Способ обнаружения обледенения поверхности и устройство для предупреждения об образовании льда Советский патент 1989 года по МПК G08B19/02 

Изобретение касается обнаружения образования льда

Целью изобретения является повышение функциональной надежности обна- ружения образования льда на поверхности за счет возможности ползгчения предупреждающей информациио

На фиго приведена схема устрой- CTBaj на фиг о 2 и 3-датчик устройс т- ва, варианты.

Устройство (фиГоО содержит датчик 1, который содержит чувствительный элемент в виде диафрагмы 2,пьезоэлектрический преобразователь 3, металлическую пластинку 4, изолирующие кольца 5 и 6, ребристый тепло- вод 7, элементы 8 Пельтье Устройство также содержит автогенератор 9, проводы 10, с помощью которых осу- ществляется соединение диафрагмы 2 и пьезоэлектрического преобразЬва- теля 3 с автогенератором 9, которые образуют блок возбуждения колебаний (не показан) о . Устройство содержит также генератор 11 постоянного тока, который вместе с элементами 8 Пельть обра.зует регулятор температуры (не показан), блок 12 управления,который может быть выполнен, например, . на микропроцессоре фирмы AWJDS (, № PY 5293), датчик 13 температуры окружающей среды, датчик 14 температуры диафрагмы.

Датчик 1 (фиго2) содержит электро динамический преобразователь,вьшол- ненный в виде индуктивного устройства 15ь

Датчик 1 (фиГоЗ) содержит магни- тострикционный преобразователь (не показав), выполненный на магнито- стрикционном элементе 16 и катушке 17 „

Блок 12 управления имеет первый информационный вход 18, соответст- вующий входу А5В микропроцессора AWJDS, второй информационный вход 1 соответствующий входу А4С микропроцессора, управляющий вход 20, соответствующий входу А4В микропроцессо pa, информационный выход 21, соответствующий выходу А9В микропроцессора, управляющий выход 22, соответствующий выходу В14С микропроцессорао

Резонансная частота диафрагмы 2 вместе с пьезоэлектрическим преобразователем 3 выражается через зависимость

-г-ь

где IJL) пульсация 21 (частота);

f - упругая постоянная;

m - масса

Из формулы имеются в виду два различных случая: когда диафрагма установлена (отрегулирована) на вибрацию на своей основной частоте резонанса и когда диафрагма 2 установлена на вибрацию на более высокой гармонике, чтобы поверхность вибрирующей диафрагмы 2 составляла какое-то конкретное число узлов и антиузлов„ В первом случае, если на диафрагме 2 образуется слой, льда, тогда из-за скапливания здесь льда, увеличивается общая масса m диафрагмы 2 и пьезоэлектрического преобразователя 3, а в соответствии с указанной формулой частота автогенератора 9 уменьшается Во втором случае слой льда,который образуется на диафрагме 2, повышает ее жесткость, а следовательно, и увеличивает величину, fo Этот эффект предопределяет ситуацию,когда соответствующее увеличение массы m приводит к соответствующему повьше- нию частоты автогенератора 9оВторой случай как бы фиксирует факт отложения льда только на диафрагме 2,что обязательно обуславливает повьш1ение час.тоты автогенератора 9, тогда как отложение здесь же других веществ, например воды, масла или грязи,всегда обуславливает уменьшение частоты автогенератора 9, что связано в данном сл5Д1ае с неизбежным увеличением массы Шо Следовательно, изобретение проводит четкую грань и различие между образованием льда, о.чем всегда (за исключением первого случая) свидетельствует повьш1ение частоты автогенератора .9, и присутствием здесь других элементов, например воды,масла или грязи, о чем свидетельствует понижение частоты автогенератора 9о Любое изменение в частоте автогенератора 9 измеряется с помощью блока 12 управления, если это колебание достигает и/или превышает заранее уста- новленную величину, тогда блок 12 управления формирует сигнал тревоги, который предупреждает о большой вероятности образования естественного льда-на поверхности, когда температура окружающей среды близка к точке замерзания, или о наличии кристаллов

льда, которь е прилипают к поверхности, когда температура окружающей среды ниже точки замерзания Является предпочтительным удерживать резонансную частоту диафрагмы в пределах 1 - 20 кГц

Генератор 11 постоянного тока соединен с элементами 8 Пельтье и вьщает электрический ток, длительность, величина и направление которого определяются блоком 12 управления в виде функции результатов измерения температуры окружающей среды датчиком 13 температуры окружающей среды и температуры дйафрагмь ; измеряемой датчиком 14 температуры диафрагмы Для какого-то конкретного направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока элементы .8 Пельтье охлаждают диафрагму 2 на несколько градусов ниже температуры окружающей среды Тп, а если температура окружающей среды находится около точки замерзания, тогда на диафрагме 2 может образоваться слой льда, котор ый повышает или понижает частоту автогенератора 9« По истечении какого-то периода времени полярность направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока изменяется на обратную, и элементы 8 Пельтье теперь уже нагревают диафрагму 2 до температуры, которая на несколько градусов вьппе температуры окружающей среды, чтобы обеспечить таяние ранее образовавшегося на диафрагме 2 льда, Чередование фаз охлаждения и нагревания может быть периодическим, а длительность этих фаз равна, например, нескольким десяткам секундо Это будет обеспечивать периодическое повторение измерения частоты автогенератора 9о Датчик 1 имеет относительно небольшие размеры, благодаря чему его тепловая инерция малая, а фазы охлаждения и нагревания диафрагмы 2 .практически мгновенно следуют за изменениями направления потока электрического тока от генератора 11 постоянного тока на обратное,- что дает возможность устройству подавать сигнал тревоги еще до момента образования естественного льда,

На практике образование льда может происходить при очень низких температурах, например, при - 20 или -40 С, причем образование естествен5

0

ного льда происходит не в течение фазы охлаждения диафрагмы 2, а в те- чение фазы нагревания о И тем не менее, во всех случаях частота автогенератора 9 понижается, если диафрагма 2 находится в вибрирующем состоянии на своей основной частоте резонанса, частота автогенератора 9 повыQ шается, если эта диафрагма 2 начинает вибрировать на более высоких гармониках Если температура окружающей среды повьшается вьше заранее установленной величины, при которой нет риска естественного образования льда, тогда вся система выключается блоком.12 управления

На фйГо показан момент, когда диафрагма 2 находится в состоянии вибрации, причем эта вибрация вызвана пьезоэлектрическим преобразователем 3. На фиг о 2 показан момент, когда диафрагма 2 также может начать вибрировать электродинамическим образом в результате воздействия индуктивного устройства 15, прикрепленного к металлической пластинке 4, которая соединена с автогенератором 9,индуктивное устройство 15 отделено от ди0 афрагмы 2 зазором, а сама диафрагма 2 может быть представлена каким-то магнитным материалом. На фигс, 3 показан еще один вариант устройства,которое может вызьгеать вибрирование диаф- рагмь. S данном случае к диафрагме 2 крепится магнитострикцйонный элемент 16, который отрегулирован на вибрирование в результате воздействия на него катушки 17, которая соединена с автогенератором 9 о Образуемые в магнитострикционном элементе 16 механические вибрации передаются на диафрагму 2 с той же частотой, В данном случае имеется также возможность нагревать диафрагму 2 с помощью электрического тока с относительно высокой интенсивностью или с помощью

5

5

0

5

горячего газа, который подается к датчикам 1 через систему трубопроводов Подобную же систему трубопроводов можно использовать и для охлаждения диафрагмы 2, причем по этим трубопроводам циркулирует либо охлаждающий газ, либо охлаждающие жидкости

Формула изобретения

1 о Способ обнаружения обледенения поверхности, основанный на ратмещении на контролируемом объекте чувствительного элемента в виде ди- афрагмы, характеризующейся резонансной частотой колебаний, возбуткдения в диафрагме колебаний указанной резонансной частоты, контроле параметров резонансных колебаний диафрагмы путем сравнения параметров резонансных колебаний диафрагмы с заданными значениями и при их отклонении от заданного значения - формировании сигнала тревоги, отличающий с я тем, что, с целью повышения функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности получения предупреждающей информации, одновременно измеряют температуру окружающей среды,а в зоне поверхности диафрагмы измеряют температуру диафрагмы, формируют управляющее воздействие на диафрагму в виде поочередного и неоднократного охлаждения ниже температуры окружающей среды и нагрева диафрагмы выше температуры окружающей .среды, если она близка или ниже точки замерзания

2„. Устройство для предупреждения об образовании льда, содержащее чувствительный элемент в виде диафраг- мы, соединенной с контролируемым объектом в области, подверженной естественному обледенению, и с блоком возбуждения колебаний, о т л и ч а-ю щ е е с я тем, что, с целью повыше0

5

0

5

0

5

ния функциональной надежности устройства, в него введены датчик температуры окружающей среды, датчик температуры диафрагмы, регулятор температуры, блок управления, выход датчика температуры окружаклцей среды соединен с первым информационньгм входом блока управления, датчик температуры диафрагмы соединен с диафрагмой, а его выход соединён с вторым информационным входом блока управления, выход блока возбуждения колебаний соединен с управляющим входом блока управления, управляющий выход которого соединен с управляющим входом регулятора температуры, информационный выход блока управления подключен к индикатору

Зо Устройство по По2, о т л и - чающееся тем, что блок возбуждения колебаний содержит автогенератор и либо пьезоэлектрический, либо магнитострикционный, либо электродинамический преобразователь,который подключен к входу управления автогенератора, выход которого является выходом блока.

4 Устройство попо2, отличающееся тем, что регулятор температуры содержит генератор постоянного тока и элементы Пельтье, управляемый вход элементов Пельтье соединен с выходом генератора постоянного тока, вход генератора постоянного тока является входом регулятора

Изобретение касается обнаружения образования льда Целью изобретения является повышение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности Устройство для предупреждения об образова НИИ льда содержит диафрагму 2, которая отрегулирована на одну из своих резонансных частот с помощью пьезоУ 7 8 электрического преобразователя 3оДиафрагма 2 термически связана с металлической пластинкой 4, которая поочередно охлаждается н нагревается соответственно ниже и выше температуры окружающей среды с помощью элементов Пельтье 8, которые соединены с генератором 1 1 постоянного тока. Блок управления 12 измеряет изменение резонансной частоты, которое вызывается образованием и отложением льда на диафрагме 2 в течение периодов охлаждения или нагревания, и формирует сигнал тревоги каждый раз, когда изменение в этйй частоте достигает и/или превышает заранее установлен- ную величину. Блок управления 12 также регулирует длительность, величину и направление тока от генератора 11 постоянного тока в зависимости от температуры окружающей среды и температуры самой диафрагмы 2 2с. - 2 ЗоП. ф-лы, 3 ило (Л сд tc ic ср й 5 см //

8

:г4

1,ЧL b L. ч

Х

f Y Ч f xl - f

Фиг.З