Устройство для измерения температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K7/36 

1

(21)434А422/24-10

(22)15.12.87

(46) 15.12.89. Бюло 46

(71)Пермский политехнический институт

(72)ВоГ.Мелентьев, В.А.Панов, С.А.Панов и Б.ИоЯхинсон

(53)536.53(088.8)

(5Ь) Патент Великобритании № 1533812, кл. G 01 К 7/36, опублик, 1978. Авторское свидетельство СССР № 1196700, кл. G 01 К 7/36, 1984.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность измерения температуры за счет исключения влияния на результат измерения радиуса детали, температуру которой измеряютg На вход вихрето- кового датчика 8 поступает сигнал от управляемого генератора 1, управляющий вход которого в режиме настройки соединен через переключатель 3 с источником опорного напряжения 7, а в режиме измерения - с выходом интегратора 2, на вход которого подается сигнал с выхода сумматора 4, суммирующего сигналы с выхода фазометра 6 и первого задатчика напряжения 5, С выходов вихретокового датчика 8 сигналы поступают на входы фазометра 6 и амплитудных детекторов 9, 10. Делительные устройства 11-13, второй за- датчик напряжения 14 формируют сигнал, пропорциональный температуре детали, который поступает на индикатор 15. 3 ил.

(Л

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность измерения температуры за счет исключения влияния на результат измерения радиуса детали, температуру которой измеряют. На вход вихретокового датчика 8 поступает сигнал от управляемого генератора 1, управляющий вход которого в режиме настройки соединен через переключатель 3 с источником опорного напряжения 7, а в режиме измерения - с выходом интегратора 2, на вход которого подается сигнал с выхода сумматора 4, суммирующего сигналы с выхода фазометра 6 и первого задатчика напряжения 5. С выходов вихретокового датчика 8 сигналы поступают на входы фазометра 6 и амплитудных детекторов 9, 10. Делительные устройства 11, 12, 13, второй задатчик напряжения 14 формируют сигнал, пропорциональный температуре детали, который поступает на индикатор 15. 3 ил.

ел tc

;о о ел

4

Фи8.1

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в системах контроля технологических процессов

Целью изобретения является повьпле ние точности измерения температуры за счет исключения влияния на результат измерения изменения радиуса конт ролируемой детали.

На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема управляемого генератора; на фиг.З - схема вихретокового датчика о

Устройство дпя измерения температуры содержит управляемый генератор 1, интегратор 2, переключатель 3, суматор 4, первый задатчик 5 напряжени фазометр 6, источник 7 опорного напряжения, вихретоковый датчик 8, два амплитудных детектора 9 и 10, первое второе и третье делительные устройства (ДУ) 11-13, второй задатчик напряжения 14 и индикатор 15.

Управляемый геаератор 1 (фиг , 2 ) может состоять из преобразователя напряжение - частота (ПНЧ) 16, компаратора 17, двоичного счетчика 18, постоянного программируемого запоминающего устройства (ППЗУ) 19, цифро- аналогового преобразователя (ЦАП) 20

В зависимости от величины напряжения, поступающего на вход ПНЧ 16, изменяется частота треугольного напряжения на выходе ПНЧ;, Сигнал напряжения треугольной формы преобразуется компаратором 17 в прямоугольные импульсы, которые подсчитываются двоичным счетчиком 18, при этом код на его выходе меняется с приходом каждого нового импульса. Выходной код счетчика 18 является адресом ячейки 1ГПЗУ 19, в которые записаны отсчеты синусоиды. Последние ЦАП 20 преобразуются в аналоговый сигнал.

Частота синусоидального сигнала при этом линейно изменяется с изменением управляющего напряжения при линейной характеристике ПНЧ 16.

Вихретоковый датчик 8 (фиг.З) может быть выполнен, например, в виде двух катушек: катушки контроля, подключенной через резистор 21 к управляющему генератору 1, и катущки холостого; хода. Каждая катушка представляет собой нетокопроводящий цилиндрический каркас, на который намотаны две обмотки: возбуждающая и из

5

0

5

Q

0

5

0

5

0

5

мерительная. Например, кату;ика контроля состоит из каркаса, на который по всей длине наматывают возбуждающую обмотку 22, на которую помещают измерительную обмотку 23. Точно так же расположены обмотки 24 и 25 катушки ХОЛОСТОГО; хода. Контролируемую деталь при этом помещают в катушку контроля. Катушка холостого хода в этом случае остается без детали. Обмотки 23 и 25 должны работать в режиме холостого хода. Для этого входное сопротивление амплитудных детекторов 9, 10 и фазометра 6 должно быть велико (ед. МОм).

Устройство работает следующим образом

Первоначально осу1Чествляется настройка устройства. В режиме настройки в вихретоковый датчик 8 помещают деталь при известной температуре, переключатель 3 устанавливают в положение н. При этом на управляющий вход генератора 1 поступает опорное напряжение Генератор 1 начинает вырабатывать сигнал первой начальной частоты СОд . Сигнал напряжения с выхода фазометра 6, пропорциональный углу сдвига фаз между сигналами вносимого напряжения, поступающего с катушек 23 и 25 и напряжения холостого хода, поступающего с катушки 25, подается на первый вход сумматора 4 о Настройкой задатчика напряжения 5 добиваются, чтобы показание напряжения на выходе сумматора 4 было равно нулю (измеритель напряжения Via выходе сумматора на фиг.1 не показан)„ Напряжение с выхода задатчика 5 напряжения косвенно фиксирует начальный сдвиг фаз между сигналами вносимого напряжения и напряжения холостого хода с

В делительном устройстве 11 происходит деление напряжения с выхода амплитудного детектора 9 на напряжение с выхода амплитудного детектора 10, в результате чего на его выходе формируется относительное вносимое напряжение Ь ц.

В делительном уст)ойстве 12 происходит деление сигнала с выхода делительного устройства 11 на сигнал с выхода задатчика 14 напряжения с

Напряжение на выходе задатчика напряжения 14 устанавливается таким, чтобы на выходе делительного устройства 12 бьшо единичное напряжение«

При этом напряжение на выходе эадат- чика 14 равно относительному вносимому Ug от детали при известной температуре, помещенной в датчик 8,

В режиме измерения температуры в датчик 8 помещают конхролируемуто деталь с неизвестной температурой, перключатель 3 устанавливают в положение р, при котором выход интегратора 2 соединяется с управляющим входом re;iepaTopa 1 . Нагрев детали приводит к росту выходного напряжения фазометра 6, при этом на выходе сумматора 4 появляется сигнал, отличный от нуля, напряжение ira выходе интегратора 2 увеличивается, что приводит к росту частоты т(ыход; ьгх колебании генератора I.

Увеличение частоты колебаний проис ходит до тех пор, пока разность фаз между входными сигналами фазометра 6 не будет равна величине, зафиксированной в режиме настройки.

В случае равенстиа углов сдвига фаз можно запксатр.:

2

0 ,

где (j,,, f;,,- R, ,

..

значение обоб1чеино1о параметра при из-зо BecTHOii и неизвестной температурах, (Jo |. k частот, при известной и неизвестной темпер- турах; и , - солютная магнитНгьч проницаемост) материала детали при известной и неизвест35

ной температурах; С

о

удельная

электрическая проводимость материала детали при из; егтной и Ь1еизвест- ной температурах; R и R | - радиус тали при известно и чеизвестной те ператург1х

Так как для 1;еф|срромагнитного материала

к. ™

г ,,0

г - . ejijj

i - т-1 2 - -

« RK

СО, 12,

kU.

ви«

где (--4

)

R. радиус

измерительнС П

()0(отки; , амплитуды относительного вносимого напряжения соответственно в режиме настройки при начальной температуре и в режиме измерения в момент равенства текущего угла сдвига фаз за- фиксировп1П1ому первоначальному углу. Когда TCiKvmee значение угла сдвига

фаз ме.еду 1нисимым напряжением U

,

и опорным

(напряжением холостого

529054

0

5

хода) станет равно начальному, зафиксированному в режиме настройки значению, на выходе делительного устройства 1I будет относительное вносиК К

мое напряжение , /U, , ваемое контролируемой деталью.

Так как на выходе задатчика 14 напряжения имеем относительное вноси0

мое напряжение U дц от детали при известной температуре, то rfa выходе делительного устройства 12 имеем на,,0 ,,,(

пряжение

При

tut, этом частота

СО., на выходе

ген/ератора 1 будет равна

оЗк к-и,

и

(3)

где К - постоянный коэффициент; - напряжение на выходе интегратора.

)И1шент передачи делительно- г о устройства 13 настраивают таким образом, чтобы он был раве71 сОц (/К.

Тогда напряжение на выходе делительного устройства 13 равно

5

и вн Uo G о

П

UM К

о Ь вч

иГ

eOc Gc

ей

со,

0,,(А)

зо

35

40

Цпя каждого материала существует однозначная зависимость между удельной электропроводностью G и его температурой, поэтому выходной сигнал делительного устройстра 13 будет однозначно связан с измеряемой температурой. Шкала индикатора 15 граду- ируе ся в единицах измеряемой томпг-- ратурь/.

Значение начальной частоты цО, бирают из условия: 1

й)с

ijaii

Ко RO GO

(5)

45

где

Ыо

- магнитная пронипаемост)

вакуума; х 1-10, так как при этих условиях наблкщают максимум чувствительности фазы выходного напряжения датчика к удельной электропроводности (температуре) материала контролируемой детали.

50

Формул

изобретения

55

Устройство для измерения температуры, содержап1ее управляемый генера-. тор, вихретоковый датчик, интегратор, сумматор, входы которого соединены с выходами фазометра и первого задатчи- ка напряжения, отличающее- с я тем, что, с пелью повышенно тг чности за счет исключения влияния на результат измерения изменения радиуса контролируемого объекта, в него введены источник опорного напряжения, переключатель, три делительных устройства, второй задатчик напряжения и два амплитудных детектора, входы которых подключены к первому и второму выходам вихретокового датчика, соеди- ненным соответственно с первым и вторым входами фазометра, а выходы амплитудных детекторов соединены с входами первого делительного устройства, вы- ,

ход которого подключен к первому входу второго делительного устройства.

второй вход которого соединен с выходом второго эадатчика напряжения, а выход подключен к первому входу тре- Tbet o делительного устройства, выход которого соединен с входом индикатора, а второй вход - с первым неподвижным контактом переключателя и выходом интегратора, вход которого подключен к выходу сумматора, причем второй неподвижный контакт переключателя соединен с выходом источника опорного напряжения, а подвижной контакт соединен с управляющим входом управляемого генератора, выход которого соединен с входом вихретокового датчика

фиг.1

Фие.З