь большую погрешность. Вихретоковый метод, напротив, обладает исключительной точностью, поскольку не только не имеет нижнего предела по частоте, но и не требует математической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала или измерительного буртика относительно корпуса.
В малых турбинах, генераторах и компрессорах, где используются подшипники качения и масса корпуса относительно невелика, для измерения вибрации вала целесообразно использовать датчики скорости и ускорения, размещаемые на корпусе механизма.
Радиальная вибрация
Для измерения величины радиальной вибрации, как правило, используют два датчика, установленные перпендикулярно валу и развернутые относительно друг друга на 90o (рис.3).
Рисунок 3.
Ортогональное X-Y размещение пробников улучшает диагностические возможности, поскольку позволяет получать как суммарную информацию, так и раздельную по каждой координате, а при наличии соответствующих средств мониторинга позволяет визуально наблюдать орбиту движения вала в радиальной плоскости. Кроме того, измерение векторов вибросмещения в нескольких плоскостях позволяет построить линию динамического прогиба вала.
Осевое смещение
Для измерения осевого сдвига датчик размещают перпендикулярно плоскости торца вала и (или) плоскости измерительного буртика (рис. 4).
Рисунок 4.
В некоторых случаях для надежности используют два датчика (основной и резервный).
Частота вращения
Вихретоковые преобразователи часто используются для измерения частоты вращения ротора (рис. 5). Формирование отклика датчика обычно обеспечивается небольшим углублением на валу, полученным методом фрезерования. Такой датчик можно использовать совместно с X-Y датчиками радиальной вибрации. В этом случае датчик выполняет функции формирователя фазовой метки, относительно которой определяется ориентация орбиты движения вала. Для формирования отклика датчика могут использоваться конструктивные особенности ротора, например, наличие шестерни.
Рисунок 5.
Использование в вихретоковом преобразователе трансмиттера вместо драйвера позволяет получить на выходе сигнал, величина которого прямо пропорциональна числу оборотов в минуту.
Вихретоковые преобразователи применимы:
для измерения эксцентриситета валов;
для измерения толщины диэлектрических (лакокрасочных) покрытий на металлическом основании;
для измерения величины относительного температурного расширения механизмов;
для измерения величины износа трущихся деталей и механизмов;
в качестве бесконтактных концевых выключателей;
для измерения слоя металлизации на диэлектрическом основании.
Системная конфигурация
Предлагается несколько основных конфигураций вихретоковых преобразователей, отличающихся диаметром катушки пробника, длиной кабеля, параметрами выходного сигнала и характером измеряемой величины. Диаметр катушки пробника определяет диапазон измерения и площадь взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. Считается, что площадь взаимодействия не выходит за пределы воображаемой окружности на поверхности объекта, диаметр которой равен двойному диаметру катушки пробника. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при выборе места монтажа пробника, а также при контроле поперечной вибрации вала, поскольку в этом случае облучаемая поверхность цилиндрическая, что является причиной возникновения систематической погрешности, которая растет с увеличением диаметра катушки и уменьшением диаметра вала.
Для каждой комбинации - "диаметр катушки + длина системного кабеля" калибруется собственный драйвер или трансмиттер, на который наносится соответствующая маркировка. Несоответствие длины системного кабеля или диаметра катушки пробника маркировке драйвера или трансмиттера приводит к увеличению погрешности.
В таблице 3 приведены основные системные характеристики, позволяющие пользователю определить подходящую конфигурацию датчиковой системы для решения существующей прикладной задачи.
Пример:
АР2000A - 05.05.0 (вихретоковый датчик без металлорукава, с драйвером D200А для пробника с 5 мм катушкой, системная длина – 5 м).
АР2200A - 19.09.1 (вихретоковый датчик с металлорукавом, с трансмиттером Т220А для пробника с 19 мм катушкой, системная длина – 9 м).
*1 - возможна калибровка датчика на длину системы до 20 м.
*2 - взрывозащищённое исполнение (1Exib II AT4).
Таблица 3. Основные характеристики вихретоковых преобразователей
| Тип электронного блока | Модель | Диаметр катушки пробника | Диапазон измерения | Чувствительность, выходной диапазон | Системная длина*1 | Измеряемая величина |
| драйвер | АР2000A*2 | 5 мм | 0,3 - 2,3 мм | -8 мВ/мкм | 5/9 м | Вибрация, смещение |
| 8 мм | 0,3 - 3,0 мм | -8 мВ/мкм | 5/9 м | |||
| 19 мм | 1,0 - 8,0 мм | -2 мВ/мкм | 5/9 м | |||
| трансмиттер | АР2200A | 5 мм | 0,3 - 2,3 мм | 4 - 20 мА | 5/9 м | Вибрация, смещение |
| 8 мм | 0,3 - 3,0 мм | 4 - 20 мА | 5/9 м | |||
| 19 мм | 1,0 - 8,0 мм | 4 - 20 мА | 5/9 м | |||
| АР2300 | 5 мм | 5 -30 000 об/мин | 4 - 20 мА | 5/9 м | Частота вращения |
Обозначение
| АР | ХХХХ- | ХХ. | ХХ.*1 | Х |
| Модель (см. таблицу выше): 2000A, 2200A, 2300 | Диаметр катушки пробника: 05, 08, 19 (5, 8 и 19 мм соответственно) | Системная длина: 05, 09, … | 0 - без металлорукава, 1 - с металлорукавом |
3 Си геометрических и механических величин
3.1 Единицы Си геометрических величин
Измерение геометрических величин осуществляется путём линейных и угловых измерений размеров. Основная единица длины в современной Международной системе единиц - метр.
Линейные размеры могут быть выражены в кратных и дольных единицах.
Похожие работы
... повторных измерениях остаются постоянными или изменяются закономерно, обычно прогрессируя. Постоянные систематические погрешности свидетельствуют о высоких или недостаточных показателях метрологической надёжности применяемого средства измерения и могут быть устранены (учтены) предусмотренными аппаратурными методами коррекции или введением поправок в результаты измерений. Одной из распространённой ...
... причин возникновения погрешностей и уменьшение размеров погрешностей — одна из главных задач практической метрологии, поэтому понятие «погрешность» — одно из центральных в метрологии. 2. Классификация погрешностей измерений 2.1. По форме представления погрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведённые. Абсолютная погрешность ∆ измерений, выражаемея в единицах ...
... . Так. если единицей объёма является 1 см, то объём фигуры, приведённой на рисунке 7, равен 4 см. ГЛАВА 2.Методика формирования понятия величины и её измерения у младших школьников. 2.1 Современные подходы к изучению величин в начальном курсе математики. В начальных классах рассматриваются такие величины, как: длина, площадь, масса, объём, время и ...
... Классификация малых групп Обилие малых групп в обществе предполагает их огромное разнообразие, и поэтому для целей исследований необходима их классификация. Неоднозначность понятия малой группы породила и неоднозначность предлагаемых классификаций. В принципе допустимы самые различные основания для классификации малых групп: группы различаются по времени их существования (долговременные и ...
0 комментариев