Устройство для измерения температуры

 

СОЮЭ СОВЕТСНИХ соц влистических

РЕспублик (19) (11) 4 (51) G 01 K 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ARTOPCtCMV CINAETFJlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫЛИ (21) 3611580/24-10 (22) 29.06.83 (46) 23.01.85. Вюл. 9 3 (72) Ю.М.Русев, В.A.Ñåìeðàí, М.К.Гизатулин и И.М.Макухо (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (53) 536.53(088.8) (56) l,Авторское свидетельство СССР

9 63412li кл. G 01 К 7/14,1977.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 773454, кл. G 01 К 7/14, 1979 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕИПЕРАТУРЙ, содержащее последовательно включенные термопреобразователь и усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора,второй вход которого подключен к выходу блока умножения, первый дифферен»: цирующий усилитель, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения и деления и через второй дифференцирующий усилитель подключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с вторым вхо-. дом блока умножения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены пороговая схема и перестраиваемый фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом усилителя, выход подключен к входу первого днфференцирующего усиФ лителя, а управляющий вход подклю- Е чен к выходу пороговой схемы, вход которой соединен с выходом первого дифференцирующего усилителя.

1136033

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для измерения температур, например, в системах контроля и регулирования температуры газового патока газотурбинного двигателя (ГТД). 5

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с предварительным усилителем, выход которого соединен с первым входом сумматора, входом 10 избирательного усилителя и через дифференциатор с входом делителя,выход которого подключен к второму входу сумматора, выпрямитель, вход которого соединен с выходом избиратель †(5 ного усилителя, а выход подключен к управляющему входу делителя fl) .

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная его низкой помехоустойчивостью при наличии помех в широком диапазоне частот, что характерно для температуры газового потока гаэотурбчнного двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее последовательно включенные термопреобразователь и усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока умно ения, первый дифференцирующий усилитель, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения и деления и через второй дифференцирующий усилитель подключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, при этом выход усилителя соединен с входом первого 40 дифференцирующего усилителя (2) .

Недостатком известного устройства также является низкая точность измерения температуры, обусловленная его низкой помехоустойчивостью, что в данном случае усугубляется наличием двух дифференцирующих усилителей, усиливающих влияние помех, .расположенных за пределами спектра полезного сигнала.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры при наличии помех.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее последовательно включеннь|е термопреобраза-ватель и усилитель, выход которого соединен с первьм входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока умножения, первый диф- 60 ференцирующий усилитель, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения и деления и через второй дифференцирующий усилитель .11 дключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с вторым входом блока умножения,введены пороговая схема и перестраиваемый фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом усилителя, выход подключен к входу первого дифференцирующего усилителя, а управляющий вход подключен к выходу пороговой схемы, вход которой соединен с выходом первого дифференцирующего усилителя.

На фиг.1 приведена функиональная схема устройства," на фиг,2 - пример реализации фильтра нижних частот. устройство сбдержит термопреобразователь 1, усилитель 2,перестраиваемый фильтр 3 нижних частот, пороговую схему 4, первый дифференцирующий усилитель 5, второй дифференцирующий усилитель 6, блок 7 деления, блок 8 умножения и сумматор 9, выход которого является выходом устройства.

При работе газотурбинного двигателя возможны два режима изменения температуры его газового потока: режим сравнительно медленного изменения температуры (например, установившийся режим), когда скорость изменения температуры газового потодТг

dt

П, Pr) — (о,< -. О,г1 — с« 4 о» и переходнбй режим, для которого характерно быстрое изменение температуры газового потока (например, в режиме разгона или дросселирования

ГТД), когда

Наличие двух режимов изменения температуры именно и обуславливает применение в устройстве перестраиваемого фильтра нижних частот. Подавление помех тем эффективнее, чем выше порядок используеМого фильт. ра, т.е, чем выше порядок многочлена в выражении для передаточной функции К(Р)фильтра, которая может быть представлена в виде (3) где И вЂ” номинальный коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания; порядок фильтра; комплексная переменная; коэффициенты многочлена.

Однако фильтр высокого порядка вносит большое запаздывание (динамическую ошибку) при быстроменяю25

Фильтры 10 и 11 нижних частот 60 могут быть выполнены на основе операционных усилителей по стандартным схемам. Фильтр 10 должен быть первого порядка, а фильтр 11 должен быть первого дли эторого порядка.

Шихся процессах, что, в частности, отрицательно сказывается на качестве( процессов регулирования температуры газового потока в системах автоматического регулирования ГТД.

Поэтому в режиме быстрого изменения температуры требуется использовать фильтр низкого порядка, вносящий наименьшее запаздывание в сигнал термопреобразователя. В режиме сравнительно медленного изменения темпе- 10 ратуры, когда динамическая ошибка, обусловленная запаздыванием, вносимым фильтром, мала по сравнению с ошибкой, обусловленной влиянием помех, используется фильтр высокого 15 порядка °

Для эффективного подавления помех перестраиваемый фильтр нижних частот должен отвечать следующим требованиям. При быстром изменении 20 температуры, его порядок должен быть минимальным, например, он должен быть первого или второго порядка. Это ограничение вызвано тем, что он не должен вносить большие фазовые и амплитудные искажения в полезный сигнал, так как это отрицательно сказывается на качестве процессов регулирования температуры.

При медленном изменении температуры, когда динамическая ошибка. обусловленная фазовыми и амплитуц-,. ными искажениями, вносимыми фильтром, мала по сравнению с ошибкой, обусловленной влиянием помех, необходимо испольэовать фильтр нижних частот третьего-четвертого порядка, что повышает эффективность подавления помех. Дальнейшее повышение порядка фильтра приведет х существенным искажениям полезного сигнала. 40

На фиг.2 дан пример .реализации перестраиэае лого фильтра нижних частот. Он состоит из перэого фильтра

10 нижних частот, второго фильтра

11 нижних частот и дэухпозиционного переключателя 12, причем вход первого фильтра нижних частот соединен с входом перестраиэаемого фильтра нижних частот, а выхода — с первым входом двухпозиционного переключателя 12 и входом второго фильтра

11 нижних частот, выход которого соединен с вторым входом двухпозици= онного переключателя 12, третий вход которого соединен с управляющим входом перестраиэае лого фильтра нижних частот, а выход — с выходом перестраиваемого фильтра нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

При скачкообразном изменении температуры контролируемого объекта на выходе термопреобразователя 1, являющегося инерционным звеном первого порядка, по истечении времени появляется сигнал

Е,-, (p+ a7(<-е ")) (4) где Е< — выходной сигнал термопреобразователя; начальное значение температуры; коэффициент передачи термопреобразователя;

4Т вЂ” скачок температуры; л постоянная времени термопреобразователя.

Напряжение с выхода усилителя 2 поступает на первый вход сумматора и через перестраиваемый фильтр 3 нижних частот — на вход дифференцирующего усилителя 5. Выходной сигнал дифференцирующего усилителя

5 в блоке 7 деления делится на выходной сигнал дифференцирующего усилителя б, в результате чего на входе блока 7 формируется сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреобразователя.

В блоке 8 умножения сигналы с выхода блока 7 деления и дифференцирующего усилителя 5 перемножаются,. а результирующий сигнал поступает на второй вход сумматора 9 с противоположным знаком. При зтам на выходе сумматора формируется сигнал, в котором отсутствует динамическая ошибка, обусловленная инерционностью термопреобразователя, т.е. выходной сигнал устройства пропорционален величине а1

Величина порога срабатывания 0д порогGBGA схемы 4 выбирается такой, чтобы при медленном изменении температуры величина сигнала на выходе дифференцирующего усилителя 5 была, меньше значения 0О, а при быстром больше 0, При быстром изменении температуры работает первый фильтр 10 нижних частот. При сравнительна медленном ее изменении работают одновременно последовательно соединенные первый и второй фильтры 10 и 11 нижних частот, образуя фильтр более высокого порядка, чем каждый из фильтров

10 и 11. Подключение выхода одного из фильтров нижних частот 10 и ll к выходу перестраиваемого фильтра 3 осуществляется двухпозиционным переключателем 12 по сигналу с пороговой схемы 4.

Наличие в устройстве новых элементов: (перестраиваемого фильтра ниж1136033

Составитель В.Куликов

Редактор Е.ЛУШникова Техред Т;.Маточка Корректор О.Тигор

Заказ 10275/30 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 них частот с пороговой схемой) позволяет значительно снизить влияние помех на результат измерения, т.е. повысить точность измерения температуры газового потока, а следовательно улучшить процесс управления расходом топлива в газотурбинном двигателе, что ведет к зкономии топлива.