Способ бесконтактного измерения температуры нагрева поверхности токопроводящих тел Советский патент 1988 года по МПК G01K7/36 

со

О5

сл

Изобретение относится к термометрии. Цель изобретение - повьшение чувствительности способа. Вихретоко- вый датчик (ВД) 17 формирует напряжение, зависящее от параметров объекта измерения. Опорное напряжение с выхода блока 10 формирования компенсирующего напряжения поступает на один вход фазометра 12, на другой вход которого поступает напряжение с выхода вычитающего устройства 11. Это напряжение равно разности напряжений с выхода блока 10 формирования компенсирующего напряжения и выхода ВД 17. Фазометр 12 измеряет угол сдвига фаз между опорнь М напряжением, совпадающим по фазе с током в цепи питания датчика, и напряжением, равным разности напряжения с выхода ВД 17 и компенсирующего напряжения. В конце измерения срабатывает схема 15 совпадения, которая сравнивает код, соответствующий начальному углу сдвига фаз, с кодом, соответствующим текущему углу. По сигналу этой схемы обнуляется триггер 4, запрещая подсчет импульсов счетчиком 7, и срабатывает запоминающее устройство 16, в котором хранятся значения температур, со ответствующие данному значению конечных частот. На выходе запоминающего устройства появится код измеренной температуры. 2 ил. с (С (Л

иг. 7

Изобретение относится к термометрии и предназначено для бесконтактного измерения температуры нагрева поверхности токопроводящих тел.

Цель изобретения - повышение чувствительности способа.

На фиг.1 показана общая схема устройства для реализации способа; на

20

25

фиг.2 - схема блока формирования ком- ig ное напряжение с выхода блока 10 поступает на один из входов фазометра 12, на второй вход которого поступает напряжение с выхода вычитающего устройства 11. Это напряжение равно 15 разности напряжений с выхода блока 10 формирования компенсирующего напряжения и выхода викретокового датчика 17. Схема рассчитывается таким образом, чтобы при начальной частоте Wfl управляемого генератора: 9 компенсирующее напряжение было равно напряжению холостого хода вихретоково- го датчика 17 (т.е. напряжению на датчике при отсутствии детали). Фазо-- метр 12 измеряет угол сдвига фаз между опорным напряжением, совпадающим по фазе с током в цепи питания датчика, и напряжением, равным разности напряжения с выхода вихретокового 30 датчика 17 и компенсирующего напряжения. Фазометр 12 запускаетс я в работу импульсом с инверсного выхода генератора 6. Разнесение во времени момента начала изменения частоты управляемого генератора 9 и момента начала измерения угла сдвига фаз делают для того, чтобы переходные процессы по схеме заканчивались до момента начала измерения угла сдвига фаз. В . случае, если частота управляемого генератора 9 не равна начальной частоте СО;, , после измерения угла сдвига фаз на вход двоичного счетчика 7 поступает очередной импульс с генератора 6. Если текущая частота равна частоте О(з, то срабатывает схема 14 совпадения, по сигналу которой в регистр 13 после окончания измерения фазометром I2 угла сдвига фаз (окончание измерения индицируется сигналом Конец измерений с выхода фазометра) записывается код, пропорциональный иглу сдвига фаз между опорным и разностным напряжениями при начальной температуре и начальной частоте питающего напряжения. При срабатывании схемы 14 совпадения обнуляется триггер 3, тем самым запрещая поступление импульсов в счетчик 7.

пенсирующего напряжения и вихретокового датчика.

Устройство для реализации способа бесконтактного измерения температуры нагрева поверхности токопроводящих тел содержит кнопку Установка 1 , кнопку Измерение 2-, триггеры 3 и 4, схему ИЛИ 5, генератор 6 прямоугольных импульсов, двоичный счетчик 7,, цифроаналоговый преобразователь (идп) 8, управляемый генератор 9 синусоидального напряжения, блок 10 формирования компенсирующего напряжения, вычитающее устройство 11, фазометр 12, регистр 13, схемы 14 и 15 совпадения, программируемое постодн- ное запоминающее устройство (ППЗУ) 16 и вихретоковый датчик (БТД) 17.

Вихретоковый датчик 17 (фиг.2) состоит из возбуждающей обмотки 18 и измерительной обмотки 19. Блок IО формирования компенсирующего напряжения состоит из возбуждающей обмотки 20, измерительной обмотки 21, резисторов 22 и 23 и резисторного оптрона 24.

Изобретение реализуют следующим образом.

В режиме установки нажимают кнопку Установка 1. При этом триггер 3 устанавливается в 1 и через схему ИЛИ 5 разрещает подсчет импульсов, поступающих с прямого выхода генератора 6 прямоугольных импульсов, двоичным счетчиком 7. Двоичный код с выхода счетчика 7 поступает на вход ЦАП-8 и на вход схемы 14 совпадения. Последняя настроена на код, соответствующий начальной частоте Wg , ЦАП 8 преобразует двоичный код, поступающий на его вход, в аналоговый сигнал, управляющий частотой управляемого генератора 9. Блок 10 формирования компенсирующего напряжения формирует напряжение, относительная амплитуда (амплитуда, отнесенная к амплитуде напряжения холостого хода ВТД) которого обратно пропорциональна частоте управляемого генератора 9. Вихрето35

40

45

50

55

ковый датчик 17 формирует напряжение, зависящее от параметров объекта измерения, причем амплитуда напряжения холостого хода на выходе ВТД зависит от частоты управляемого генератора 9. Блок 10 также формирует опорное напряжение, совпадающее по фазе с током в цепи питания датчика. Опор3

В режиме Измерение осуществляеся измерение температуры нагрева поверхности токопроводящего тела. До нажатия кнопки Измерение 2 схема имеет следующее исходное состояние. Управляемый генератор 9 имеет начал

ную частоту со,, в регистр 13 записывают код, пропорциональный углу сдвига фаз между током и разностным кап- ряжением. При нажатии кнопки Измерение триггер 4 устанавливается в I разрешая подсчет импульсов с генератора 6 двоичным счетчиком 7. Происходит увеличение частоты управляемого генератора 9.

В конце измерения срабатывает схема 15 совпадения, которая сравнивает код, соответствующий начальному углу сдвига фаз, с кодом, соответствующим текущем у углу. По сигналу этой схемы обнуляется триггер 4, запрещая подсчет импульсов счетчиком 7, и срабатывает ППЗУ 16, в котором хранятся значения температур, соответствующие данному эначению конечных частот. При этом на выходе ППЗУ 16 п оявляется код измеренной температуры.

Вихретоковый датчик 1 7 может, быть выполнен по схеме воздушного трансформатора, где обмотка 18 является первичной обмоткой, а обмотка 19 - . вторичной. Напряжение на обмотке 19 по модулю пропорционально частоте питающего напр яжения. Блок 10 формирования компенсирующего напряжения мо- жет быть выполнен, например, в виде проходной катушки с двумя обмотками- возбуждающей (первичной) 20 и измерительной (вторичной) 21. Измерительная

обмотка подключена к делителю напряжения, состоящему из постоянного резистора 22 и резисторной оптопары 24 При увеличении частоты питающего нап

0

5

Q

„

0

0

ряжения увеличивается напряжение на измерительной обмотке 21, однако при этом увеличивается и входной ток оптопары 24, уменьшая тем самым сопротивление резистора оптопары. TaKHNt образом, с ростом частоты питающего напряжения модуль выходного напряжения свою величину не изменяет. А так с ростом частоты питающего напряжения напряжение холостого хода на измерительной обмотке ВТД 17 возрастает, то относительная амплитуда компенсирующего напряжения уменьшается. Опорное напряжение, пропорциональное току первичной обмотки, снимается с резистора 23.

Формула изобретения

Способ бесконтактного измерения температуры нагрева поверхности токо- проводящих тел, заключающийся в том, что измеряют угол, сдвига фаз между током питания вихретокового преобразователя и напряжением при начальной температуре и начальной частоте питающего напряжения, запоминают этот угол, после нагрева тела изменяют частоту питающего напряжения до равенства угла сдвига фаз между током и напряжением на новой частоте углу сдвига фаз при начальной температуре и начальной частоте и по значению конечной частоты судят о температуре поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, при измерении угла сдвига фаз в качестве напряжения используют разность между выходным напряжением вихретокового преобразователя и сформированным компенсирующим напряжением, относительная амплитуда которого обратно пропорциональна частоте питающего напряжения.

Отд

Фиг. 2

НП