Устройство для измерения температуры вращающихся объектов Советский патент 1992 года по МПК G01K13/08 

1 Изобретение относится к температурным измерениям,.

Известно устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на объекте термопары, подключенные к подвижным катушкам, неподвижные выходные катушки, подключенные к входу усили- теля, компенсационные катушки, подключенные к регулируемому источнику постоянного тока, блок управления, счетчик числа каналов, блок выделения строб-импульса, счетчик числа

оборотов объекта, преобразователь периода вращения объекта в код и кода в ток, блок умножения кодов, пороговый блок, блоки оперативной памяти и вывода цифровой информации0

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на объекте термоэлектрические преобразователи, подключенные к подвижным катушкам бесконтактного индукционного токосъемника , неподвижные приемные катушки которого подключены к входу усилителя, компенсационные катушки, подключенные к преобразователю кода, в ток,, блок выделения строб-импульса, выход которого подключен к входу блока управления и счетчику числа оборотов,выход которого подключен к информационному входу блока onepa - тивной памяти, к адресному входу и выходу разрешения записи которого подключены выходы соответственно счетчика числа каналов и порогового блока, а к выходу подключен блок вывода информации, коммутатор, блок

аналоговой памяти, и последовательно соединенные датчик положения подвижных катушек и блок формирования, выход которого подключен к входу счетчика числа каналов, управляющий вход

5 и выход которого соединены соответст-t венно с первым выходом и вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход

0 которого соединен с выходом усилителя, а выходы подключены соответственно к входу блока аналоговой памяти и первому, входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом блока аналоговой памяти, при этом выход счетчика числа оборотов соединен с ,входом преобразователя кода в ток, „

Недостатками устройства являются

Q невысокаяi точность измерения ввиду того, что сигнал от измеряемой в данный, момент термопары при отсутствии тока в компенсационных катушках запоминается аналоговой памятью и хранится до тех пор, пока счетчик числа оборотов не пройдет весь диана зон изменения тока компенсации, что составляет 399 оборотов объекта. Ток компенсации, увеличиваясь с каждым оборотом, компенсирует сигнал в передающих подвижных катушках до величины, определяемой намагниченностью объекта, а затем начинает увеч личиваться, При равенстве амплитуд напряжения, 4|хранящегося в аналоговой памяти, и напряжения скомпенсирован ного сигнала пороговый блок выдает управляющий импульс записи кода счетчика числа оборотов по адресу соответствующего канала что соответS

$

ствует определенному току компенсации и, соответственно, термоЭДС термопары в начале цикла измерения Но за это время реальный сигнал термопары может измениться (в случае переходного режима двигателя он меняется очень быстро)о

Отличие температуры в началу цикла измерения, когда электрический эквивалент запоминается аналоговой памятью, от температуры в, момент срабатывания порогового блока определяется погрешностью измерения температуры о Следующим недостатком устройств является низкое быстродействие Норый цикл измерений может начаться только после всего диапазона изменения тока компенсации, т,е„ через 400 оборотов объекта0

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения температуры вращающихся объектов за счет уменьшения составляющей погрешности, вызванной изменяющейся температурой объекта, с одновременным сокращением требуемого количества оборо |тов объекта в течение цикла измерения

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на объекте термоэлектрические преобразователи, подключенные к подвижным катушкам бесконтактного индукционного токосъемного устройства, неподвижные выходные катушки которого подключены через усилитель к первому входу коммутатора, соединенного вторым входом через последовательно соединенные первый счетчик импульсов и блок формирования импульсов с выходом датчика положения подвижных катушек, сопряженных с вращающимся объектом, сопряженный с которым блок выделения строб-импульсов подключен выходом к одному из входов первого счетчика импульсов и через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и преобразователь кода в ток к компенсирующим катушкам,, сопряженным с подвижными катушками, а также выходную шину, дополнительно введены первый и второй пиковые детекторы, подключенные первыми входами к выходам коммутатора, одновибратор, подсоединенный входом к выходу второго счетчика импульсов и третьему входу коммутатора и выходом к вторым входам первого и второго пиковых детекторов, умножитель,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соединенный входом с выходом первого пикового детектора, и делитель, подключенный входами к выходам сумматора и умножителя и выходом к выходной шине ,

На, фиГр 1 приведена схема устройства; на фиго2 - схема коммутатора; на фиг. 3 - эпюры напряжений, возникающих на выходах коммутатора.

Устройство содержит термопары 1, расположенные на вращающемся объекте и подключенные к подвижным катушкам 2 бесконтактного токосъемного устройства, выход которого - неподвижная катушка 3 подключена к последовательно соединенным усилителю 4 и коммутатору 5, оба выхода которого подключены к первым входам первого 6 и второго 7 пиковых детекторов.

Блок 8 выделения строб-импульсов выходом подключен к входу второго счетчика 9 импульсов. Выход счетчика 9 паралельио подключен к входу преобразователя 10 кода в ток и к второму управляющему входу коммутатора 5. Компенсирующие катушки 11 со- единены с выходом преобразователя 10 кода в токо Датчик 22 положения подвижных катушек соединен последовательно с блоком 13 формирования и первым счетчиком 14 импульсов, выход которого подключен к первому управляющему входу коммутатора 5„

Одновибратор 15 подсоединен входом к выходу второго счетчика 9 импульсов и третьему входу коммутатора 5, а выходом - к вторым входам пиковых детекторов б и 7, к выходам которых подключены входы сумматора 160 Умножитель 17 соединен входом с выходом детектора 6„ Делитель 18 подключен входами к выходам сумматора 16 и умножителя 17, а выходом - к выходной шине о

Коммутатор 5 собран на микросхеме К561КТЗ (фиге2) и состоит из входного, управляемого первым счетчиком 14, ; ключа 19, инвертора 20 и двух управляемых ключей 21 и 22, управляемых прямым и инверсным сигналом от второго счетчика 9 Временные диаграммы работы коммутатора представлены на фиг о 3 о

С начала первого оборота объекта Tog1 в цикл измерения в момент прохождения i-й подвижной катушки мимо неподвижной на первый управляющий вход коммутатора 5 от счетчика 14 подается управляющий импульс Ј; , на время которого выход усилителя 4 (фиг, 1) соединяется с входом комму-

татора 5 о При этом на управляющем г входе ключа присутствует инверсный сигнал от счетчика 9, что соответствует логической 1, и разрешается прохождение информации на первый входо Во время второго оборота объекта в момент $; разрешается прохождение сигнала с выхода усилителя 4 (фиго 1), на выходе которого присутствует скомпенсированный сигнал, на вход коммутатора, при этом состояние счетчика циклов уже равно логической М1 и, следовательно, разрешено прохождение информации на второй выходо Пиковые детекторы 6 и 7 собраны на операционных усилителях, одно- вибратор 15 на микросхеме К155АТ1, сумматор 16 - на операционном усилителе К140УД7, умножитель 17 на микросхеме 525ПС1, делитель 18 - на микросхеме 525ПС1 и операционном- усилителе„

Блок 8 выделения строб-импульсов представляет собой магнит, расположенный в определенном месте на валу вращающегося объекта, который, проходя мимо катушки, расположенной на неподвижной части, наводит в ней ЭДС Этот сигнал усиливается усилителем и с помощью транзисторного ключа преобразуется в прямоугольный сигнал

Блок 8 выделения строб-импульсов служит началом отсчета для счетчика 14, и каждому каналу измерения соот ветствует свой термоэлектрический преобразователь о

Счетчик 9 импульсов- имеет коэффициент деления 2 и собран на микросхеме К155ИЕ8,, Преобразователь Ю ; кода в ток состоит из источника- постоянного тока и управляемого транзисторного ключа0

t

Датчик 12 положения подвижных / катушек представляет собой расположенные перпендикулярно друг другу фотодиод и светодиод, работающие в инфракрасной области спектра и помещенные в районе неподвижной катушки 3 так, что луч,, испускаемый светодиодом, отражаясь от металли- ческой фольги, наклеенной на каждую подвижную катушку 2 и проходящую мимо неподвижной катушки 3, попадает на фотодиодо В результате появляется сигнал, точно соответствующий момен i

1732190

8

ту прохождения каждой катушки 2 мимо- неподвижной катушки 3,

Форма импульсов, поступающих от

датчика 12 положения подвижных катушек, а также крутизна переднего и заднего фронтов не позволяют осущесч- эить надежную работу счетчика 14. С,этой целью введен блок 13 формирования, формирующий,требуемым образом импульсы от датчика 12 положения подвижных катушеке

Блок 13 формирования представляет собой усилитель с коэффициентом

усиления 100, выход которого подключен к входу логического элемента К155ТБ1, формирующего соответствующим образом сигнал для работы с цифровыми микросхемамио

Счетчик 14 импульсов состоит из пятиразрядного двоичного счетчика, собранного н.а микросхемах К155ИЕ5,4 и логической схемы, собранной на микросхемах К155ЛА30 При появлении

на выходах счетчика кода, соответствующего номеру выбранного канала, на выходе схемы появляется единичный импульсо Его длительность соответствует времени прохождения i-й подвижной катушки мимо неподвижной.

Устройство работает следующим образомо

При вращении объекта в неподвижной катушке 3 индуктивности наводится

последовательность разнополярных

мпульсов, число которых за один обо- , рот равно числу каналов измерения, а размах разнополярных импульсов, число которых за один оборот равно

числу каналов измерения, пропорционален разности ЭДС термопары соответ ствующего канала и ЭДС, наводимой в одной из подвижных катушек 2 полем компенсирующих катушек 11„ Фаза этих

разнополярных импульсов определяется знаком разности ЭДС термопары каждого канала и ЭДС, наводимой полем катушек 11. Величина измеренной ЭДС i-ой термопары 1 определяется зависимостью

«Ч

К{-п«1

к.

(1)

где К

к.

коэффициент пропорциональности,- определяемый параметрами токосъемного устройства;

скорость вращения объекта; величина тока в катушке 11ц1

соответствующая равенству наведенного сигнала UK и измеряемого сигнала ej - ЭДС i-й термопары. При вращении объекта блок 8 выдает один раз за каждый период вращения синхронизирующий строб-импульс, который поступает на вход счетчика 9, имеющего коэффициент деления 2, Та-ь ким образом, каждый второй оборот на выходе счетчика присутствует на« пряжение, соответствующее логической 1 В зависимости от состояния выхода счетчика 9 на выходе преобразователя Ю кода в ток появляется ноль или максимум напряжения и, соответственно, ноль или максимум тока в катушках компенсации Следовательно, поле катуиек 11 будет компенсировать сигнал от термопары в подвижной катушке выбранного 1-го канала через оборот о

По переднему фронту строб-импульса с выхода блока 8 счетчик 14 устанавливается в ноль и начинает счет При появлении на выходе счетчика кода, соответствующего номеру 1-го канала, на выходе логической схемы появляется управляющий сигнал, подаваемый на первый управляющий вход коммутатора 5 и разрешающий прохождение информации с выхода усилителя 4, Длительность этого сигнала Јj соответствует времени прохождения 1-й подвижной катушки мимо неподвижной.

Сигнал с выхода счетчика циклов 9 подается на второй управляющий вход

коммутатора 5. В коммутаторе 5 этот сигнал инвертируется, и в дальнейшем один из его выходов управляется прямым сигналом от счетчика 9, а другой инверсным Вследствие этого на одном из выходов счетчика всегда будет,

присутствовать сигнал от подвижной катушки 1-го канала, не измененный полем компенсационных катушек, а на другом - скомпенсированный (фиг.З Эти оба сигнала запоминаются на входных пиковых детекторах 6 и 7„

Арифметическая обработка сигнала производится следующим образом. При отсутствии тока компенсации на одном из выходов коммутатора 5 присутствует напряжение, величина которого со ответствует выражению (1), в котором п - количество оборотов объекта можно опустить, так как за два оборота она практически не меняется:

10

к:-1

к

При максимуме тока компенсации величина напряжения Uij на другом выходе коммутатора будет:

- откуда

макс

К; - е;,

KJи е;

1/иакс Из выражений (1) и (2) найдем

i k

т . - е 1 1/цаКС

К(

U

+ е;

(2)

IKJ

(3)

Величина IKJ , обработанная в блоках 6,7,15-17, умножается на К,, в результате чего получаем е; - величи5

,Q

0

0

ну температуры 1-го канала,

Примэнение изобретения обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения, присущие компенсационному методу измерения, исключает влияние изменения сопротивлений термопар, сопротивления неподвижных катушек и конструктивных параметров каналов токосъемного устройства на точность измерения температур, а также влияние скорости вращения -объекта на результат измерений, повышает быстродействие Использование устройства для точного измерения 5 температур труднодоступных объектов, вращающихся с высокими скоростями, например авиационных двигателей, позволит получить значительный экономический эффект за счет повышения точности получаемой информации и сокращения на этой .основе дорогостоящих доводочных работ.

Формула изобре .тения

Устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее установленные на вращающемся объекте термоэлектрические преобразова- тели, подключенные к подвижным каS

тушкам индукционного токосъемного устройства, неподвижные выходные катушки которого подключены через усилитель к первому входу коммутатора, соединенного вторым входом через последовательно соединенные первый счетчик импульсов и блок формирования импульсов с выходом датчика положения подвижных катушек, сопряженных

1

с вращающимся объектом, сопряженный с которым блок выделения строб-импульсов подключен выходом к одному из входов первого счетчика импульсов и через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и преобразователь кода в ток к компенсирующим катушкам, сопряженным с подвижными катушками, а также выходную шину, отличающееся тем, что, с целью снижения погрешности измерения температуры и уменьшения времени измерения, в него введены первый и второй пиковые детекторы, подключен12732190

ные первыми входами к выходам комму-. татора, одновибратор, подсоединенныйf входом к выходу второго счетчика, им- - пульсов и третьему входу коммутатору и выходом к вторым входам первого и второго пиковых детекторов, сумматор, подключенный входами к выходам первого и второго пиковых детекторов, IQ умножитель, соединенный входом q выходом первого пикового детектора, и делитель, подключенный входами к выходам сумматора и умножителя и выходом к выходной шине

15

Изобретение относится к температурным измерениямс Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения температуры вращающихся объектов1. Устройство содержит термопары 1, расположенные на вращающемся объекте и подключенные к подвижным катушкам 2 бесконтактного токосъемного устройства, выход которого - неподвижная катуш 4 О9 to 3D

п

1

19

20

D

Я

Выход

-22

дыход

Риг. 2 Vl

ei 4

О

Ui

I IMUKU

О

JoSГоб

Фиг.З