Способ измерения температуры вращающихся тел Советский патент 1991 года по МПК G01K13/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть эффективно использовано для измерения температуры валков, роликов, барабанов, каландров и других вращающихся тел, в том числе и с полированными зеркальными поверхностями, в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 показана конструкция тепло- триемной части устройства, реализующего предложенный способ, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - конструкция датчиков теплового потока; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - электрическая блок-схема устройства.

Теплоприемная часть устройства содержит термопреобразователэ 1, например термометр сопротивления или термопара, два идентичных датчика 2 и 3 теплового потока и нагреватели 4, размещенные в пазах общего корпуса 5 с помощью заглушек 6 и 7. Корпус 5 выполнен из высокотеплопроводного материала, например меди, и его поверхность, обращенная к вращающемуся телу, зачернена.

Каждый из датчиков 2 и 3 теплового потока представляет собой батарею дифференциальных гальванических термоэлементов, изготовленных из константановой проволоки 8, спирально навитой на ленту 9 из изоляционного материала, например полиамида, с медным покрытием 10, гальванически осажденным на части константановой проволоки 8 так, что образованные при этом спаи 11 и 12 термоэлементов располагаются по середине ширины ленты 9 и на ее

05 Јь

СО

оэ

торде. Оба датчика 2 и 3 теплового потока установлены в пазах корпуса 5 с зазорами 13 и 14 так, что термоэлектроды батареи на торцах ленты 9 имеют тепловую связь с корпусом 5, а спаи 11 термоэлементов удалены от места этой тепловой связи на половину ширины ленты 9. Корпус 5 связан с кронштейном (не показан) ,через теплоизоляционный элемент 15.

Электрическая блок-схема устройства

компаратора 18, превышает уровень его опорного напряжения -Поп- Рассеиваемая в нагревателях 4 электрическая мощность вызывает повышение температуры корпуса 5 и, следовательно, уменьшение разностного выходного сигнала датчиков 2 и 3 теплового потока и выходного сигнала усилителя 16. При снижении выходного сигнала усилителя 16 до уровня опорного напряжения и менее открывается выход компавключает в себя усилитель 16, к входам ко- 10 ратора 17. Если выходной сигнал усилиторого встречно подключены датчики 2 и 3 теплового потока, два компаратора 17 и 18, подключенные к выходу усилителя 16, логическую схем 19 совпадения, два входа которой подключены к выходам компараторов 17 и 18, управляемый индикатор 20, перьый вход которого через измерительный усилитель 21 подключен к термопреобразователю 1, а его второй вход соединен с выходом логической схемы 19 совпадения, усилитель 22 тока, вход которого соединен с выходом усилителя 16, а его выход через управляемый ключ 23 связан с нагревателями 4. Управляющий вход ключа 23 связан с выходом компаратора 18.

теля 16 находится в пределах опорных напряжений -ft/ол и , то он близок к нулю и логическая схема 19 совпадения, воздействуя на вход управляемого инди|5 катора 20, разрешает регистрацию усиленного в измерительном усилителе 21 выходного сигнала термопреобразователя 1, пропорционального температуре корпуса 5, а следовательно, искомой температуре вращающегося тела То.

20 При перегреве корпуса 5 выше искомой температуры То выходной сигнал усилителя 16 снижается ниже уровня опорного напряжения -Uon. Тогда выход компаратора 18 закрывается, ключ 23 размыкается и преСпособ осуществляется следующим об- „с кРа Дается регистрация выходного сигнала

разом.

Теплоприемную часть устройства устанавливают датчиками 2 и 3 теплового потока напротив вращающегося цилиндрического тела (фиг. 1-3), обеспечивая межд телом и корпусом 5 воздушный за юр величиной 60, а между телом и ымиками 2 и 3 теплового потока воздушные зазоры величиной 8i и бг соответственно При этом вначале температура Тй корпуса ближа к температуре Те окружающей ере tbi и. следо вательно, отличается от температуры Тс вращающегося цилиндрического тела Это обеспечивает теплообмен последнего с корпусом 5 через зазор б„ и с датчикам)-. 2 и 3 теплового потока через зазоры б и 6 Такой теплообмен осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением. Так как и , то приемные поверхности датчиков 2 и 3 теплового потока приобретут разные температуры TI и Т2 и, следовательно, будут различны и тепловые

измерительного усилителя 21 в индикаторе 20. При этом одновременно отключаются нагреватели 4 и корпус 5 охлаждается в результате естественного теплообмена с окружающей средой до тех пор, пока выходзо ной сигнал усилителя 16 не превысит уровня опорного напряжения -(Jon. В этом случае компаратор 18 вновь открывается и логическая схема 19 совпадения снова разрешает регистрацию усиленного выходного сигнала термопреобразователя 1 и т.д.

35 Таким образом, регулировкой темпера- 1уры корпуса 5 в устройстве обеспечивается автоматическое поддержание равенства тепловых потоков, измеряемых датчиками 2 и 3, при котором температура корпуса 5 с достаточно высокой точностью совпа4 | ыет с искомой температурой вращающегося ie.ia.

Высокая степень черноты поверхности корпуса 5, часгвующей в теплообмене с вращающимся телом, и увеличение ее плокомпаратора 18, превышает уровень его опорного напряжения -Поп- Рассеиваемая в нагревателях 4 электрическая мощность вызывает повышение температуры корпуса 5 и, следовательно, уменьшение разностного выходного сигнала датчиков 2 и 3 теплового потока и выходного сигнала усилителя 16. При снижении выходного сигнала усилителя 16 до уровня опорного напряжения и менее открывается выход компаратора 17. Если выходной сигнал усилителя 16 находится в пределах опорных напряжений -ft/ол и , то он близок к нулю и логическая схема 19 совпадения, воздействуя на вход управляемого индикатора 20, разрешает регистрацию усиленного в измерительном усилителе 21 выходного сигнала термопреобразователя 1, пропорционального температуре корпуса 5, а следовательно, искомой температуре вращающегося тела То.

При перегреве корпуса 5 выше искомой температуры То выходной сигнал усилителя 16 снижается ниже уровня опорного напряжения -Uon. Тогда выход компаратора 18 закрывается, ключ 23 размыкается и прекРа Дается регистрация выходного сигнала

кРа Дается регистрация выходного сигнала

измерительного усилителя 21 в индикаторе 20. При этом одновременно отключаются нагреватели 4 и корпус 5 охлаждается в результате естественного теплообмена с окружающей средой до тех пор, пока выходной сигнал усилителя 16 не превысит уровня опорного напряжения -(Jon. В этом случае компаратор 18 вновь открывается и логическая схема 19 совпадения снова разрешает регистрацию усиленного выходного сигнала термопреобразователя 1 и т.д.

Таким образом, регулировкой темпера- 1уры корпуса 5 в устройстве обеспечивается автоматическое поддержание равенства тепловых потоков, измеряемых датчиками 2 и 3, при котором температура корпуса 5 с достаточно высокой точностью совпаыет с искомой температурой вращающегося ie.ia.

Высокая степень черноты поверхности корпуса 5, часгвующей в теплообмене с вращающимся телом, и увеличение ее пло

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения температуры вращающихся тел. Способ осуществляется с использованием размещаемых в одном корпусе термопреобразователя двух идентичных датчиков теплового потока и нагревателей. Корпус выполняют из высокотеплопроводного материала. Датчики теплового потока располагают в непосредственной близости у вращающегося тела на разных расстояниях от него. В процессе измерения непрерывно отслеживают разность выходных сигналов датчиков теплового потока, изменяя температуру корпуса. Регистрацию температуры корпуса, которую принимают за температуру вращающегося тела, осуществляют в момент равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока. 6 ил. (С V)

потоки q и qz, проходящие через датчики . щади снижают влияние на результат изме2 и 3 теплового потока соответственно.

Разностный выходной сигнал датчиков 2 и 3 теплового потока усиливается усилителем 16 и поступает на компараторы 17 и 18, где сравнивается с опорными напрярения излучения сторонних источников, отраженного от поверхности вращающегося тела. Эти отражения поглощаются поверхностью корпуса 5 и до датчиков 2 и 3 теплового потока практически не доходят. Кроме

жениями -f-L/сл и U0n, близкими к нулю. 50 того, в силу незначительного влияния тепЕсли выходной сигнал усилителя 16 превышает опорное напряжение то выход компаратора 17 закрыт, при этом выходной сигнал усилителя 16, усиленный в усилителе 22 тока, поступает через открытый ключ 23 на нагреватели 4. Ключ 23 управляется компаратором 18, выход которого в данном- случае открыт, так как выходной сигнал усилителя 16, поступающий на вход

55

лообмена излучением на формирование тепловых потоков q и (2, поверхности датчиков 2 и 3 теплового потока могут быть выполнены с малыми степенями черноты, например менее 0,1-0,2.

Учитывая, что температура среды в воздушных зазорах формируется вследствие теплообмена воздуха с поверхностью корпуса 5, целесообразно датчики теплового порения излучения сторонних источников, отраженного от поверхности вращающегося тела. Эти отражения поглощаются поверхностью корпуса 5 и до датчиков 2 и 3 теплового потока практически не доходят. Кроме

того, в силу незначительного влияния теп5

лообмена излучением на формирование тепловых потоков q и (2, поверхности датчиков 2 и 3 теплового потока могут быть выполнены с малыми степенями черноты, например менее 0,1-0,2.

Учитывая, что температура среды в воздушных зазорах формируется вследствие теплообмена воздуха с поверхностью корпуса 5, целесообразно датчики теплового потока на корпусе 5 разместить так, чтобы до встречи с поверхностью датчиков пограничный слой воздуха, вращающийся вместе с телом, контактировал с большей поверхностью корпуса 5, чем при выходе его из g контакта с поверхностью датчиков (фиг. 2). Предлагаемый способ исключает погрешность измерения, вызванную отличием тепловых потоков, проходящих через датчики теплового потока, от тепловых потоков

на корпусе термопреобразователя датчика теплового потока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого не превышает толщины пограничного слоя воздуха, нагреве или охлаждении корпуса термопреобразователя и регистрации температуры корпуса термопреобразователя, отличающийся гем, что, с целью повышения точности, на корпусе термопреобразователя размещают идентичный пермежду их поверхностью и поверхностью Ю вому дополнительный датчик теплового по- вращающегося тела, которое в свою очередь связано с влиянием окружающей среды (воздуха), охлаждением или перегревом бли жайших к датчикам теплового потока слоев воздуха в зазоре Кроме того, повышается .,. помехозащищенность, так как сигнал помехи одинаково воздействует на идентичные датчики теплового потока и взаимно уничтожается при отслеживани ,х разностного выходного сигнала

Формула изобретения Способ измерения температуры вращающихся тел, заключающийся в размещении

тока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого больше величины воздушного зазора для первого датчика теплового потока, контролируют разность выходных сигналов датчиков теплового потока, а нагрев или охлаждение корпуса термопреобразователя осуществляют до момента равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока и в указанный момент регистри- 20 руют температуру корпуса термопреобразователя, которую принимают за температуру вращающегося тела

15

на корпусе термопреобразователя датчика теплового потока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого не превышает толщины пограничного слоя воздуха, нагреве или охлаждении корпуса термопреобразователя и регистрации температуры корпуса термопреобразователя, отличающийся гем, что, с целью повышения точности, на корпусе термопреобразователя размещают идентичный первому дополнительный датчик теплового по-

вому дополнительный датчик теплового по-

тока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого больше величины воздушного зазора для первого датчика теплового потока, контролируют разность выходных сигналов датчиков теплового потока, а нагрев или охлаждение корпуса термопреобразователя осуществляют до момента равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока и в указанный момент регистри- руют температуру корпуса термопреобразователя, которую принимают за температуру вращающегося тела

Фиг.1

5

Фиг. 2

ц

12

X

и

г1

Фиг А

6-В

Фиг.З

В-В

v

Ю

11

Фиг, 5

Фиг. 6