Ємнісний сенсор для вимірювання радіального биття циліндричних поверхонь валів електричних машин

Ємнісний сенсор для вимірювання радіального биття циліндричних поверхонь валів електрич 3 Другим недоліком сенсорів є похибка вимірювання биття, зумовлена остатньою намагніченістю вала, яка має місце в електричних машинах. Найближчим аналогом являється ємнісний сенсор для безконтактного вимірювання відстаней до провідної поверхні [2,7-10]. Сенсор містить круглий активний електрод, охоронний електрод, розташований навколо активного електрода, і екранний електрод, розташований навколо охоронного електрода. Всі електроди розташовані на одній поверхні. Активний електрод і охоронний електрод під час роботи перебувають під однаковою напругою, але при цьому електроди гальванічно розв'язані. Потенціал екранного електрода дорівнює потенціалу землі, тобто нулю. Рівність потенціалів активного і охоронного електродів забезпечує однорідність електричного поля в зоні активного електрода. Екранний електрод захищає робочу зону сенсора від наведень. Пристрій працює таким чином. При наближенні площини електродів сенсора до провідної поверхні і подачі напруг на активний і охоронний електрод, між площиною електродів і провідною поверхнею виникає електричне поле, причому в зоні активного електрода воно буде однорідним. Площина електродів при цьому паралельна поздовжній осі контрольованої циліндричної поверхні. Ємнісний опір конденсатора, утвореного активним електродом і провідною поверхнею, при змінному струмі буде прямо пропорційним величині відстані між площиною електродів і провідною поверхнею. Якщо контрольована поверхня є циліндричною поверхнею вала, різниця між найбільшою й найменшою відстанню за один оберт вала визначить величину биття. Недоліком пристрою є те, що його точність залежить від кривизни контрольованої циліндричної поверхні вала. При цьому похибка збільшується при збільшенні радіуса активного електрода [11]. Задачею корисної моделі є створення ємнісного пристрою для вимірювання радіального биття циліндричних поверхонь валів потужних електричних машин, який дозволяє шляхом зміни форми активного електрода, із круглої плоскої на скривлену, і активний електрод є фрагментом бічної поверхні циліндра, еквідистантній контрольованій циліндричній поверхні вала, досягти нового технічного результату, а саме, підвищити точність вимірювання. Поставлена задача створення пристрою вирішується тим, що у відомому ємнісному пристрої для вимірювання радіального биття циліндричних поверхонь валів потужних електричних машин, що містить: активний електрод; охоронний електрод, розташований навколо активного; екранний електрод, розташований навколо охоронного, причому всі електроди розташовані на одній поверхні, а поздовжня вісь поверхні паралельна поздовжній осі циліндричної поверхні вала, активний електрод виконаний як фрагмент бічної поверхні циліндра, яка еквідистантна контрольованій циліндричній поверхні вала. Для досягнення технічного результату запропонований пристрій містить активний електрод, 62685 4 виконаний як частина бічної поверхні циліндра, а також охоронний і екранний електроди. Через електричну ємність, утворену активним електродом і контрольованою циліндричною поверхнею, проходить змінний електричний струм. Охоронний електрод при цьому забезпечує однорідність електричного поля в зоні активного електрода, а екранний електрод захищає робочу зону сенсора від наведень. Величина ємнісного опору при цьому лінійно пов'язана з відстанню до циліндричної поверхні. Різниця між найбільшою І найменшою відстанню до циліндричної поверхні за один оберт вала визначить величину радіального биття. Виконання активного електрода як частина бічної поверхні циліндра, приблизно еквідистантній контрольованій поверхні вала, зменшує величину похибки, зумовленої кривизною вала., так як при цьому електричне поле в активній зоні сенсора буде однорідним. Рівень чутливості запропонованого сенсора у порівнянні з прототипом при цьому зберігається. Порівняльний аналіз запропонованого сенсора з прототипом дозволяє зробити висновок, що відмінні ознаки запропонованого пристрою являються новими, також необхідними та достатніми для досягнення нового технічного результату: підвищення точності вимірювання. На Фіг. показано у трьох проекціях схему ємнісного сенсора для вимірювання радіального биття циліндричної поверхні вала потужних електричних машин, де: активний електрод 1, охоронний електрод 2, екранний електрод 3, поздовжня вісь вала 4, циліндрична поверхня вала 5. Охоронний електрод 2 розташований навколо активного електрода 1, а екранний електрод 3 навколо охоронного електрода 2. Електроди 1,2,3 розташовані на одній поверхні. Радіус активного електрода r. Пристрій працює таким чином. При подачі на активний електрод 1 і охоронний електрод 2 однакових напруг у робочому зазорі сенсора між активним електродом 1 і циліндричною поверхнею вала 5 утвориться однорідне електричне поле. Зважаючи на те, що електроди 1 і 2 не зв'язані між собою гальванічно, вимірювальним струмом являється струм, який проходить через електричну ємність, утворену електродом 1 і циліндричною поверхнею вала 5. При цьому відношення напруги до струму (ємнісний опір) є прямо пропорційним величині відстані dx між площиною електрода 1 і циліндричною поверхнею вала 4. Якщо проконтролювати відстань dx за один повний оберт вала, то величина биття  визначається як різниця між найбільшою dХ-MAX та найменшою dХ-MIN відстанню  = dХ-MAX –dХ-MIN . Постільки поверхня активного електрода сенсора буде приблизно еквідистантною по відношенню до циліндричної поверхні вала, то електричне поле між активним електродом валом буде однорідним, що зменшить в декілька раз величину похибки, яка внесена кривизною вала. Таким чином, запропонований пристрій у порівнянні із прототипом має більш високу точність вимірювання радіального биття, що дає 5 можливість більш ефективно контролювати роботу електричної машини. Джерела інформації: 1 .Измерение радиального биения цилиндрических поверхностей вала ротора электрических машин / Школьник В. Э. - В кн.: Сборник «Электросила». - СПб: Электросила, 2001, С.3-8. 2. Левицький А. С. Прилади та методи вимірювання радіального биття циліндричних поверхонь валів потужних гідрогенераторів // Гідроенергетика України. - 2009. - №1. - С.14 -20. 3. Глазырин В. Е., Глазырин Г. В. Оценка погрешностей измерения биений вала гидрогенератора механическими индикаторами и индукционными датчиками // Электро. - 2006. - №2. - С.29 31. 4. Климанов М. М. Триангуляционная лазерная система для измерений и контроля турбинных лопаток // Измерительная техника. - 2009. -№7.27-31. 5. Laser Sensors for Displacement and Position. http://www.micro-epsilon.com/products/displacementpositions-sensors/1aser-sensor/index .html. 6. Eddy Current Sensors for Displacement and Position. http://www.microepsilon.com/products/displacement-positions Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 62685 6 sensors/eddy-current-sensor/index.html. 7. Capacitive Displacement and Position Sensors. http://www.microepsilon.com/products/displacement-positionssensors/capacitive-sensor/index.html. 8. Compact System capaNCDT 6100. http://www.micro-epsilon.com/download/products/datcapaNCDT6100-en.pdf. 9. Capacitive Displacement Sensors - Nanometrology Solutions. Measuring Displacement, Vibrations, Rounout, Thickness. http://www.physikinstrumente.com/en/pdf/PI_Nan ometrology_Capacitanc e_Displacement_Sensor_Capacitive__Sensor_E.pdf. 10. Lin Jackson, Bissonente Marc R. A New Capacitive Proximity Probe Immune to Electrical Runout. Canadian Machine Vibration Association, 1997 Annual Meeting - Toronto, Canada - 3 - 5 November 1997. http://www.vibrosystm.com/pdf/PCS_CMVA.PDF. 11. Левицкий А. С, Новик А. И. Оценка погрешности измерения емкостными датчиками биений валов электрических машин // Техн. електродинаміка. - 2010.- №4.- С.66 - 70. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601