Многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта Советский патент 1981 года по МПК G01K13/08 

(54)МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА

I

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для многоканального измерения температуры вращающегося обг.екта.

По основному авт. св. № 787913 известно устройство для многоканального измерения температуры вращающегося объекта, каждый канал которого содержиу термопару, расположенную на вращающем ся объекте, индуктивный токосъемник, включающий в себя неподвиж 1О расположенную измерительную обмотку, обмотку, соединенную с генератором переменного тока, вращающуюся обмотку, соединенную с термопарой, согласующий блок, выход которого через режекторный фильтр соединен с входом управляемого усилителя, последовательно соединенные фильтр низких частот, полосовой фильтр удвоенной частоты модуляции, выпрямитель и интегратор, последовательно соединенные фильтр верхних частот, полосовой фильтр подстроечной частоты, демодулятор и второй интегратор, вращающийся трансформатор с

числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, каждая из которых включена последовательно с термопарой и вращающейся обмоткой индуктивного . (магнитомодуляционного) токосъемника, генератор сигнала подстройки, соединен ный с неподвижной обмоткой вращающегося трансформатора, в котором выход измерительной обмотки соединен с входом согласующего блока, выходы управляемого усилителя соединены соответственно с входами фильтров верхних и низких частот, а выходы первого и второго интеграторов соединены соответственно с входом регистратора и управляющим входом усилителя.

В этом устройстве передача медленно изменяющегося сигнала термопар с вращающегося объекта осуществляйся с помощью индуктивных магнитомодуляционных токосъемников.

Недостатком устройства является то, что на точность измерения температуры вращающегося объекта однозначно влияют изменения коэффициентов преобразования элементов цепей преобразования измерительных сигналов при изменении температуры и с течением времени. Делью изобретения является повышение точности измерения температуры вращающегося объекта. Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство в каждый канал введен усилитель мощности, а в 1саждый индуктивный токосъемник - неподвижно расположенная дополнительная обмотка Взюд усилителя мощности соединен с выходом первого интегратора, а выход - с последовательно включенными дополнитель ной обмоткой и регистратором, .На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит магнитомодуля- ционные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерения температу ры вращающегося объекта, вращающийся трансформатор - индуктивный токосъемник 2 для передачи сигнала подстройки и индуктивньхй токосъемник 3 ддя измерения температуры холодного спая термо|Пары, Магнитомодуляционный токосъемник 1 состоит из магнитопровода 4, вращающей-. ся сигнальной обмотки 5, модуляционной обмотки 6, неподвижной обмотки7 и дополнительной неподвижной обмотки 8 Индуктивный токосъемник 2 включает неподвижный магнитопровоД 9, неподвижную обмотку 1О и ряд вращающихся идентичных обмоток 11, число которых равно числу вращающихся термопар. Индуктивный токосъемник 3 состоит из магнитопровода 12, вращающейся 13 и неподвижной 14 обмоток. Все токосъемники конструктивно могут быть выполнены на одном валу и от деляться один от другого магнитными экранами или могут быть выполнены в виде отдельных блоков, валы которых могут стыковаться между собой муфтами, Вращающиеся термопары 15 через вра . щающиеся обмотки токосъемника 2 подключены, к вращающимся сигнальным обмоткам 5 соответствующих токосъемников 1. При необходимости создания определен ного режима работы термопар 15 {например, режима заданного тока) во вращающиеся цепи могут быть включены резисторы 16. На холодном спае одной из термопар 15 расположен терморезистор 17, подкгао ченмый к вращающейся обмотКе индуктивного токосъемника 3, Неподвижная измерительная аппаратура включает источник сигнала подстройки 18, подключенный к неподвижной обмотке 10 токосъемника 2, схему измерения температуры холодного спая 19, подключенную к неподвижной обмотке 14 токосъемника 3, источники модулирующего тока 20, подключённые к обмоткам-мо дупяции 6 токосъемников 1, согласующие устройства 21, подключенные к неподвижным измерительным обмоткам 7 токосъемников 1, режекторные фильтры 22, подключенные к выходам согласующих устройств 21, управляемые усилители мощности 23, подключенные к выходу фильтров 22, цепи преобразования сигнала подстройки, включающие последовательно включенные фильтры низких частот 24, полосовые фильтры 25 настроенные на удвоенную частоту тока модуляции источ-НИКОВ 20, выпрямители 26, интеграторы 27, усилители мощности 28, выходы которых соединены с последовательно включенными дополнительными обмотками 8 и регистраторами 29, цепи преобразования сигнала подстройки, включающие последовательно соединенные фильтры высших частот 3 О, полосовые фильтры 3 1, настроенные на частоту сигнала подстройки источника 18, демодуляторы 32 и интеграторы 33, выходы которых подключены к управляющим входам усилителей 23, Источник сигнала подстройки 18 выполнен в виде источника переменного напряжения стабильной частоты и амплитуды, причем частота сигнала подстройки . должна отличаться от ближайшей из частот источника модулирующего тока 20 не менее, чем в 1О раз, что необходимо для их уверенного разделения. Амплитуда сигнала подстройки должна быть достаточно малой, чтобы не изменить магнитное состояние магнитопроводов токосъемников 1, С целью уменьшения взаимного влияния каналов источники модулирующего тока имеют различные частоты, а режекторный 4ильтр и полосовой фильтр в цепи преобразования измерительного сигнала каждого канала настроены соответственно на первую и вторую гармоники тока модул ции соответствующего источника. Настройка каждого источника модулирующего тсжа и аппаратуры в цепи преобразования полезного сигнала каждого канала на свои частоты позволяет уменьшить взаимное влияние магнитомодуляционных токосъемников друг на друга и тем самым уменьшить погрешности преобразования. Устройство (один канал) работает сле дующим образом. При отсутствии разницы температур между рабочим и холодным спаями вра- Шйющейся термопары 15 она не развивает термо-ЭДС. Сигнал подстройки источника 18 передается с помощью второго токосъемника 2 во вращающую цепь. В не подвижной измерительной обмотке 7 токосъемника 1 наводится напряжение, состоящее из сигнала подстройки и четных и нечетных гармоник тока модуляции источника 20. Этот сложный сигнал проходит согласующее устройство 21, режекторный фильтр 22, который подавляет первую гармонику тока модуляции источника 20 и пропускает остальные гармоники без изменений, и поступает на вход усилителя 23. Далее цепь преобразования полезного .сигнала (фильтр низких частот 24, полосовой фильтр 25, выпрямитель 26, интегратор 27 и усилитель 28) выделяет сигнал второй гармоники тока модуляции источника 20, выпрямляет, сглаживает и усиливает его. Перед началом измерений при установленной амплитуде модулирующего тока источника 2О у интегратора 27 выходной сигнал устанавливается рав ным нулю. Поэтому вторая гармоника тока модуляции, появляющаяся в обмотке 7 токосъемника 1 из-оа нелинейных свойств материала магнитопровода не Ызюывает протекания тока в обмотке 8 токосъемника 1. Одновременно фильтр высших частот ЗО, активный полосовой фильтр 31, демодулятор 32 и интегратор 33 выделяют модулированный по амплитуде второй гармоникой тока модуляции сигнал подстройки и преобразует его в сигнал управления коэффициентом усиления усилителя 23. При постоянстве коэффициента преобразования цепи, включающей токосъемник 1, линию связи, согласующее устройство 21 фильтр 22 и усилитель 23, коэф(| 1циент усиления последнего остается неизменным С помощью терморезистора 17, токосъемника 3 и схемы 19 производится непрерывное измерение температуры холодного спая термопары 15. Поскольку все холодные спаи термопар 15 при своем вращении проходят одни и те же точки пространства, контроль температуры холодногоспая одной из них позволяет судить о темпеоатуое холодных спаев og- 8 36 тальных термопар 15, так как эти температуры равны между собой. При появлении разницы температур между рабочим и холодным спаями термопары 15 по вращающимся цепям, включающим вращающиеся обмотки 11 токосъемника 2 и обмотки 5 токосъемника 1, протекает постоянный ток, однозначно соответствующий величине ЭДС, развиваемся термопар 15. Согласно принципу работы магнитомодуляционных токосъемников это приводит к изменению (увеличению) уровня второй гармоники тока модуляции источника 20 в обмотке 7 токосъемника 1, Этот сигнал поступает через согласующее устройство 21, режекторный фильтр 22, подавляющий первую гармонику тока модуляции, на вход усилителя 23. С одного из его вьгходов усиленный сигнал, представляющий собой сумму второй гармоники тока модуляции источника 2О и сигнала подстройки, постурает на вход цепи преобразования измерительного .сигнала. Фильтр низких частот 24 и полосовой фильтр 25 выделяет вторую гармонику тока модуляции. После выпрямления выпрямителем 26 и сглаживания интегратором 27 усиленный усилителем 28 сигнал постоянного тока, пропорциональный амплитуде второй гармоники тока модуляции, протекает по неподвижной обмотке 8 токосъемника 1. Этот ток создает маК нитный. поток, направленный встречно магнитному потоку, создаваемому вращающейся обмоткой, и компенсирует его. Величина этого тока или падение напряжения на резиоторе, включенном последовательно с обмоткой 8, однозначно соответствующая входному сигналу (ЭДС термопары 15) регистрируется регистратором 29. Одновременно с другого выхода усилителя 23 сигнал поступает на вход цепи преобразования сигнала подстройки. Фильтры 30 и 31 выделяет модулированный сигнал подстройки, огибающая которого вьщеляется демодулятором 32, сглаживается интегратором 33 и подается на управляющий вход усилителя 23. При изменениях коэффициентов преобразования токосъемника 2 или токосъемника 1 при изменениях температуры, вызывающих изменение магнитных свойств материалов магнитопроводов 9 и 4, при смещениях вращающейся части относительно неподвижных частей токосъемного узла или из-за старения материатю магнитапр водов с течением времени происходит соответствующее изменение уровня огибающей сигнала подстройки на выходе интегрен торов. 33 каждого канала измерения. Эти изменения с обратным знаком подаются на управляющий вход усилителей 23, изменяя их коэффициенты усиления таким образЬм, что коэффициенты передачи трактов каждого канала, включающего токосьемник 1, линию связи, согласующий бло 21, режекторный фильтр 22 и усили-Гель 23, остаются постоянными. Тем самым образуется замкнутая компенсационная схема, поддерживающая коэффициент передачи этого тракта постоянным независимо от температурных и временных изменений коэффициентов преобразования токосъемников 1. Кроме того, токосъемник 1, согласующий блок 21, режекторный фильтр 22, усилитель 23i и цепь преобразования измерительного сигнала, включающая фильтр низких частот 24, полосовой фильтр 25, выпрямитель 26, интегратор 27 и усилитель 28, также образуют замкнутую компенсационную схему преобразования (статического уравновешивания). Это позволяет исключить влияние погрешности преобразования цепи преобразования измеритель ного сигнала на результат измерения и тем самым повысить точность измерения температуры вращающегося объекта по сравнению с прототипом.. Окончательное определение температуры вращающегося объекта производится с учетом значений температуры холодных спаев термопар 15, определяемой с помощью терморезистора 17, токосъемника 3 и схемы 19. Как и в прототипе выходной сигнал моет сниматься на других частотах, наприер на частоте тока модуляции источника 0, на третьей или других гармониках. В том случае соответствующие частотно-«эирательные элементы устройства должны астраиваться на соответствующие часоты. Использование устройства позволяет меньшить погрешность измерения темпеа17ры по сравнению с прототипом, что позволит получить существенную экономию за счет оптимизации режимов работы вращающихся объектов, например вращающихся печей, роторов паровых турбин и т.п. Формула изобретения Многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта по авт.. св. № 787913, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в каждый канал впедон усилитель мощности, а в индуктивный токосъемник-неподвижно расположенная дополнительная обмотка, причем вход усилителя мощности соединен с выходом первого интегратора, а выход - с последовательно включенными дополнительной обмоткой и регистратором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 787913, кл. Q 01 К 13/08, 11.12.78 (прсуготип).