СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБРЫВОВ ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕРМОПАР ПРИ ТЕПЛОПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК G01R31/02 

Изобретения относятся к измерительной технике и предназначены для автоматизированного контроля обрывов термопар, рабочий спай которых изолирован от токопроводящих частей конструкции, при проведении теплопрочностных испытаний, в частности, в авиационно-космической отрасли.

Воспроизведение полетных температурных режимов натурных конструкций в лабораторных условиях при создании новых современных объектов авиакосмической техники является чрезвычайно важной и сложной научно-технической задачей. Для исследования теплового состояния конструкции применяют термоэлектрические преобразователи (термопары), количество которых может достигать нескольких сотен штук. Термо-ЭДС горячих спаев термопар (соединенных между собой термоэлектродов термопар, установленных в зоне нагрева конструкции) измеряют с помощью измерительных информационных систем. Для уменьшения уровня помех в термометрических цепях термопары в системах подсоединяют через блоки RC фильтров. Горячие спаи термопар могут быть изолированы от конструкции, на которой они устанавливаются, в двух случаях: в случае непроводящего ток материала или в случае конструктивного исполнения термопары, при котором термопара не имеет электрического контакта с токопроводящим материалом. Например, при предварительной наклейке горячего спая термопары на непроводящую ток подложку, которую при препарировке исследуемой конструкции наклеивают на токопроводящий материал конструкции. В процессе нагрева или охлаждения исследуемой конструкции в термопарах могут происходить обрывы, наиболее часто возникают разрывы в месте сварки термоэлектродов. Неконтролируемые обрывы термопар приводят к снижению достоверности результатов измерений и не дают полного представления о тепловом состоянии исследуемой конструкции, поэтому для устранения этих недостатков необходимо в измерительные информационные системы вводить автоматический контроль обрывов термопар.

Известен способ и многоканальное измерительное устройство контроля обрывов термопар - (Многоканальное измерительное устройство с блоком контроля обрывов термоэлектрических преобразователей, Авторское свидетельство СССР №1503029, МПК G01R 31/02, 1989).

В известном способе контроль обрывов термопар осуществляют следующим образом. Подсоединяют холодные спаи термопар к входам RC фильтра, выходы которого соединяют с входами коммутатора сигналов термопар, выход коммутатора соединяют с входом измерителя сигналов термопар.

Контроль обрывов термопар осуществляют за два цикла работы. Первый цикл является предварительным, второй - основным. В первом цикле выход коммутатора сигналов термопар отключают от входа измерителя сигналов термопар и подключают к выходу источника постоянного напряжения. Поочередно (с первого до последнего) через коммутатор сигналов термопар подключают выходы блока RC фильтров с подсоединенными к его входам термопарами к источнику постоянного напряжения. При этом происходит заряд конденсаторов блока RC фильтров до уровня 0,5 В. После завершения подключения последнего выхода блока RC фильтров к выходу источника постоянного напряжения, первый цикл заканчивается.

Во втором цикле выход коммутатора сигналов термопар отключают от выхода источника постоянного напряжения и подключают к входу измерителя сигналов термопар. Поочередно (с первого до последнего) подключают выходы блока RC фильтров через коммутатор сигналов термопар к измерителю сигналов термопар. Измеряют напряжение на конденсаторах блока RC фильтров и по величине напряжения на конденсаторах определяют, оборвана или цела термопара. Если в термопаре имеется обрыв, то за время первого цикла опроса термопар соответствующий конденсатор останется заряженным до уровня выходного напряжения источника постоянного напряжения, которое превышает шкалу аналого-цифрового преобразователя измерителя сигналов термопар. Если же обрыва в цепи термопары нет, то за время первого цикла опроса термопар соответствующий конденсатор успеет разрядиться через термопару до величины, равной измеряемой термо-ЭДС.

Недостатком известного способа контроля обрывов термопар является осуществление контроля за два цикла, что приводит к увеличению времени, затрачиваемого на выполнение контроля. Поэтому при достаточно высоких темпах нагрева конструкции в процессе проведения эксперимента применение этого способа контроля может привести к потере информации о тепловом состоянии конструкции в заданные моменты времени измерения.

Известное многоканальное измерительное устройство контроля обрывов термопар содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар, выход которого соединен с входом измерителя сигналов термопар. Устройство содержит также блок контроля обрывов термопар и контроллер, который соединяют с компьютером. Контроллер управляет работой коммутатора сигналов термопар, измерителя сигналов термопар и блока контроля обрывов термопар для чего имеются соответствующие линии управления. Контроль обрывов термопар осуществляется автоматически за два цикла работы устройства. В первом цикле работы контроллер выдает управляющий сигнал на подключение выхода коммутатора сигналов термопар к выходу источника постоянного напряжения, который входит в состав блока контроля обрывов термопар. По сигналу от контроллера опрашиваются каналы коммутатора, и происходит заряд конденсаторов блока RC фильтров до напряжения 0,5 В, которое выдает источник постоянного напряжения.

Во втором цикле контроллер выдает управляющий сигнал на подключение выхода коммутатора сигналов термопар к входу измерителя сигналов термопар. По сигналу от контроллера опрашиваются каналы коммутатора, и измеряется напряжение на конденсаторах блока RC фильтров. По величине напряжения на конденсаторах делается заключение об обрыве или целостности термопар. Если напряжение на конденсаторе превышает диапазон измерения измерителя сигналов термопар, то термопара оборвана, если измеренная величина находится в диапазоне измерения измерителя, то термопара не оборвана.

Недостатком известного многоканального измерительного устройства с блоком контроля обрывов термопар является осуществление контроля за два цикла, что приводит к увеличению времени, затрачиваемого на выполнение контроля. Поэтому это устройство предпочтительнее применять до начала или после завершения экспериментального исследования теплового состояния конструкции, при достаточно высоких темпах нагрева конструкции в процессе проведения эксперимента применение этого способа контроля может привести к потере информации о тепловом состоянии конструкции в заданные моменты времени измерения.

Наиболее близкими по технической сущности объектами контроля и взятыми в качестве прототипов являются способ и измерительная информационная система «Прочность» для теплопрочностных испытаний конструкций - (Информационно-измерительная система «Прочность», Труды ЦАГИ, выпуск 2105, М., издательский отдел ЦАГИ, 1981). В состав базового комплекта измерительной стойки входит два измерительных модуля, один из которых может быть использован для измерения сигналов термопар, а другой - для измерения сопротивления резисторных датчиков.

В известном способе в измерительной информационной системе с режимами измерения сигналов термопар и сопротивления резисторных датчиков измеряют сопротивление термоэлектродов термопар при монтаже термопар на исследуемой конструкции, холодный спай каждой термопары через блок фильтров и коммутатор последовательно подключают к измерителю сигналов термопар.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности автоматического контроля обрывов термопар в процессе проведения измерений температуры при исследовании теплового состояния конструкции. Контроль обрывов термопар можно проводить только вручную (без автоматизации) с использованием обычных мультиметров до начала или после завершения измерений температуры.

Известная измерительная информационная система для теплопрочностных испытаний конструкций содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар. Кроме того, система содержит коммутатор сигналов резисторных датчиков, подключаемых по четырехпроводной схеме, измеритель сигналов термопар и измеритель сопротивления резисторных датчиков, компьютер и контроллер, связанные цифровой шиной обмена. В контроллере цифровой вход результатов измерения соединен с выходами измерителей, выход управления измерителями соединен с управляющими входами измерителей, первый выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов резисторных датчиков, а второй выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов термопар.

Недостатком известной измерительной информационной системы является отсутствие автоматического контроля обрывов термопар в процессе проведения измерений при исследовании теплового состояния конструкции. Контролировать обрывы термопар в этой системе можно только вручную (без автоматизации) с использованием обычных мультиметров до начала или после завершения измерения температуры. Контроль обрывов термопар в процессе проведения измерений температуры в известной системе не предусмотрен. Это приводит к значительным затратам времени на проведение контроля и снижает достоверность результатов измерений при наличии неконтролируемых обрывов термопар в процессе проведения измерений.

Задачей настоящих изобретений является разработка способа и измерительной информационной системы автоматического контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций.

Технический результат заключается в повышении точности результатов измерений, их информативности и оперативности выполнения программ испытаний.

Решение задачи и технический результат в способе контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций достигаются тем, что в измерительной информационной системе с режимами измерения сигналов термопар и сопротивления резисторных датчиков измеряют сопротивление термоэлектродов термопар при монтаже термопар на исследуемой конструкции, холодный спай каждой термопары через блок RC фильтров последовательно подключают к измерителю сигналов термопар, дополнительно в коммутаторе сигналов резисторных датчиков, предназначенном для подсоединения резисторных датчиков по четырехпроводной схеме, токовый и потенциальный входы попарно соединяют между собой и соединяют с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, выход коммутатора соединяют с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков, отключают конденсаторы в блоке RC фильтров, в измерителе сопротивления резисторных датчиков устанавливают диапазон измерения сопротивления, измеряют сопротивления электрических цепей, в которые включены термоэлектроды термопар, определяют целостность термопары по следующему критерию: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной.

Решение задачи и технический результат в измерительной информационной системе для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций по первому варианту достигаются тем, что, система содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар, коммутатор сигналов резисторных датчиков, подключаемых по четырехпроводной схеме, измеритель сигналов термопар и измеритель сопротивления резисторных датчиков, связанные цифровой шиной обмена компьютер и контроллер, для которого цифровой вход результатов измерения соединен с выходами измерителей, выход управления измерителями соединен с управляющими входами измерителей, первый выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов резисторных датчиков, а второй выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов термопар, дополнительно в коммутаторе сигналов резисторных датчиков для коммутации сигналов термопар токовый и потенциальный входы попарно соединены между собой и соединены с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, в блоке RC фильтров каждый конденсатор подключен к входным проводам через соответствующий нормально замкнутый одноканальный ключ, управление ключами осуществлено от контроллера, третий выход управления которого соединен с управляющими входами одноканальных ключей.

Решение задачи и технический результат в измерительной информационной системе для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций по второму варианту достигаются тем, что, система содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар, измеритель сигналов термопар и измеритель сопротивления резисторных датчиков, связанные цифровой шиной обмена компьютер и контроллер, для которого цифровой вход результатов измерения соединен с выходами измерителей, выход управления измерителями соединен с управляющими входами измерителей, выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора, дополнительно для коммутации сигналов термопар использован коммутатор сигналов резисторных датчиков, подключаемых по четырехпроводной схеме, в котором для каждого датчика токовый и потенциальный входы попарно соединены между собой и соединены с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, четырехпроводный выход коммутатора через нормально разомкнутый четырехканальный ключ соединен с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков, управляющий вход четырехканального ключа соединен со вторым выходом контроллера, потенциальные выходные провода коммутатора через нормально замкнутый двухканальный ключ соединены с входом измерителя сигналов термопар, управляющий вход двухканального ключа соединен с третьим выходом контроллера, в блоке RC фильтров каждый конденсатор подключен к входным проводам через соответствующий одноканальный ключ, управление одноканальными ключами осуществлено от контроллера, третий выход управления которого соединен с управляющими входами одноканальных ключей.

Фиг. 1 и 2 поясняют способ контроля и иллюстрируют варианты его осуществления. На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения:

1 - термопара,

2 - датчик резисторный,

3 - блок RC фильтров,

4 - ключ электрический одноканальный,

5 - конденсатор,

6 - резистор,

7 - коммутатор сигналов термопар,

8 - ключ электрический двухканальный,

9 - коммутатор сигналов резисторных датчиков,

10 - ключ электрический четырехканальный,

11 - измеритель сопротивления резисторных датчиков,

12 - измеритель сигналов термопар,

13 - контроллер,

14 - компьютер,

15 - ключ электрический двухканальный нормально замкнутый,

16 - ключ электрический четырехканальный нормально разомкнутый.

Термопара 1 состоит из двух проводников (термоэлектродов) из разнородных материалов, концы которых с одной стороны соединены между собой и размещены в зоне измерения температуры (горячий спай), другие концы термопары (холодный спай) подключаются к входу блока фильтров 3.

Резисторный датчик 2 (тензорезистор, термометр сопротивления) подключен через коммутатор 9 к измерителю сопротивления резисторных датчиков 11 по известной четырехпроводной схеме, при которой от каждой клеммы датчика к входу измерителя подводятся по два провода: токовый - для питания датчика и потенциальный - для снятия напряжения на клеммах

На фиг. 1 представлен вариант подсоединения резисторных датчиков (тензорезисторов) 2 по четырехпроводной схеме к коммутатору 9 для измерения деформации конструкции в точке установки тензорезистора при измерении термо-ЭДС термопар 1, подсоединенных через блок фильтров 3 к коммутатору 7. Если необходимо измерять температуру конструкции в месте установки термопары, то для компенсации термо-ЭДС холодных спаев термопар в качестве резисторного датчика можно использовать термометр сопротивления, который в этом случае необходимо подключить к входу блока RC фильтров 3, как это показано на фиг. 2.

Блок RC фильтров 3 состоит из входных и выходных разъемов, конденсаторов 5, резисторов 6 и ключей электрических одноканальных 4, предназначенных для подключения конденсаторов 5, емкость которых С, к входам холодных спаев термопар при измерении термо-ЭДС термопар 1 и отключения конденсаторов 5 при измерении величины сопротивления электродов каждой термопары, соединенных между собой в зоне измерения температуры (горячий спай). Конденсаторы 5 емкостью С вместе с резисторами 6 сопротивлением R и сопротивлениями термоэлектродов термопар образуют RC фильтры. Два термоэлектрода термопары при их равной длине имеют не одинаковую величину сопротивления. Для повышения помехоподавления RC фильтра величина сопротивления 6 выбирается такой, чтобы дополнить величину термоэлектрода термопары с меньшим сопротивлением до величины сопротивления термоэлектрода с большим сопротивлением. Сопротивление термоэлектродов термопар на фиг. 1 и 2 не показано.

Коммутатор сигналов термопар 7 является двухканальным коммутирующим устройством, по сигналу управления от контроллера 13 подключающим две входных клеммы ключей электрических двухканальных 8 соответственно на двухклеммный выход, соединенный с входом измерителя сигналов термопар 12. В качестве коммутатора 7 может быть использован любой известный двухканальный коммутатор, в частности, для универсальности может быть использован коммутатор четырехпроводный 9 при условии, что холодный спай термопар будет соединен с потенциальными клеммами ключей электрических четырехканальных 10, а токовые клеммы ключей 10 будут свободны. Коммутатор 7 может быть многоступенчатым и состоять из нескольких блоков. Несколько коммутаторов могут быть объединены в большое коммутационное поле датчиков. На фиг. 1 и 2 показан в качестве примера один коммутатор 7.

Коммутатор сигналов резисторных датчиков 9 является четырехканальным коммутирующим устройством, по сигналу управления от контроллера 13 подключающим четыре входных клеммы ключей электрических четырехканальных 10 соответственно на четырехклеммный выход, соединенный с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков 11. В качестве коммутатора 9 может быть использован любой известный четырехканальный коммутатор. Коммутатор 9 может быть многоступенчатым и состоять из нескольких блоков. Несколько коммутаторов могут быть объединены в большое коммутационное поле датчиков. На фиг. 1 и 2 для примера показан один коммутатор 9. Термопары через блок фильтров 3, а также другие резисторные датчики 2 подсоединяют на соответствующие входы коммутатора 9, который в соответствии с сигналами управления на своем управляющем входе от выхода управления коммутацией датчиков контроллера 13 по командам компьютера 14 через его шину выборочно подключает их на свой четырехпроводный выход. Благодаря четырехпроводности коммутатор датчиков является универсальным, т.е. способен работать с любыми типами используемых датчиков: термопара, термосопротивление, тензорезистор и др. Из четырех проводов два - токовые (с протеканием по ним измерительного тока), другие два - потенциальные (ток по ним практически не течет, и, следовательно, потенциал передается от датчика без искажений). Для резисторных датчиков одна пара, состоящая из одного токового и одного потенциального провода, соединяется с одной клеммой датчика, другая пара, состоящая из другого токового и другого потенциального провода, соединяется с другой клеммой датчика. Для термопар используются два потенциальных провода соответственно двум соответствующим клеммам измерителя в режиме измерения напряжения.

Ключ электрический одноканальный 4 представляет собой управляемый электрический контакт, имеющий два состояния («замкнуто», «разомкнуто»), и может быть выполнен на базе КМОП-микросхем, например, серии «590».

Ключ электрический двухканальный 8 имеет электрически несвязанные два канала коммутации (2 входа и 2 выхода) и управляющий вход, является двухканальным коммутирующим элементом, по сигналу управления «замыкающим» ключи каналов, и входит в состав коммутатора 7: по одному для каждого входа. Ключ 8 может быть выполнен также на базе КМОП-микросхем, например, серии «590».

Ключ электрический четырехканальный 10 имеет электрически несвязанные четыре канала коммутации (4 входа и 4 выхода) и управляющий вход, является четырехканальным коммутирующим элементом, по сигналу управления «замыкающим» ключи каналов, и входит в состав коммутатора 9: по одному для каждого входа. Ключ 10 может быть выполнен также на базе КМОП-микросхем, например, серии «590».

Измеритель сопротивления резисторных датчиков 11 имеет четырехпроводный аналоговый вход, цифровой выход результатов измерений, управляющий режимом измерения вход, и предназначен для выработки цифрового кода результатов измерений напряжения, пропорционального электрическому сопротивлению тензорезисторов или терморезисторов (в зависимости от типа подключенных к коммутатору резисторных датчиков) при протекании по датчику тока питания датчика. При подсоединении выходов блока фильтров 3 к закороченным попарно токовым и потенциальным входам коммутатора 9 измеритель сопротивления резисторных датчиков 11 может быть использован для измерения напряжения, пропорционального сопротивлению термопар совместно с сопротивлением резисторов 6, соединительных проводов и контактов в электрической цепи от холодных спаев термопар до входного разъема коммутатора 9 поскольку каждая термопара будет подсоединяться к четырехпроводным входам коммутатора 9 по двухпроводной схеме. С выхода коммутатора 9 цепь будет четырехпроводной. В дальнейшем, говоря об измерении сопротивления измерителем 11, будем понимать, что измеритель 11 измеряет величину сопротивления, которая пропорциональна измеряемому измерителем 11 напряжению.

Измеритель сигналов термопар 12 имеет двухпроводный аналоговый вход, цифровой выход результатов измерений, управляющий режимом измерения вход, и предназначен для выработки цифрового кода результатов измерений термо-ЭДС горячих спаев термопар.

Компьютер 14 имеет двунаправленную шину и по заранее введенной программе выполняет функции выдачи необходимых команд управления работой системы, приема и обработки результатов измерений, их хранения, отображения и оформления (печати).

Контроллер 13 предназначен для организации взаимодействия и формирования сигналов функционирования системы. Контроллер 13 имеет связанную с компьютером 14 двунаправленную шину, цифровой вход результатов измерений, управляющий подключением измерителей 11 и 12 выход.

Контроллер 13 в блок-схеме системы, представленной на фиг. 1, дополнительно имеет управляющие коммутацией датчиков первый выход для коммутации сигналов коммутатора 9 и второй выход для коммутации сигналов коммутатора 7, а также третий выход, управляющий подключением и отключением конденсаторов 5 в блоке RC фильтров 3.

Контроллер 13 системы, представленной на фиг. 2, отличается от контроллера системы, представленной на фиг. 1. Он имеет управляющий выход для коммутации сигналов коммутатора 9, второй выход управления закрытым и открытым состоянием ключа 16, а также третий выход, который управляет закрытым - открытым состоянием ключа 15 и подключением - отключением конденсаторов 5 в блоке RC фильтров 3.

Ключ электрический двухканальный нормально замкнутый 15 имеет электрически несвязанные два канала коммутации (2 входа и 2 выхода) и управляющий вход, является двухканальным коммутирующим элементом, по сигналу управления «размыкающим» ключи каналов. Ключ 15 может быть выполнен на базе КМОП-микросхем, например, серии «590».

Ключ электрический четырехканальный нормально разомкнутый 16 имеет электрически несвязанные четыре канала коммутации (4 входа и 4 выхода) и управляющий вход, является четырехканальным коммутирующим элементом, по сигналу управления «замыкающим» ключи каналов. Ключ 16 может быть выполнен также на базе КМОП-микросхем, например, серии «590».

Ниже приведено описание работы объектов, предназначенных для контроля обрывов термопар в измерительных информационных системах, которые содержат канал измерения сигналов термопар и канал измерения сигналов сопротивления резисторных датчиков (терморезисторов и тензорезисторов). Системы с такой структурой применяют обычно при исследовании напряженно-деформированного и теплового состояния авиакосмических конструкций.

Способ контроля обрывов изолированных термопар осуществляют следующим образом (на примере фиг. 1).

Измерения термо-ЭДС горячих спаев термопар проводят с помощью канала измерения сигналов термопар. Для этого холодные спаи термопар 1 подсоединяют к входам блока RC фильтров 3. Выходы блока RC фильтров соединяют с входами коммутатора 7, который соединяют с входом измерителя сигналов термопар 12. В компьютер 14 вводят исходные данные для измерения термо-ЭДС термопар: тип термопары и ее температурную характеристику, номера термопар на конструкции и соответствующие им адреса входов коммутатора, режим измерения (автоматический в заданные моменты времени или вручную путем нажатия оператором клавиши клавиатуры) и другие необходимые для работы программы данные. На компьютере 14 запускают программу измерений. При этом команды от компьютера поступают на контроллер 13, который выдает управляющие сигналы на подключение выхода измерителя 12 к входу контроллера 13, опрос сигналов термопар, их измерение и передачу в компьютер 14. Компьютер обрабатывает результаты измерения и выдает величину термо-ЭДС для каждой термопары.

Если необходимо измерить температуру каждой термопары, то на вход коммутатора 9 через блок RC фильтров 3 подключают терморезистор 2, как это показано на фиг. 2. При задании исходных данных в компьютер вводят дополнительно тип термосопротивления 2, его температурную характеристику и адрес подключения к коммутатору 9. При этом программа работы системы будет отличаться от программы опроса одних только термопар в том плане, что после опроса термопар будет опрашиваться терморезистор 2. Для этого по командам компьютера 14 контроллер 13 выдаст управляющие сигналы на подключение выхода измерителя 11 к входу контроллера 13, на опрос сигналов терморезистора, их измерение и передачу в компьютер 14. С помощью терморезистора 2 измерителем сопротивления 11 измеряют сопротивление терморезистора при температуре холодных спаев термопар. В компьютере из температурной характеристики термосопротивления по величине сопротивления терморезистора 2, измеренного при температуре холодных спаев термопар, вычисляют температуру холодных спаев термопар. По этой температуре из температурной характеристики термопары находят величину ЭДС холодных спаев термопар, складывают величину термо-ЭДС горячих спаев термопар и ЭДС холодных спаев термопар и по температурной характеристике термопары вычисляют температуру каждой термопары.

Для осуществления контроля обрывов термопар при проведении монтажа термопар на конструкции для каждой из них измеряют суммарное сопротивление двух ее соединенных в рабочий спай термоэлектродов. Выходы блока RC фильтров 3 подсоединяют к потенциальным входам коммутатора 9, предназначенного для подсоединения резисторных датчиков по четырехпроводной схеме. Оставшиеся свободными токовые входы коммутатора 9 попарно соединяют с потенциальными входами.

Затем измеряют величину электрического сопротивления цепи от входов блока RC фильтров 3 до входов коммутатора 9. Величину сопротивления этой цепи можно измерить, например, замыкая входы блока RC фильтров 3 при отсоединенных от них термопарах и отключенных ключами 4 конденсаторах 5. Определяют максимальную сумму сопротивлений термопары и подсоединяющей ее к входу коммутатора 9 цепи. По величине этого сопротивления устанавливают диапазон измерения в измерителе сопротивления резисторных датчиков 11.

При проведении контроля обрывов термопар холодные спаи термопар подсоединяют к входам блока RC фильтров 3. Нормально замкнутые при измерении термо-ЭДС термопар ключи 4 размыкают. Измеряют сопротивления термоэлектродов термопар совместно с сопротивлениями электрических цепей от входов блока RC фильтров 3 до входов коммутатора 9. По величине измеренного сопротивления измерителем 11 выдают заключение о состоянии термопар: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной.

Работа измерительной информационной системы для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций, блок-схема первого варианта которой представлена на фиг. 1, осуществляется следующим образом.

Контроллер 13 по заданной в компьютере 14 программе выдает сигналы управления. Он отключает выход измерителя сигналов термопар 12 от входа контроллера 13 и подключает выход измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 к входу контроллера 13, отключает конденсаторы 5 с помощью ключей 4 в блоке RC фильтров 3. Контроллер 13 выдает управляющие сигналы на последовательный опрос каналов коммутатора 9 путем последовательного замыкания четырехканальных ключей 10, измерения сопротивления термопар 1, подсоединенных к коммутатору 9 по четырехпроводной схеме, выдачи кода результата измерения через контроллер 13 в компьютер 14.

Диапазон измерения измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 выбирается так же, как это изложено в способе контроля обрывов термопар. Алгоритм контроля о состоянии термопар: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной. Компьютер выдает информацию об оборванных термопарах.

Работа измерительной информационной системы для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций, блок-схема второго варианта которой представлена на фиг. 2, осуществляется следующим образом.

В режиме измерения температуры с помощью нормально замкнутых ключей 4 конденсаторы 5 подсоединены к холодным спаям термопар. Контроллер 13 по командам от компьютера 14 выдает управляющие сигналы: на подключение выхода измерителя сигналов термопар 12 к входу контроллера 13. Вход измерителя сигналов термопар 12 подключается к выходу коммутатора 9 по сигналам управления контроллера 13, которые поступают на ключи 15 и 16. Вследствие чего ключ электрический четырехканальный нормально разомкнутый 16 отсоединяет четырехпроводный вход измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 от выхода коммутатора 9, а нормально замкнутый ключ 15 подсоединяет выход коммутатора 9 к входу измерителя сигналов термопар 12. После этого контроллер выдает управляющие сигналы на последовательный опрос каналов коммутатора 9 путем последовательного замыкания четырехканальных ключей 10, измерения термо-ЭДС термопар 1, подсоединенных к потенциальным и токовым входам коммутатора. Результаты измерений через контроллер 13 передаются в компьютер 14. После завершения опроса термопар, контроллер 13 по заданной в компьютере 14 программе выдает сигналы управления на отключение выхода измерителя сигналов термопар 12 от входа контроллера 13 и подключение выхода измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 к входу контроллера 13. Затем контроллер выдает управляющие сигналы на подсоединение входа измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 к выходу коммутатора 9 путем отключения ключа 15 и подключения ключа 16. После этого контроллер выдает управляющие сигналы на опрос канала коммутатора 9 с подсоединенным к его входу терморезистором 2, на измерение сопротивления терморезистора 2 и выдачи кода результата измерения через контроллер 13 в компьютер 14. Компьютер 14 в соответствии с введенными в него данными, которые приведены при описании работы способа контроля целостности изолированных термопар, обрабатывает результаты измерения и по приведенному в способе контроля алгоритму вычисляет температуру каждой термопары в заданные моменты времени измерения.

В режиме контроля обрывов термопар контроллер 13 по заданной в компьютере 14 программе выдает сигналы управления. Он отключает выход измерителя сигналов термопар 12 от входа контроллера 13 и подключает выход измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 к входу контроллера 13. Он отключает конденсаторы 5 с помощью ключей 4 в блоке RC фильтров 3 и отключает ключом 15 вход измерителя сигналов термопар 12 от выхода коммутатора 9, подключает ключом 16 вход измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 к выходу коммутатора 9.

Затем контроллер выдает сигналы управления на последовательный опрос каналов коммутатора 9 путем последовательного замыкания четырехканальных ключей 10, измерения сопротивления термопар 1, подсоединенных к коммутатору 9 по четырехпроводной схеме, выдачи кода результата измерения через контроллер 13 в компьютер 14.

Диапазон измерения измерителя сопротивления резисторных датчиков 11 выбирается так же, как это изложено в способе контроля обрывов термопар. Алгоритм контроля о состоянии термопар: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной. Компьютер выдает информацию об оборванных термопарах.

По данному предложению выполнены соответствующие теоретические и экспериментальные исследования.

Реализация предложения при теплопрочностных испытаниях конструкций в авиакосмической отрасли позволит автоматизировать контроль обрывов термопар, изолированных от заземленных конструкций, на которых рабочие спаи термопар установлены, повысить достоверность результатов измерений, их информативность и оперативность выполнения программ испытаний.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для теплопрочностных испытаний конструкций. Способ заключается в том, что в измерительной информационной системе с режимами измерения сигналов термопар и сопротивления резисторных датчиков измеряют сопротивление термоэлектродов термопар при монтаже термопар на исследуемой конструкции. Холодный спай каждой термопары через блок RC фильтров последовательно подключают к измерителю сигналов термопар. Дополнительно в коммутаторе сигналов резисторных датчиков, предназначенном для подсоединения резисторных датчиков по четырехпроводной схеме, токовый и потенциальный входы попарно соединяют между собой и соединяют с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар. Выход коммутатора соединяют с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков. Отключают конденсаторы в блоке фильтров. В измерителе сопротивления резисторных датчиков устанавливают диапазон измерения сопротивления. Измеряют сопротивления электрических цепей, в которые включены термоэлектроды термопар. Определяют целостность термопары по следующему критерию: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной. Технический результат заключается в возможности автоматизированного контроля обрывов термопар, повышении достоверности результатов измерений и сокращении времени на проведение контроля в измерительных информационных системах. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций, заключающийся в том, что в измерительной информационной системе с режимами измерения сигналов термопар и сопротивления резисторных датчиков измеряют сопротивление термоэлектродов термопар при монтаже термопар на исследуемой конструкции, холодный спай каждой термопары через блок RC фильтров последовательно подключают к измерителю сигналов термопар, отличающийся тем, что в коммутаторе сигналов резисторных датчиков, предназначенном для подсоединения резисторных датчиков по четырехпроводной схеме, токовый и потенциальный входы попарно соединяют между собой и соединяют с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, выход коммутатора соединяют с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков, отключают конденсаторы в блоке RC фильтров, в измерителе сопротивления резисторных датчиков устанавливают диапазон измерения сопротивления, измеряют сопротивления электрических цепей, в которые включены термоэлектроды термопар, определяют целостность термопары по следующему критерию: если измеренная величина сопротивления электрической цепи, в которую включена термопара, находится в заданном диапазоне измерения, то термопару считают не оборванной, при выходе измеренной величины сопротивления за пределы диапазона измерения термопару считают оборванной.

2. Измерительная информационная система для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар, коммутатор сигналов резисторных датчиков, подключаемых по четырехпроводной схеме, измеритель сигналов термопар и измеритель сопротивления резисторных датчиков, связанные цифровой шиной обмена компьютер и контроллер, для которого цифровой вход результатов измерения соединен с выходами измерителей, выход управления измерителями соединен с управляющими входами измерителей, первый выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов резисторных датчиков, а второй выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора сигналов термопар, отличающаяся тем, что в коммутаторе сигналов резисторных датчиков для коммутации сигналов термопар токовый и потенциальный входы попарно соединены между собой и соединены с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, в блоке RC фильтров каждый конденсатор подключен к входным проводам через соответствующий нормально замкнутый одноканальный ключ, управление ключами осуществлено от контроллера, третий выход управления которого соединен с управляющими входами одноканальных ключей.

3. Измерительная информационная система для осуществления контроля обрывов изолированных термопар при теплопрочностных испытаниях конструкций содержит блок RC фильтров, входы которого соединены с холодными спаями термопар, а выходы соединены с входами коммутатора сигналов термопар, измеритель сигналов термопар и измеритель сопротивления резисторных датчиков, связанные цифровой шиной обмена компьютер и контроллер, для которого цифровой вход результатов измерения соединен с выходами измерителей, выход управления измерителями соединен с управляющими входами измерителей, выход управления коммутацией датчиков соединен с управляющим входом коммутатора, отличающаяся тем, что для коммутации сигналов термопар использован коммутатор сигналов резисторных датчиков, подключаемых по четырехпроводной схеме, в котором для каждого датчика токовый и потенциальный входы попарно соединены между собой и соединены с выходами блока RC фильтров для соответствующих термопар, четырехпроводный выход коммутатора через нормально разомкнутый четырехканальный ключ соединен с входом измерителя сопротивления резисторных датчиков, управляющий вход четырехканального ключа соединен со вторым выходом контроллера, потенциальные выходные провода коммутатора через нормально замкнутый двухканальный ключ соединены с входом измерителя сигналов термопар, управляющий вход двухканального ключа соединен с третьим выходом контроллера, в блоке RC фильтров каждый конденсатор подключен к входным проводам через соответствующий одноканальный ключ, управление одноканальными ключами осуществлено от контроллера, третий выход управления которого соединен с управляющими входами одноканальных ключей.