ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Датчики для измерения давлений воды в гидротурбинах из "Напряжения и деформации в деталях и узлах машин " В связи с необходимостью создания малогабаритных датчиков для измерения давлений воды на моделях лопастей гидротурбин в Институте машиноведения АН СССР были разработаны и позднее применены при натурных испытаниях индуктивные датчики давления. [c.133] Разработанный в Институте хмашииоведения АН СССР индуктивный датчик давлений имеет простую конструкцию (фиг. II. 16). Датчик состоит из одной катушки, которая включается в измерительный мост переменного тока. Катушка помещена на сердечнике в герметичном корпусе. Магнитный поток катушки замыкается через сердечник, стенки корпуса датчика, мембрану и воздушный зазор. Мембрана, сделанная из магнитного материала, одновременно является и упругим элементом, деформирующимся пропорционально прилагаемым давлениям. [c.134] Индуктивность катушки, содержащей ферромагнитный сердечник, зависит от его размеров и формы, от количества витков катушки и величины протекающего по ним тока, а также и от величины воздушного зазора. [c.134] Материал корпуса и мембраны датчика должен обладать наибольшей индукцией насыщения, а также возможно меньшей коэрцитивной силой и возможно большим удельным сопротивлением для уменьшения потерь на гистерезисе и от токов Фуко. Кроме того, мембрана должна хорошо работать как пружина (без пластических деформаций). Следует отметить, что перечисленные выше условия являются в известной степени противоречащими друг другу, и поэтому, удовлетворяя одно из них, необходимо следить за тем, как при этом изменяются другие необходимые условия. [c.135] Обычно принято считать, что для получения линейной характеристики недифференциального индуктивного датчика необходимо налагать условие малости изменения воздушного зазора по отношению к его начальной величине А/ / [40]. Но при этом значительно меньшей оказывается чувствительность датчика к измеряемому параметру. Однако можно получить линейную зависимость между изменением полного сопротивления недифференциального индуктивного датчика давлений от измеряемого давления А2 = = /з (Р) = и при относительно большом изменении величины воздушного зазора, а следовательно, и при высокой чувствительности датчика. Это достигается за счет соответствующего использования криволинейной падающей зависимости между силой, действующей на мембрану, и ее прогибом А/ = р) и криволинейной возрастающей зависимости изменения импеданса А2 = /а ( 0 Датчика от изменения воздушного зазора. [c.135] В дифференциальных датчиках линейная характеристика и высокая чувствительность достигаются за счет взаимной компенсации нелинейности в его половинках при относительрю большом изменении воздушного зазора. В нашем случае для получения линеййой характеристики без снижения чувствительности, также допускается относительно большое изменение воздушного зазора, а компенсация нелинейности обеспечивается соответствующим выбором жесткости мембраны и длины воздушного зазора. При этом необходимо учитывать также нелинейность измерительного моста в одно из плеч которого включается индуктивный датчик давлений. [c.135] Датчик имеет вес около 2 г, диаметр корпуса 10 мм и высоту 3,5 мм. Корпус заканчивается фланцем, к которому оловом припаивается мембрана. Мембрана имеет толщину 0,14 мм, воздушный зазор между мембраной и сердечником — 0,2 мм. Мембрана, припаиваемая к фланцу корпуса датчика, должна быть плоской и хорошо натянутой. Для этого при припайке она нагревается несколько выше температуры корпуса. При последующем охлаждении ее температура все время поддерживается выше температуры корпуса, вплоть до затвердевания олова. Этим обеспечивается хорошая натяжка мембраны датчика при последующем выравнивании температуры. Следует заметить, что аналогичная технология припайки мембран применялась также при изготовлении датчиков, описанных в работе [42]. Другим способом прикрепления мембраны к корпусу датчика может быть электросварка по контуру. [c.136] Катушка, закрепляемая на сердечнике в герметичном корпусе датчика, имеет 500 витков из проволоки ПЭВ диаметром 0,07 мм. Выводы от катушки осуществляются через сквозное отверстие в сердечнике, которое затем герметизируется клеем. Сопротивление катушки датчика, при токе с частотой / = 10 кгц, 2 500 ом. При работе датчика в заданном диапазоне давлений сопротивление изменяется примерно на 10%. [c.136] Большая величина изменения 2 индуктивных датчиков выгодно отличает их от датчиков давлений многих других типов. Благодаря большой чувствительности их можно включать в многоточечные измерительные каналы по простейшим схемам с использованием минимального количества соединительных линий, что в ряде случаев оказывается весьма важным (см. разделы 9 и 10). [c.136] Для большего удобства обращения с датчиками и закрепления их на лопастях гидротурбин при повышенной влажности датчики при изготовлении дополнительно помещаются в колпачки с герметичными латунными отводами, внутри которых проходят соединительные линии. В таком виде они могут устанавливаться на исследуемые детали не только при большой влажности, но и под водой. [c.136] Для правильного воспроизведения динамических составляющих давлений необходимо, чтобы собственная частота колебаний мембраны датчика была относительно высокой. Для экспериментального определения собственной частоты можно использовать сухой песок, который насыпается на мембрану (через катушку датчика пропускается ток от звукового генератора). Частоту тока плавно увеличивают до резонанса между частотой возбуждающей силы и собственной частотой мембраны. В момент резонанса песок, находящийся на мембране, соскальзывает, образуя хорошо видимое кольцо по линии припайки мембраны к корпусу датчика. [c.137] В воде при резонансе песок поднимается с мембраны и находится во взвешенном состоянии над ее центром. [c.137] Найденная экспериментально собственная частота мембраны близка к расчетной и составляет в воздухе %15 кгц и в воде 7 кгц. [c.137] Надежность конструкции индуктивных датчиков давлений проверяется длительным испытанием в камере с маслом, в которой создается статическое давление 3 кг см и переменное 1,5 кг см с частотой 400 гц в течение 1 10 циклов. При работе индуктивные датчики включаются в одно из плеч измерительного моста. Вторым плечом служит датчик, находящийся при таких же температурных условиях, как и рабочие, но с мембраной, изолированной от измеряемых давлений дополнительной крышкой или иным способом. Такой датчик может быть один на большую группу рабочих датчиков, подключаемых поочередно в измерительный мост. Двумя другими плечами измерительного моста служат активные сопротивления. [c.137] Описанные выше индуктивные датчики давлений разрабатывались для измерения давлений на лопастях моделей гидротурбин, имеющих в некоторых местах толщину около 4 мм. В последующем они были применены при многоточечных натурных измерениях давлений на лопастях мощных гидротурбин. [c.138] Тарирование датчиков производится в лаборатории и, кроме того, после их установки — на деталях. Тарирование выполняется сжатым воздухом, подаваемым через промежуточный бачок с редуктором. Воздух подводится к колпачку, устанавливаемому над датчиком. Подводимое давление измеряется образцовым манометром, подключаемым также к колпачку. Датчики при тарировании на детали включаются в нормальную измерительную линию, на выходе которой производится регистрация тока, являющегося функцией давления, воспринимаемого мембраной датчика. Датчики давлений этого типа применялись при измерениях на лопастях турбин Цимлянской, Нарвской [22] и [48] и Волжской ГЭС (см. раздел 34). [c.138] Вернуться к основной статье