Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/14 

га, элемент И с инверсным входом и пять элементов И, первые входы которых соединены с входом блока временных команд и входами тактирования последовательного и параллельного кодов регистра сдвига, вход последовательного кода которого соединен с общей шиной устройства, а вход выбора режима работы соединен с выходом элемента И с инверсным входом, первый вход которого соединен с вхо85119

дом запуска устройства, а второй инверсный вход соединен с выходом первого разряда регистра сдвига, .выводы восьмого, седьмого, шестого, пятого и четвертого разрядов которого соединены соответственно с вторыми входами элементов И, при этом выходы блока временных команд соединены соответственное выходами элементов И и выходами восьмого,седьмого и шестого разрядов регистра сдвига.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНРИ ТЕМПЕРАТУРЫ, преимущественно газового потока газотурбинного двигателя, содержащее термопреобразователь, выход которого подключен к входу усилителя, дифференциатор, генератор пробного воздействия, четыре ключа, блок временных команд, блок экстраполяции, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход соединен с первым входом блока вычитания, выход которого соединен с входом второго ключа, блок коррекции, первый сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры при изменении постоянной времени термопреобразователя в условиях воздействия на устройство случайных помех, в него введены фильтр, схема запоминания с инвертированием, второй сумматор, блок деления, блок умножения, генератор импульсов, шесть ключей и интегратор, вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход подключен к входу третьего ключа и первому входу блока деления, выход которого соединен с входами четвертого и пятого ключей, а второй вход соединен с выходом первого сумматора,, входы которого соответственно соединены с выходом шестого ключа и входом седьмого ключа, соединенного с выходом схемы запоминания с инвертированием, вход которой через восьмой ключ соединен с входом i шестого ключа и выходом блока вычи(Л тания, вход которого соединен с выходом усилителя, входом первого ключа и через девятый ключ, фильтр и дифференциатор подключен к первому входу блока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу девятого ключа, OD а второй вход блока умножения соесл динен с выходом блока коррекции, вход которого соединен с выходом пятого ключа и входом генератора имда пульсов, выход которого соединен с входом блока временных команд и через десятый ключ подключен к входу генератора пробного воздействия, при этом выходы третьего, четвертого и седьмого ключей соединены с общей шиной устройства, а выходы блока временных команд соединены соответственно с управляющими входами ключей. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок временных команд содержит регистр сдви

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в системах контроля нестационарных температур газовых потоков при испытании авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры при изменении постоянной времени термопреобразователя в условяях воздействия случайных помех на устройство..

На фиг.1 представлена функционалная схема устройства на фиг.2диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З. - функциональная схема блока временных команд.

Устройство (фиг.1) содержит термпрсобразователь 1, усилитель 2, фильтр 3, в качестве которого может быть использован фильтр первого порядка на основе операционного усилителя, дифференциатор 4, первый ключ 5, блок экстраполяции 6, блок вьиитания 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 ключи, интегратор 11, схему 12 запоминания с инвертированием, пятый 13 и шестой 14 ключи, первый сумматор 15, блок 16 деления, седьмой 17, восьмой 18 ключи, блок 19 коррекции по температуре и давлению газового потока на входе в двигатель, блок 20 умножения, второй сумматор 21, генератор 22 импульсов, генератор 23 проб ного воздействия (ГПВ), блок 24 временных команд (БВК), девятый 25 и десятый 26 ключи.

Блок временных команд 24 содержит восьмиразрядный регистр сдвига

27, элемент И 28 с инверсным входом и пять элементов И 29-33.

Усилитель, блок вычитания, интегратор, сумматоры, блок деления, блок умножения, генератор импульсов и генератор пробного воздействия вьтолнены по обычным схемам. Схема запоминания с инвертированием может быть выполнена в виде конденсатора, подключенного через повторитель напряжения с большим входным сопротивлением, к входу инвертирующего усилителя.

Блок коррекции может быть выполнен в виде функционального преобразователя с требуемой характеристикой преобразования на основе операционных усилителей.

Блок экстраполяции, например, первого порядка должен иметь передаточную функцию вида W(p) 2 - g Р где € - величина запаздьшания. Он может быть реализован по известным схемам на основе операционных усилителей с резистивно-емкостньми связями.

Ключи, входящие в состав устройства, могут быть реализованы на основе герконов, управляемых уровнем логической 1 или логического О.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал термопреобразователя 1 в любой момент времени усиливается усилителем 2 и поступает на входы ключей 25 и 5 и на второй вход блока 7 вычитания. В момент времени t (фиг.2) генератор 22 импульсов вырабатьшает прямоугольные импульсы, поступающие одновременно на вход блока 24 временных команд, предназначенного для осуществления синхронизации работы всего устройства, и на вход ключа 26, управление которым осуществляется .блоком 24 временных команд. Период следования импульсов генератора 22 импульсов определяется значением сигнала с выхода ключа 13, т.е. величиной постоянной времени термопреобразователя 1.Это необходимо для того, чтобы длительность цикла измерения нестационарной температуры автоматически изменялась в зависимости от величины постоянной времени термопреобразователя и соответствовала оптимальным образом переходному процессу в термопреобразователе 1 в ходе измерений. Удобно принять период генератора 22 импульсов кратным значению .постоянной времени термопреобразователя, например, Т , где Трц - период следования импульсов генератора 22 импульсов, 2 - значение постоянной времени термопреобразователя 1, определенное в предыдущем цикле измерений.

В момент времени tg при поступлении импульса с седьмого выхода блока временных команд на управляющий вход ключа 5 он открывается, и происходит запоминание в блоке 6 экстраполяции значения реакции термопреобразователя 1 на измеряемую температуру.

В момент времени t (фиг.2) ключ 5 закрывается, а с пятого выхода .блока временных команд на управляющий вход ключа 26 поступает импульс, которым открывается этот ключ, и импульсом генератора импульсов 22 запускается генератор 23 пробного воздействия, вырабатывая пробное воздействие, т.е. в момент времени t, на вход термопреобразователя 1 подается воздействие, представляющее собой сумму сигнала измеряемой температуры и пробного воздействия. С выхода усилителя 2 реакция на суммарное воздействие поступает на второй вход блока 7 вычитания (ключи 5 и 25 закрыты). В блоке 7 вычитания осуществляется вычитание сигнала с блока экстраполяции, представляющего собой экстраполированное значение реакции термопреобразователя на измеряемую температуру, из текущих значений выходного сигнала усилителя 2, представляющего собой реакцию термопреобразователя 1 на суммарное воздействи сигнала измеряемой температуры и пробного сигнала. В результате на выходе блока 7 вычитания имеется сигнал, представляющий собой реакцию термопреобразователя на пробное воздействие, т.е. значение импульсной переходной функции (ИПФ) термопреобразователя . Далее импульсом с третьего выхода БВК 24 в момент времени tj открывается ключ 18 и происходит запоминание значения ИПФ в момент tj и в схеме 12 запоминания с инвертированием. В этот же момент времени t импульсом с четвертого выхода БВК 24 открывается ключ 8 и производится интегрирЬвание им- ;. пульсной переходной функции За интервал времени t2-t3(tj t ) .

В момент tj импульсом с второго выхода БВК 24 открьлвается ключ 14 и осуществляется алгебраическое суммирование значений ИПФ в начале и конце интервала, т.е. в моменты времени tj и tJ, в первом сумматоре 15. Полученный результат поступает на вход блока 16 деления, на другой вход которого поступает результат интегрирования ИПФ за интервал времени tj-tj. Таким образом, в блоке 16 деления осуществляется деление результата интегрирования на результат алгебраического сложения, т.е. t-i

где W(t) - значение ИПФ в момент

времени t;

t - значение постоянной времени термопреобразователя.

Результатом деления является значение постоянной времени термопре- образователя, которое в момент времени t через ключ 13, управление которым осуществляется импульсом с первого выхода БВК 24, выводится на входы блока коррекции по температуре и давлению газового потока на входе в двигатель 19 и генератора 22 импульсов. Период генератора 22 импульсов определяется значением постоянной времени термопреобразователя, благодаря чему длительность цикла измерения температуры изменяется в зависимости от величины постоянной времени, оптимальным образом соответствуя переходному процессу термопреобразователя. С момента времени t период генератора 22 импульсов определяется новым, вычисленным в данном цикле измерения значением постоянной времени, т.е. интервалы времени , , tg-t, и т.д. равны €/2.

В блоке 19 коррекции значение постоянной времени корректируется по условиям полета и режима работы двигателя в соответствии с формулой

(.l,

где P, Т - соответственно относительное значение давления и температуры заторможенного потока воздуха на входе в двигатель

f(n) - функция от частоты вращения ротора двигателя .

Скорректированное значение постоянной времени подается на второй вход блока 20 умножения. К моменту времени t реакция термопреобразователя на пробное воздействие практически полностью затухает, так как интервал времени между подачей пробного воздействия и затуханием переходного процесса, вызванного им, т.е. t,-tg, удовлетворяет условию

зс.

(3)

ч-t,

в момент t g импульсом с восьмого выхода БВК 24 открывается ключ 25 и сигналы с выхода усилителя 2 поступают через фильтр 3 на вход дифференциатора 4 и второй вход второго сумматора 21. Фильтр 3 служит для подавления помех, присутствзпо- щих во входном сигнале дифференциатора 4. Применение фильтра именно в канале дифференцирования позволяе значительно снизить влияние высокочастотных помех, усиливаемых дифференциатором, на результат измерения температуры. Параметры фильТр выбираются исходя из требования обеспечения эффективной фильтрации

полезного сигнала на фоне случайных помех, действующих на входе дифференциатора, с одной стороны, и обеспечения необходимой полосы пропускания полезного сигнала, с другой. .

В блоке 20 умножения осуществляется умножение сигнала дифференциатора 4 и вычисленного значения постоянной времени о термопреобразователя. В результате на выходе блока умножения 20 имеем

v.-.,

(4)

где Y - выходной сигнал блока умножения; TT - выходной сигнал термопреобразователя в момент отсутствия пробного воздействия на его

входе, т.е. в момент tg. Полученный таким образом сигнал Y подается на первый вход второго сумматора 21, где суммируется с сигналом измеряемой температуры . В результате

в момент времени tg на выходе сумматора 21, являющемся выходом устройства, имеется значение измеряемой нестационарной температуры газового потока двигателя с учетом изменения

значения постоянной времени термопреобразователя

атт

(5)

ТЛ

dt

В момент времени t импульсом с шестого выхода БВК 24 открываются ключи 9, 10 и 17 и производится очистка устройства, т.е. подготовка схемы к новому циклу измерения, которьш начинается с расчета в момент времени tg в блоке 6 экстраполяции экстраполированного значения сигнала измеряемой температуры.

1 1инимальное число периодов генератора 22 импульсов за цикл измерения температуры, необходимое для вьшолнения условия (3), равно 8, где первые четьфе периода генератора 22 импульсов определяются значение постоянной времени определенным в предьщущем цикле измерений (интервалы t(,-t , t,-t., , tj-t) a четыре последующих периода значением постоянной времени с, определенным в данном цикле измерений (интервалы t4-t , , , tr-tg), т.е. длительность первых

/2,

.л I .

четырех интервалов равна

последующих интервалов /2. Таким образом, длительность цикла измерения температуры равна t « 2 (t-fi;).

Блок временных команд 24 работает следующим образом.

При включении устройства на первый вход элемента И 28 подается пусковой нулевой импульс, и на входе Vj выборки режима работы устанавливается значение логического О, в результате чего осуществляется запись параллельного кода в регистр 27 с его входов D1,...,D8, причем в старшем разряде этого параллельного кода присутствует логическая 1, а в остальных разрядах - О. С окончанием действия пускового импульса (V,1) на

выходе регистра 27 в старшем вось- ом его разряде записывается логическая 1, а в остальные разряды логический О. Затем импульсами генератора 22 импульсов, поступаюими на входы С и Cj регистра сдвига, осуществляется его сдвиг с частотой, соответствующей частоте

генератора 22 импульсов. При переходе 1 в первый (младший) разряд регистра, что соответствует моменту окончания одного цикла измерения температуры - моменту времени t,

вновь устанавливается Vj О и снова происходит запись параллельного кода с входов D1,...,D8 регистра, а затем осуществляется сдвиг регистра, т.е. начинается новый цикл измерения температуры.

8 /ifadZ