Многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта Советский патент 1985 года по МПК G01K13/08 

к выходу генератора тока основной модуляции, а выход согласующего блока

1154555

соедина с

входом режекторного фильтра.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, включающее индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, подключенный к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержащее в каждом канале измерения термопару, расположенную на вращающемся объекте, магнитомодуляционный токосъемник, включакяций магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную, модуляционную обмотки, обмотки обратной связи и дополнительной модуляции, а также вращающуюся обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, и вторичную аппаратуру, включающую согласующий блок, подключенный к измерительной обмотке, последовательно соединенные режек- торный фильтр, фильтр верхних частот, первьй полосовой фильтр, первый выпрямитель и первый интегратор, подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, нагруженного через регистратор на обмотку обратной связи, второй интегратор, выход которого подсоединен к входу управляемого усилителя, генератор тока основной модуляции, нагруженный на модуляционную обмотку, последовательно соединенные делитель частоты и генератор тока дополнительной модуляции, нагруженный на обмотку дополнительной модуляции, фильтр низких частот, подсоединенный к выходу режекторного фильтра, и второй полосовой фильтр, отличающееся (Л тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования и увеличения чувствительности, во вторичную аппаратуру каждого канала введены третий полосовой фильтр, второй и третий выпрямители, двухвходовый коммутатор ,и сумматор, причем выход фильтра низких частот подсоединен к первому вхо:л ду коммутатора, к второму входу кото14; ел рого подсоединен выход генератора тока; основной модуляции, первый выход мутатора подключен |к входу, второго :л полосового фильтра, второй выход к входу третьего полосового фильтра, а управляющий вход - к выходу делителя частоты, вход второго выпрямителя подключен к выходу второго полосового фильтра, а выход - к первому iвходу сумматора, вход третьего выпрямителя подключен к выходу третьего полосового фильтра, а выход - к второ му входу сумматора, выход которого подсоединен к входу второго интегратора, вход делителя частоты подключен

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для бесконтактного измерени температуры вращающихся частей различного теплоэнергетического оборудования.

Известны устройства, предназначенные для бесконтактного измерения тем- пературы вращающихся объектов, использующие дополнительные активные преобразователи, расположенные на вращающемся объекте Щ .

Однако активные элементы (полупроводниковые интегральные, микросхемы дискретные полупроводниковые элементы имеют ограниченный диапазон рабочих температур, обычно не превышающий 80-1 20 С.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта, содержащее индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, нагруженный на неподвижную обмотку индуктивного токосъемника и несколько одинаковых каналов преобразования температуры. Кажды канал включает магнитомодуляционный токос-вемник, состоящий из магнитопровода, вращающейся обмотки, подключенной через соответствукяцую вращающуюся обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, расположенной на вращающемся объекте, и неподвижных измерительной, модуляционной обмоток, обмоток обратной связи и дополнительной модуляции. Вторичная аппаратура каждого кайала содержит последовательно соединенные согласукндий блок, первый управляемый ключ, режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первый полосовой фильтр, демодулятор, первый интегратор, последовательно соединенные фильтр низких частот, второй полосовой фильтр, второй управляемый ключ, второй интегратор.

управляемый усилитель, регистратор, последовательно соединенные генератор тока основной модуляции, умножитель частоты, делитель частоты, генератор тока дополнительной модуляции. К измерительной обмотке магнитомодуляционного токосъемника подключен согласующий блок, а к обмотке дополнительной модуляции - генератор тока дополнительной модуляции. Первый интегратор подсоединен к управляемому усилителю, фильтр низких частот - к режекторному фильтру, генератор тока основной модуляции к модуляционной обмотке магнитомодуляционного токосъемника. Между первым .управляемым ключом и делителем частоты включен одновибратор, а к второму управляемому ключу подсоединены умножитель и делитель частоты 2.

Недостатком известного устройства является сравнительно большая погрешность преобразования. Это вызвано тем, что при смене полярности тока дополнительной модуляциии наличии постоянного сигнала термопары происходит резкое изменение уровня второй информативной гармоники тока основной модуляции. Высокодобротный полосовой фильтр из-за большой постоянной времени усредняет изменение уровня второй гармоники, вызывая дополнительную погрешность.

Цель изобретения - уменьшение погрешности преобразования и увеличение чувствительности устройства.

Для достижения поставленной цели в мнвгоканальном устройстве для измерения температуры вращающегося объекта, включающем индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, подключенный к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержащем в каждом канале измерения термопару, расположенную на вращающемся объекте, магнитомодуляционный токо3съемник, включающий магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную, модуляционную обмотки, обмотки обратной связи и дополнитель ной модуляции, а также вращающуюся обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного .токосъемника к термопаре, и вторичную аппаратуру, включающую согласующий блок, пoдкJ ючeнный к измерительной обмотке, последователь но соединенные режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первый полосо вой фильтр, первый выпрямитель и первый интегратор, подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, нагруженного через регистр тор на обмотку обратной связи, второй интегратор, выход которого подсоединен к входу управляемого усилителя, генератор тока основной модуляции, нагруженный на модуляционную обмотку, последовательно соединенные делитель частоты и генератор тока дополнительной модуляции, нагруженны на обмотку дополнительной модуляции, фильтр низких частот, подсоединенный к выходу режекторного фильтра, и второй полосовой фильтр во вторичную аппаратуру каждого канала, введены третий полосовой фильтр, второй и третий выпрямители, двухвходовой коммутатор и сумматор, причем выход фильтра низких частот подсоединен .к первому входу коммутатора, к второ му входу которого подсоединен выход генератора тока основной модуляции, первый выход коммутатора подключен к входу второго полосового фильтра, второй выход - к входу третьего поло сового фильтра, ауправляющий вход к выходу делителя частоты, вход второго вьшрямителя подключен к выхо ду второго полосового фильтра, а выход - к,первому входу сумматора, вход третьего выпрямителя подключен к выходу третьего полосового фильтр а выход - к второму входу сумматора выход«которого подсоединен к входу второго интегратора, вход делителя частоты подключен к вькоду генератора тока основной модуляции, а вых согласующего блока соединен с входом режекторного фильтра. На фиг. 1 приведена функциональная схема многоканального устройства для измерения температуры вращающихся объектов; на фиг. 2-3-диаграммы 55 напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит магнитомодуляцириные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерения температуры вращающегося объекта. Магнитомодуляционный токосъемник 1 состоит из магнитопровода 2, вращающейся обмотки 3 и неподвижных измерительной 4, модуляционной 5, дополнительной модуляции 6 и обратной связи 7 обмоток. Индуктивный токосъемник 8 содержит магнитопровод 9, неподвижную обмотку 10 и ряд вращающихся обмоток 11, число которых равно числу каналов измерения. Второй индуктивньй токосъемник 12 состоит из магнитопровода 13 и двух обмоток - вращающейся 1А и неподвижной 15. К неподвижной обмотке 15 второго индуктивного токосъемника 12 подключено устройство 16 для измерения температурь: холодного спая одной из термопар 17, а вращающаяся обмотка 14 подсоединена к т рморезистору 18, расположенному около холодного спая той же термопары 17. На вращающемся объекте расположены термопары 17, число которых равно числу каналов устройства, и допол-. нительные резисторы 19, которые обеспечивают определенный режим работы термопары 17, например режим заданного тока, в случае, если активное сопротивление вращающихся обмоток 3 и 11 и соединительных проводов мало. Термопары 17 включены последовательно с соответствующими вращающимися обмотками 11 индуктивного токосъемника 8 и резисторами 19 соединены с вращающимися обмотками 3 соответствующих магнитомодуляционных токосъемников 1. Неподвижная обмотка 10 индуктивного токосъемника 8 соединена с генератором 20 тестового сигнала, который представляет собой Генератор переменного напряжения стабильной частоты (2-3 кГц) и стабильной амплитуды определенной величины, не влияющей на магнитное состояние магнитопроводов 2 магнитомодуляционных токосъемников 1. Аппаратура обработки измерительного сигнала, одинаковая для каждого канала (на фиг. 1 показан только один канал преобразования), содержит генератор 21 тока основной .модуляции стабильной частоты и амплитуды, делитель 22 частоты с коэффициентом деления 8-10, генератор 23 тока дополнительной модуляции, согласующий блок 24, режекторный фильтр 25, фильтр 26 верхних частот, первый полосовой фильтр 27, первый вьтрямитель 28, первый интегратор 29, управляемый усилитель 30, фильтр 31 низких частот, двухвходовой коммутатор 32, второй 33 и третий 34 полосовые фильтры, второй 35 и третий 36 выпрямители, сумматор 37, второй интегратор 38 и регистратор 39. Измерительная обмотка 4 подключена к входу согласующего блока 24, Послед ний подсоединен через режекторный фильтр 25, подавляющий первую гармонику тока основной модуляции, к фильтру 26 верхних частот, частота среза которо го в 2-3 раза меньше частоты тестового сигнала. Далее.к его выходу последовательно подключены первый полосовой фильтр 27, настроенный на частоту тестового сигнала, первый выпрямитель 28, первый интегратор 29 подсоединенный к управляющему входу управляемого усилителя 30. К режекторному фильтру 25 подсоединен фильтр 31 низких частот, частота среза которого в 2-3 раза выше часто ты второй гармоники тока основной модуляции. Двухвходовой коммутатор 32 вход которого подсоединен к фильтру 31 низких частот и генератору 21 тока основной модуляции, а два выхода к второму 33 и третьему 34 полосовым фильтрам соответственно, управляется низкочастотным сигналом частоты тока дополнительной модуляции от делителя 22 частоты. Второй 33 и третий 34 полосовые фильтры настроены на часто ту второй гармоники частоты тока основной модуляции. К второму полосо вому фильтру 33 подсоединен вход второго выпрямителя 35. К выходу третьего полосового фильтра 34 подсоединен третий выпрямитель 36. Выходы второго 35 и третьего 36 вьшрямителей подсоединены к входам сумматора 37. К вькоду сумматора 37 подсоединены второй интегратор 38, управляемый усилитель 30 и регистратор 39 тока, нагруженньй на обмотку 7 обратной связи магнитомодуляционного токосъемника 1. Выход генератора 21 соединен с модуляционной обмоткой 5. и входом делителя 22 частоты. Выход делителя 22 подключен к входу генератора 23, нагруженного на обмотку 6, дополнительной модуляции. Устройство работает следующим образом.(при работе одного канала). Генератор 21 тока основной модуляции создает в модуляционной обмотке 5 магнитомодуляционного токосъемника 1 магнитньй поток, достаточный для глубокого насыщения.одного из участков магнитопровода 2. В обмотку 6 дополнительной модуляции от генератора 23 тока дополнительной модуляции поступает переменный ток прямоугольной формы с одинаковой длительностью положительного и отрицательного полупериодов. Тестовый сигнал от генератора 20 через первьй индуктианьй токосъемник 8 подается на вращающийся объект в цепь термопары 17 и проходит через магнитомодуляционньй токосъемник 1. В измерительной обмотке 4 наводится сигнал, содержащий сумму ЭДС первой гармоники тока основной модуляции, второй информативнЪй гармоники тока основной модуляции, тестового .сигнала и более высоких гармоник частоты тока основной модуляции (фиг. 2а)-. Режекторный фильтр 25 подавляет первую гармонику частоты тока основной модуляции, которая является паразитной трансформаторной ЭДС, наведенной потоками рассеяния тока основной модуляции, и не-несет измерительной информации. Фильтр 26 верхних частот и полосовой фильтр 27 выделяют тестовьй сигнал, которьй после вьтрямления первым выпрямителем 28 сглаживается интегратором 29 и поступает на управляющий вход yni)aB- ляемого усилителя 30, изменяя его коэффициент усиления. Фильтр 31 низких частот отделяет информационньй сигнал от тестового сигнала. Коммутатор 32 осуществляет разделение информативного сигнала на два канала преобразования. Первый канал содержит второй полосовой фильтр 33 и второй выпрямитель 35, а второй канал - третий полосовой фильтр 34 и третий выпрямитель 36, Один канал выделяет информацию в положительньй полупериод низкочастотного тока дополнительной модуляции, другой - в отрицательный. Кроме того, в те полупериоды низкочастотного тока дополнительной модуляции, в которые 7115 информативный сигнал в канал не посту пает, через коммутатор 32 в канал подается сигнал стабильной амплитуды и частоты от генератора 21 тока основ ной модуляции. Амплитуда этого сигнала должна равняться среднему значению информативного сигнала второй гармоники тока основной модуляции. На фиг. 26 и 2в соответственно приведены формы напряжений на входах второго 33 и третьего 34 полосоБик фильтров. При этом на выходах фильтров 33 и 34 появ ляются в соответствующие полупериоды затухающие колебания, причем стабильной длительности и амплитуды (фиг. За и Зб). Сигнал на выходе сумматора 37 имеет форму, показанную на фиг. Зв. При отсутствии постоянного магнитного поля, вызванного сигналом термопары 17, симметрия магнитных потоков, наведенных низкочастотным током допол нительной модуляции, не нарущаются. Уровни второй гармоники в каждый полупериод низкочастотного тока допол нительной модуляции одинаковы, площади положительной и отрицательной полуволн низкочастотного напряжения тоже одинаковы и на выходе второго интегратора 38 имеется нулевой сигнал Через регистратор 39 ток по обмотке 7 обратной связи магнитомодуляционного токосъемника 1 не протекает. Появление постоянного сигнала термопары 17 создает в магнитопроводе 2 магнитомодуляционного токосъемника 1 -постоянный магнитный поток, которьш суммируется в один полупериод с магнитным потоком низкочастотного тока дополнительной модуляции и вычитается в другой. Это вызовет соответственно увеличение уровня второй гармоники в один полупериод низкочастотного тока дополнительной модуляции и уменьшение в другой. На выходе сумматора 37 площади положительного и отрицательного полупериодов сигнала становятся разными. Второй интегратор 38 выделяет постоянную составляющую этого напряжения, пропорциональную ЭДС термопары 17, Управляемый усилитель 30 преобразует напряжение на выходе второго интегратора 38 в ток, который через регистратор 39 поступает в обмотку 7 обратной связи магнитомодуляционного токосъемника 1, компенсируя магнитньй поток, созданный током термопары 17. 5 Окончательно определение трмперагуры вращающегося объекта в месте закладки термопары 17 производится - учетом значения температуры холодного спая. Это значение определяется с помощью терморезистора 18, индук-:тивного токосъемника 12 и блока 16 измерения температуры холодного спая. Изменение коэффициента преобразования магнитомодуляционного токосъемника 1 при изменении температуры окружающей среды, приводящем к изменению магнитных свойств материала - . магнитопровода, воздушных зазоров т.п., компенсируется с помощью цепи преобразования тестового сигнала, включающей блоки 24-30. При этом изменения уровня огйбакицей тестового сигнала на выходе первого интегратора 29 с обратньм знаком подаются на управляющий вход управляемого усилителя 30, изменяя его коэффициент усиления таким образом, чтобы коэффициент передачи тракта, включающего магнитомодуляционный токосъемник 1 , линию связи, блоки 24, 25, 31, 32, 33 и 34, 35 и 36, 37, 38 и 30, оставался постоянным. Тем самым в получающейся компенсационной схеме исключается влияние мультипликативных составляющих погрешности преобразования. Аддитивная составляющая погрешности преобразования магнитомодуляционного токосъемника 1 устраняется с помощью метода преобразования, включающего дополнительную модуляцию. При этом используется симметрия кривой намагничивания магнитопронода 2 магнитомодуляционного токосъемника 1, что обеспечивает одинаковое изменение площадей отрицательной и положительной полуволн низкочастотного напряжения дополнительной модуляции на выходе выпрямителей 35 и 36 при изменении магнитных свойств магнитопрьвода вызванных колебаниями температуры. Несмотря на то, что площади полуволн меняются, разность их при изменении параметров окружающей среды остается постоянной. Отсутствие в предлагаемом устройстве по сравнению с известным управляемых ключей, выражающих переходный процесс после согласующего блока, позволяет увеличить количество информации в каждый полупериод тора допол9115455510

нительной модуляции и тем самым увели-- латаемого устройства также уменьшена,чить чувствительность устройства. Погрешность преобразования у пр.ед15

Г6

14

8

fe

,п I

20

Щ

I

f

Ю

-.

путем введения двух каналов преобразования.

./2 13

враи4 уюи((/йся (Л7

rff

f

W 19

I

f7

:

г

.tl

Фиг.1

а

tl.

вш

Г

л.

1