Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/14 

1.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температур, например, в системах автоматического контроля и регулирования температуры газового потока газотурбинного двигателя (ГТД)

Цель изобретения повышение точ ности измерения температуры путем устранения погрешности, обусловленной временнь1м запаздыванием переключения перестраиваемого (|«льтра нижних частот с одного температурного режима работы на другой вследствие того, что сигнал управления этим фильтром формируется с временной задержкой, связанной с инерционностью фильтра.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - пример реализации перестраиваемого фильтра нижних частот.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные термопреоб- разователь 1, усилитель 2, перестраиваемый фильтр 3 нижних частот, первый и второй дифференцирующие усилители 4 и 5, блоки 6 деления и 7 умножения, сумматор 8, последовательно включенный датчик 9 давления, второй фильтр 10, третий дифференцирующий усилитель 1 1 , пороговую схему 12 элемент 13 задержки и схему И 14, причем выход усилителя 2 соединен с входом перестраиваемого фильтра 3 нижних частот и с первым входом сум- матора 8, выход которого связан с выходом устройства, а второй вход - с выходом блока 7 умножения, выход первого дифференцирующего усилителя 4 соединен с первым входом блоков 7 умножения и 6 деления.

При работе ГТД возможны два режима изменения температуры его газового потока: режим медленного изменения температуры (например,, установившийся режим), когда скорость изменения температуры Т газового потока

аТр dt

l-n n g,--4 0,1-0,2} 2 - мс|кс

и переходной режим, для которого характерно быстрое изменение температуры газового потока (например, .в ре,- . жиме разгона или дросселирования ГТД), когда

§C(0,,2)(),,,,. (2)

427262

Устройство работает следующим образом,

При скачкообразном изменении темг пературы контролируемого объекта на , выходе термодатчика , являющегося инерционным звеном первого порядка, по истечении времени Т появляется сигнал /

Е,-1 То + йТ(1-е ), (3) () где Е - выходной сигнал термопреобраэователя 1;

TO - начальное значение температуры;

К. - коэфс ициент передачи термо- .5 преобразователя;

дТ - скачок температуры; ТГ постоянная времени термопреоб 1азователя. Напряжен.ие с выхода усилителя 2 20 поступает на первый вход сумматора 8

и вход перестраиваемого фильтра 3 /нижних частот (ПФНЧ). Применение в устройстве фильтра 3 обуславливается -наличием двух режимов из- 25 менения температуры. Подавление помех тем эффективнее, чем выше порядок используемого фильтра, т.е. чем выше порядок многочлена в выражении для передаточной функ- 3:0 ции К (р) фильтра 3, которая может быть представлена в виде:

к(р) -5 +ъГр :: +ъ р;ъ;

где N - номинальный коэффициент пере- 5 дачи фильтра в полосе про-.

пускания;

п - порядок фильтра; р - комплексная переменная; б1|...., коэффициент многочлена.

О Однако филътр высокого порядка вносит большое запаздьгоание (динамическую ошибку) при быстроменяющихся процессах, что, в частности, отрицательно сказывается на качестве прот

S цессов регулирования температуры газового потока в системах автоматического регулирования ГТД. Поэтому . в режиме быстрого изменения темпе иату- ры ПФНЧ 3 представляет собой фильтр

50 низкого порядка, вносящий наименьщее запаздывание в сигнал термодатчика 1. В режиме сравнительно медленного изменения температуры, когда динамичес- кая ошибка, обусловленная запазды55 ваниём., вносимым фильтром, мала по сравнению с ошибкой, обусловленной влиянием помех, ПФНЧ 3 представляет собой (фильтр высокого порядка. Для

15

20

31242726

эффективного подавления помех ПФНЧ 3 должен отвечать следующим требованиям. При быстром изменении температуры его порядок должен быть минимальным (первого-второго порядка), чтобы 5 не вносились большие фазовые и амплитудные искажения в полезный сигнал, а при медленном изменении температуры - третьего-четвертого порядка, что повьшает эффективность подавления 10 помех (дальнейшее повьпление порядка фильтра 3 приведет к существенным искажениям полезного сигнала).

ПФНЧ 3 состоит (фиг, 2) из первого фильтра 15 нижних частот, второго фильтра 16 нижних частот и двух- позиционного переключателя 17.

Фильтры 15 и 16 нижних частот

могут быть выполнены на основе операционных усилителей по стандартньм схемам и должны быть первого-второго порядка.

. Формирование сигнала управления переключением ПФНЧ 3 осуществляется цепью, состоящей из следующих элементов: датчика 9 давления, второго фильтра 10, третьего дифференцирующего усилителя 11, пороговой схемы 12, элемента 13 задержки и схемы Н 14. Давление и температура в одном сечении ГТД изменяются одновременно . При этом постоянная времени датчика 9 давления на порядок еньше постоянной времени термодатика 1. Кроме того, в отличие от последней, постоянная времени датчика давления не зависит от изменения

параметров газовоЬо потока.

Поэтому, в предлагаемом устройстве управление ПФНЧ 3 осуществляется не сигналом, пропорциональным, ско- рости изменения температуры, а сигналом пропорциональным скорости . ПРИ

25

30.

35

40

менения давления, т.е.

Ы

пер ния изм рек нию ки тер ров жим на к с мех ПФН тем

час для при дав

дав

ско вых уси гов ла щег UQ схе (1) фор рес час пор вых уси пор НИИ вой клю низ

пол импу в си рекл пер в пр длит дел заде повы форс рекл

45

этом достигается повьшгение точности измерения температуры, так как устраняется существовавшая при управлении ПФНЧ 3 по сигналу, пропорциональному скорости изменения температуры, погрешность. Эта погрешность обуслов-50 лена временным запаздьшанием-переключения ПФНЧ 3 с одного температурного режима работы на другой вследствие того, что сигнал управления фильтром 3 (пропорциональный скорости из- 55 менения температуры) формируется с временной задержки, связанной с инерционностью фильтра-3. В момент

5

0

5 0

перехода с режима медленного измене- ния температуры на режим ее быстрого изменения временное запаздывание переключения ПФНЧ 3 приводит к внесению дополнительной динамической ошибки (запаздываниях в последний сигнал термодатчика 1 к канале дифференцирования), и в момент перехода с режима быстрого изменения температуры на режим ее медленного изменения - к снижению качества подавления помех фильтром 3 (так как порядок ПФНЧ 3 ниже требуемого для данного температурного режима).

Второй фильтр 10 (фильтр нижних частот стандартной структуры) служит для подавления высокочастотных помех, присутствующих в сигнале датчика 9 давления. Информация о производной

:. ЪР ,

давления по времени --- (т.е. и о

Dt

25

0.

5

0

5

0 5

скорости изменения температуры) с выхода третьего дифференцирующего усилителя 11 поступает на вход пороговой схемы 12. Если величина сигнала на выходе третьего дифференцирующего усилителя 11 меньше величины UQ порога срабатьгоания пороговой схемы 12, т.е. выполняется условие (1) то на выходе пороговой схемы формируется сигнал переключения перестраиваемого фильтра 3 нижних частот в состояние фильтра высокого порядка. При достижении сигналом с выхода третьего дифференцирукнцего усилителя 11 порога срабатьшания U пороговой схемы, т.е. при выполне- . НИИ условия (2), на выходе пороговой схемы формируется сигнал переключения ПФНЧ 3 в состояние фильтра низкого порядка .Элемент задержки и схема И используются для устранения влияния ,. импульсных кратковременных помех в сигнале датчика давления при переключение ПФНЧ 3, т.е. управление переключением ПФНЧ 3 осуществляется в предлагаемом устройстве сигналами, длительность которых превьщ1ает определенную величину (равную временной задержке элемента 13 задержк. Это повышает помехозащищенность канала форсирования сигнала управления переключением ПФНЧ 3.

Сигнал с выхода ПФНЧ 3 поступает на вход первого дифференцирующего усилителя 4..Выходной сигнал дифференцирующего усилителя А в блоке 9

деления делится на выходной сигнал второго дифференцирующего усилителя 5, в результате чего, на выходе блока 6 формируется сигнал, пропор- циональный достоянной времени f тер- модатчика 1,В блоке 7 умножения сигналы с выхода блока 6 делений и первого дифференцирующего усилителя 4 церемножаются, а резуШ)Тирующий сигнал поступает на второй вход сум - матора 8 с противодоложным знаком. При этом на выходе сумматора 8 формируется сигнал, в котором отсутствует динамическая ошибка, обусловленная инерционностью термодатчика, т;е. выходной сигнал устройства пропорционален величине (То+ЛТ).

Термопреобразователь 1 , дат-чик 9 давления, дифференцирующие усилите-, ли 4, 5 и И, сумматор 8, блок 7 умножения и блок 6 деления, второй фильтр 10 являются стандартными блоками. Пороговая схема и элемент задержки могут быть выполнены по любым схемам.

Формула изобретения

Устройство для измерения: температуры, содержащее последовательно включенные термопреобразователь и усили вель, выход которого соединен

. s

0

5

0

С входом перестраиваемого фильтра нижних частот и первым входом сумма- тора, выход которого является выходом устройства,, а второй вход соединен с .выходом блока умножения, входы которого -соединены соответственно с выходом и первым входом блока деления , первый дис)ференцнру1оши;й усилитель, вход которого соединен с выходом перестраиваемого фильтра нижних частот, а выход подключен к первому входу блока деления и через второй дифференцирующий уси.итель соединен с вторым входом блока деле- йия, пороговую схему, о. т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения погрешности, обусловленной временным запаздыванием переключения перестраиваемого фильтра нижних частот с одного температурного, режима работы на другой, в него введены последовательно включенные датчик д,авления, второй фильтр, третий дифференцирующий усилитель, вьгход которого соединен о входом пороговой схемы, элемент задержки и схема И, выход которой соединен с управляю- lipiM входом перестраиваемого фильтра нижних частот, первый вход - с выходом элеы:ента задержки, а второй вход-- с входом элемента задержки и выходом пороговой схемы.

Изобретение относится к термометрии и может использоваться в системах автоматического контроля и регулирования температуры газового потока газотурбинного двигателя. Целью изобретения является повышение точности измерения путем устранения погрешности, обусловленной временным запаздыванием переключения перестраиваемого фильтра нижних частот с одного температурного режима работы на другой. Устройство снабжено вторым фильтром, датчиком 9 давления, третьим дифференцирующим усилителем, связанными друг с другом и с другими бло- . ками устройства определенным образом. 2 ил. с (С to Is:) ISD О)

Фиг. 2