Самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся температур

 

САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БЫСТ ОИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ТЕМПЕРАТУР, содержащее термопреобразователь , первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом первого дифференциатора , блок сравнения, входы которого соединены соответственно с выходами первого сумматора и блока косвенного определения температуры, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерений, в него введены второй сумматор, фильтр, второй блок умножения, интегрирукиций усилитель и второй дифференциатор, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход подключен к первому входу второго блока JTMHO- жения, второй вход которого соединен (Л с выходом первого дифференциатора, а выход через интегрирующий усилитель подключен к второму входу первого блока умножения, выход второго дифференциатора через фильтр соединен с первым входом второго сумматора|, второй вход которого подключен к выходу термопреобразователя, а выход ND к второму входу первого сумматора. ;о 1

a9l 01) СОЮЗ СОВЕТСКИХ нн

РЕСПУБЛИК

А з(я) С 01 К 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

1 т

1 т

1 н свтотсновв свндвтвнвствт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧЙРЫТИЙ (21) 3507930/24-10 (22) 04. 11.82 (46) 07 11.84. Бюл. Ф 41 (72) А.В. Кудрявцев, Ф.А. Шаймарданов, А.И. Фрид и И.Д. Рыжов (53) 536.53(088.8) (Se) 1. Шукшунов В.Е. Корректирующие звенья в устройствах измерения не!

1 стационарных температур. М., Энергия", 1970, с. 97, рис. 62.

2. Кудрявцев А.В., Петунин В.И., Шаймарданов Ф.А. О повышении динамической точности определения температуры газов за турбиной газотурбинного двигателя ° — Тезисы докл. Всесоюзной научи. конференции "Методы и средства машинной диагностики гаэотурбин11 ных двигателей и их элементов., т.2, Харьков, ХАИ, 1980, с. 50 (прототип). (54) (57) САМОНАСТРАИВАЮШЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БЫСТ. ОИЗМЕНЯКМЦИХСЯ ТЕМПЕРАТУР, содержащее термопреобраэователь, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, а выход подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом первого дифференциатора, блок сравнения, входы которого соединены соответственно с выходами первого сумматора и блока косвенного определения температуры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй сумматор, фильтр, второй блок умножения, интегрирующий усилитель и второй дифференциатор, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход подключен к первому входу второго блока умно- 9 кения, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, а выход через интегрирующий усилитель подключен к второму входу первого блока умножения, выход второго дифференциатора через фильтр соединен с первым входом второго сумматора второй вход которого подключен к выходу термопреобраэователя, а выход к второму входу первого сумматора.

1 11229

Изобретение относится к измерению быстроменяющихся температур и может быть использовано, в частности при измерении температуры газов газотурбинного двигателя (ГТД).

Известно самонастраивающееся устройство для измерения температуры, содержащее основной и вспомогательные термопреобразователи, подключенные соответственно к осйовному и вспома- 1О гательному корректирующим звеньям, блок сравнения, входы которого соединены с выходом основного термопреобразователя и выходом вспомогательного корректирующего звена, а выход подключен к исполнительному органу, выходы которого подключены к управляющим входам корректирующих звеньев (1).

Недостатками этого устройства являются низкая динамическая точность и плохая помехозащищенность 0Т помех,действующих в канале связи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является само- 25 настраивающееся устройство для измерения быстроменяющихся температур, содержащее термопреобраэователь, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого диф- ференциатора, а выл<од подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом первого дифференциатора, блок сравнения, входы которого соответственно соединены с выходами первого

35 сумматора и блока косвенного определе. ния температуры. В этом устройстве самонастройка осуществляется по сигна" лу с выхода устройства и сигналу от блока косвенного опрецеления температуры f2) .

Однако известное устройство не обладает высокой точностью из-за непостоянства переходных процессов под45 стройки постоянной времени корректирующего звена при различных начальных условиях. Кроме того, устройство обладает низкой помехозащищенностью, что также снижает точность измерения

50 температуры.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в самонастраивающееся устройство 55 для измерения быстроиэменяющихся температур, содержащее термопреобразовател."-,. первый блок умножения, первый вход которого соединен с вьгходом первого дифференциатора, а выход подключен. к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом первого дифференциатора, блок сравнения, входы которого соединены соответственно с выходами первого сумматора и блока косвенного определения температуры, введены второй сумматор, фильтр, второй блок умножения, интегрирующий усилитель и второй дифференциатор, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход поцключен к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен .с выходом первого дифференциатора, а выход через интегрирующий усилитель подключен к второму входу первого блока умножения, выход второго дифференциатора через фильтр соединен с первым входом второго сумматора, вто

1 рой вход которого подключен к выходу термопреобраэователя, а выход — к второму входу первого сумматора.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит термопреобраэователь 1, первый дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, первый сумматор 4, блок 5 сравнения, интегрирующий усилитель б,блок 7 косвенного оп ределения температуры, фильтр 8, ВторОи сумматор 9. второй дифференциатор 10 и второй блок 11 умножения.

Блок 7 косвенного определения температуры определяет температуру косвенным образом через другие параметры, например, за счет исгольэования практически беэинерционных датчиков частот вращения роторов и их ускорений. В качестве него также может быть использован термопреобразователь с высоким быстродействием и низкой статической точностью, например струйный датчик температуры.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Передаточная функция термопреобраэователя может быть представлена в виде где Т - постоянная времени термопреобразователя, Передаточная функция корректирующего звена, образованного сумматором (2) Х =Х+

Ц где

3 1122

4, дифференциатором 2 и блоком 3 умножения, имеет вид

5 где Т постоянная времени корректи рующего звена.

В процессе работы устройства величина Т должна изменяться таким образом, чтобы компенсировать изменение fp постоянной времени термопреобразователя.

Как показывают расчеты, закон изменения Т может быть описан выраК жением 15

= XЕ 1 (3) о где Ъ - постоянное число, большее единицы;

Х вЂ” производная по времени сигТ нала Х на выходе термопрет образователя;

E — производная величины Я

= X -Х, где Х вЂ” значение и 25 сигнала вырабатываемого блоком косвенного определения температуры.

В выражении для Т> отсутствует член с Я, что исключает влияние статической точности блока косвенного определения температуры на точность коррекции постоянной времени термопреобразователя и повышает динамическую точность измерения.

Помехозащищенность измерения от

35 помех, действующих в канале связи с термопреобразователем, достигается за счет введения второго сумматора

9 и фильтра 8 с соответствующими свя4Q зями.

Как показывают простые расчеты, в случае окончания процесса подстройки постоянной времени сигнал на выходе устройства Х4 (пропорциональный

45 измеряемой температуре) будет связан с входным сигналом Х (пропорциональным истинной температуре) выражением

Т: Р+1

Ц (4)

1+РИ (Т . Р+1) 7 50 сигнал помехи, действующей на линии связи; передаточная функция фильтра.

904 4

Иэ выражения (4) видно, что сигнал истинной температуры проходит на выход устройства без изменения, а сигнал помехи фильтруется.

В общем случае фильтр должен иметь передаточную функцию фида

О 1 ° ° ° а, Р +а, Р +...+1

Ьо Р"+Ь„Р +. ° .+1 где К, а;, Ь; (i = 0,1...,п) — постоянные коэффициенты.

В частном случае фильтр имеет передаточную функцию вида W =

10(Р+1)/(0,1Р+1) и может быть реализован на обычном операционном усилителе.

Устройство работает следующим образом,, Блок сравнения по сигналам с выхода блока 7 косвенного определения температуры Х< и выхода сумматора 4, который является одновременно и выходом устройства, формирует сигнал рассогласования f = X -Хц. После дифференцирования во втором дифференциаторе 10 сигнал Я умножается в блоке 11 на сигнал Х, поступающий с выхода дифференциатора 2, и далее поступает на вход интегрирующего усилителя 6 с коэффициентом усиления

С выхода усилителя б сигнал Т1,, пропорциональный величине (3), подается на вход блока 3 умножения, при этом постоянная времени корректирующего звена устанавливается равной постоянной времени термопреобразователя.

Выходной сигнал Х формируется сумматором 4 по сигналам с выхода первого блока 3 умножения и с выхода второго сумматора 9.

По сравнению с известным, преимущество описываемого устройства заключается в том, что повышается динамическая точность измерения температуры и помехозащищенность измерения.

Так, при использовании устройства для измерения газов ГТД в системе автоматического регулирования заброс по температуре уменьшается более чем в

3 раза, что позволяет более точно вы-. бирать режим работы ГТД.,1122904

Составитель В. Куликов

Редактор Л. Лосева ТехредИ.Гергель Корректор А. Зииокосов

Заказ 8127/33 Тирак 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмгий

113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5 а

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, .ул. Проектная, 4