Стенд для градуировки вихретоковых преобразователей

Стенд для градуировки вихретоковых преобразователей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к первичным преобразователям, основанным на принципе вихревых токов, предназначенным для контроля электрофизических свойств и геометрических перемещений объектов из токопроводящих материалов в машиностроении, приборостроении, космической технике и др., как в статике, так и динамике.

Известен градуировочный стенд для поверки вихретоковых преобразователей, содержащий элементы конструкции стенда, поверяемый преобразователь, эталонные образцы и узлы относительного перемещения преобразователь - образец [Патент №2082641 (РФ). БИ 1997. №18].

Известный стенд функционально ограничен тем, что он не обеспечивает градуировку преобразователей в диапазоне температур от +300 до -196°С, которые имеют место, например, при контроле биений лопаток турбин энергоустановок в условиях +(20...300)°С или вала турбодетандера -(20...196)°С при ожижении газов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание стенда для градуировки вихретоковых преобразователей с расширенными функциональными возможностями, позволяющими гадуировать вихретоковые преобразователи в диапазоне температур от +300 до -196°С с повышеной достоверностью.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что стенд для градуировки вихретоковых преобразователей, включающий испытуемый вихретоковый преобразователь и эталонный образец нормированного параметра, содержит оптическую скамью с продольным пазом на ее рабочей поверхности, выполненным в форме "ласточкина хвоста", два подвижных вдоль рабочей поверхности скамьи предметных столика, снабженных микрометрическими винтами и установленных основаниями в пазу скамьи, две штанги, при этом штанги одними своими концами жестко закреплены на первом и втором столиках соответственно и размещены соосно друг другу, на других торцах которых, обращенных навстречу друг другу, жестко и нормально друг другу присоединены испытуемый вихретоковый преобразователь и эталонный образец нормированного параметра, дополнительный предметный столик, размещенный в пазу скамьи между первым и вторым столиками, трубку, установленную неподвижно на дополнительном столике, теплобандаж, охватывающий трубку снаружи, двухвходной штуцер с переключателем, термопару, встроенную между трубкой и теплобандажом, криостат, наполненный жидким хладагентом, термостат с вентилятором, два патрубка и две пробки со сквозными отверстиями в осевом направлении пробок для размещения патрубков и штанг, в одной из пробок выполнено дополнительное отверстие для прокладки выходного кабеля преобразователя, при этом преобразователь и образец размещены внутри трубки и соосно ей, выход штуцера связан через патрубок одной из пробок с полостью трубки, а один из входов штуцера связан с выходом криостата, а второй вход - с выходом термостата, причем трубка, пробки и патрубки выполнены из термостойкого материала.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана структурная схема широкодиапазонного стенда, на фиг.2 - поперечное сечение скамьи с пазом в форме «ласточкина хвоста».

Стенд содержит оптическую скамью 1 с продольным пазом на ее рабочей поверхности, выполненным в форме «ласточкина хвоста» (фиг.2), два подвижных вдоль рабочей поверхности скамьи предметных столика 2, 3 с микрометрическими винтами, дополнительный предметный столик 4, размещенный между первым и вторым столиками 2, 3, трубку 5 с теплобандажом 6, охватывающим трубку 5 по наружной поверхности, испытуемый вихретоковый преобразователь 7, токопроводящий эталонный образец 8 нормированного параметра, две штанги 9 и 10, штуцер 11 с переключателем, термопару 12, криостат 13 с жидким хладагентом, термостат 14 с вентилятором, два патрубка 15 и 16 и две пробки 17 и 18.

Предметные столики 2, 3 и 4 установлены основаниями в пазу скамьи 1, причем столики 2 и 3 имеют возможность перемещаться под действием микрометрических винтов вдоль паза скамьи 1. Штанги 9 и 10 размещены соосно друг другу и одними своими концами жестко закреплены на первом и втором столиках 2, 3 соответственно, а на свободных торцах штанг 9, 10, обращенных навстречу друг другу, присоединены неподвижно и нормально друг другу преобразователь 7 и образец 8. Трубка 5 покрыта теплобандажом 6 и закреплена на дополнительном столике 4 неподвижно, при этом преобразователь 7 и образец 8 введены внутрь трубки 5 соосно ей. Термопара 12 установлена на поверхности трубки 5 под теплобандажом 6 и предназначена для регистрации температуры трубки 5 и элементов, находящихся в ее полости.

Криостат 13 представляет собой сосуд Дьюара и наполнен жидким хладагентом, который заливается в полость трубки 5, например, через воронку (не показано), через один из входов штуцера 11 при соответствующем положении переключателя штуцера 11 (стрелка на штуцере). Термостат 14 представляет собой электрическую печь типа МП-2УМ, имеющую собственный термометр, наружный вентилятор и сквозное отверстие, выход которого связан через соединительный рукав с другим входом штуцера 11 (рукав и вентилятор не показаны). Рукав выполнен из термостойкого материала. При включении термостата 14 в электрическую сеть, например 220 В, воздух в его полости нагревается и подается через штуцер 11 и патрубок 16 при соответствующем положении переключателя на штуцере 11 в полость трубки 5. Один из патрубков 15, 16 предназначен для ввода хладагента или горячего воздуха внутрь трубки 5 из штуцера 11, другой патрубок - для испарения этих реагентов. Поэтому выход штуцера 11 соединен с входом одного из патрубков, например с патрубком 16. Обе пробки 17 и 18 выполнены разрезными в продольном диаметральном сечении и со сквозными отверстиями в осевом направлении пробок 17, 18 для размещения в них штанг 9, 10 и патрубков 15, 16, а в одной из пробок, размещенной со стороны преобразователя 7, выполнено дополнительное отверстие для прокладки в нем выводного кабеля от преобразователя 7. Поперечные размеры отверстий в пробках и поперечные размеры размещенных в них элементов стенда выполнены по свободной посадке. Под нормированным параметром образца следует понимать либо его электрофизические свойства (электропроводность, магнитная проницаемость), либо геометрический параметр - перемещение образца относительно преобразователя. Но в обоих случаях должна быть настройка преобразователем 7 на режим контроля.

Трубка 5, патрубки 15, 16 и пробки 17, 18 выполнены из термостойкого материала, например трубка 5 и патрубки 15, 16 из стекла, а пробки 17, 18 из фторопласта. В качестве хладагента может быть сжиженный газ (фреон, кислород, водород, азот и др.). При наполнении трубки 5 жидким хладагентом последний из ее полости не вытекает по промежуткам посадок свободных размеров в пробках, а испаряется в виде «прозрачной дымки», как и из выходного отверстия противоположного выводного патрубка, например 15, поэтому при исследованиях хладагент в трубке 5 необходимо пополнять. Точно так же необходимо обеспечивать процесс и при наполнении трубки 5 горячим воздухом.

Термины: оптическая скамья 1, предметные столики 2, 3 с микрометрическими винтами и другие использованы из техники точной механики. Столики 2, 3 оборудованы механизмами, которые при вращении микрометрических винтов обеспечивают перемещение платформам столиков 2, 3 вдоль паза скамьи 1.

Предложенный диапазон температур +300...-196°С соответствует техническим условиям при контроле биений лопаток турбин энергетических установок (+300°С) и биений вала турбодетандера при ожижении газообразного азота (-196°С).

Работа стенда.

Испытуемый вихретоковый преобразователь 7 возбуждают током высокой частоты. Физика работы испытуемого вихретокового преобразователя 7 основана на взаимодействии собственного (первичного) электромагнитного поля преобразователя 7 и (вторичного) электромагнитного поля образца 8, сформированного вихревыми токами поля преобразователя 7. После прогрева (несколько единиц секунд) преобразователя 7 его сближают с образцом 8 с помощью микрометрических винтов столиков 2, 3 друг с другом, т.е. обеспечивают нулевой зазор между ними, свидетельством тому будет нулевое значение выходного электрического сигнала, снимаемого с преобразователя 7.

Далее подают хладагент в один из входов штуцера 11, например через воронку, при соответствующем положении переключателя на штуцере 11. Спустя несколько десятков секунд после заполнения трубки 5 хладагентом находящиеся в ее полости элементы приобретают температуру хладагента. Признаком установившейся низкой температуры будет факт успокоения хладагента после его бурного кипения, вызванного процессом охлаждения элементов (трубка 5, преобразователь 7, образец 8, штанги 9 и 10), и показания термопары 12. Чем меньше масса охлаждаемых элементов, тем меньше требуется время для установившейся температуры.

После установившейся температуры образец 8 отдаляют от преобразователя 7 последовательно через дискретные промежутки пути с помощью микрометрического винта столиков 2 или 3, при этом при каждом шаге перемещения фиксируют величину выходного электрического сигнала преобразователя 7, значение дискретного увеличения зазора между преобразователем 7 и образцом 8 и температуру трубки 5. По полученным данным строят зависимость выходного сигнала преобразователя 7 от величины перемещения.

Затем переключатель штуцера 11 устанавливают в нейтральное положение, тем самым прекращают подачу хладагента в полость трубки 5, а остатки в ее полости хладагента испаряются. Достигнув трубкой 5 нормальной температуры, образец 8 вновь подводят вплотную к преобразователю 7 и полость трубки 5 заполняют горячим воздухом, который нагнетают вентилятором термостата 14 при соответствующем положении переключателя штуцера 11. Достигнув трубкой 5 с элементами в ней необходимой температуры, фиксируемой термопарой 12, процедуру снятия электрического сигнала с преобразователя 7 от перемещения образца 8 повторяют, как и прежде. Строят зависимость выходного сигнала преобразователя 7 от перемещения образца 8 при положительной температуре. Поскольку полученные зависимости могут быть нелинейными, процедуру градуировки проводят при нескольких фиксированных температурах. В частности, для отрицательных температур рекомендуется повторить эксперимент в средах жидкого фреона, кислорода и водорода, обладающих отрицательными температурами других значений, чем азот, и имеющих в то же время доступ исследователя к этим хладагентам, которых в достатке на производствах холодильников, телевизионных трубок и др. Изменение положительной температуры можно обеспечить изменением уровня напряжения питания термостата 14 через более малые (частые) интервалы.

По полученным зависимостям выходного электрического сигнала вихретокового преобразователя в широком диапазоне температуры судят о его функциональной надежности и метрологии, что в целом определяет достоверность контроля биений ответственных деталей.

Техническим результатом является расширенные функциональные возможности стенда, обеспечивающие достоверность контроля геометрических перемещений деталей ответственного назначения типа лопаток турбин, вала турбодетандера и других в диапазоне температуры +300...-196°С.

Стенд для градуировки вихретоковых преобразователей, включающий испытуемый вихретоковый преобразователь и эталонный образец нормированного параметра, отличающийся тем, что он содержит оптическую скамью с продольным пазом на ее рабочей поверхности, выполненным в форме "ласточкина хвоста", два подвижных вдоль рабочей поверхности скамьи предметных столика, снабженных микрометрическими винтами и установленных основаниями в пазу скамьи, две штанги, при этом штанги одними своими концами жестко закреплены на первом и втором столиках соответственно и размещены соосно друг с другом, на других торцах которых, обращенных навстречу друг другу, жестко и нормально друг другу присоединены испытуемый вихретоковый преобразователь и эталонный образец нормированного параметра, дополнительный предметный столик, размещенный в пазу скамьи между первым и вторым столиками, трубку, установленную неподвижно на дополнительном столике, теплобандаж, охватывающий трубку снаружи, двухвходной штуцер с переключателем, термопару, встроенную между трубкой и теплобандажом, криостат, наполненный жидким хладагентом, термостат с вентилятором, два патрубка и две пробки со сквозными отверстиями в осевом направлении пробок для размещения патрубков и штанг, в одной из пробок выполнено дополнительное отверстие для прокладки выходного кабеля преобразователя, при этом преобразователь и образец размещены внутри трубки и соосно с ней, выход штуцера связан через патрубок одной из пробок с полостью трубки, а один из входов штуцера связан с выходом криостата, а второй вход - с выходом термостата, причем трубка, пробки и патрубки выполнены из термостойкого материала.