Многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта

 

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, включающее индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства , генератор тестового сигнала, подключенный к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержащее в каждом канале измерения термопару , расположенную на вращающемся объекте, магнитомодуляционный токосъемник , включакяций магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную , модуляционную обмотки, обмотки обратной связи и дополнительной модуляции, а также вращающуюся обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного токосъемника к термопаре , и вторичную аппаратуру, включающую согласующий блок, подключенный к измерительной обмотке, последовательно соединенные режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первьй полосовой фильтр, первый выпрямитель и первый интегратор, подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, нагруженного через регистратор на обмотку обратной связи, второй интегратор, выход которого подсоединен к входу управляемого усилителя, генератор тока основной модуляции, нагруженный на модуляционную обмотку, последовательно соединенные делитель частоты и генератор тока дополнительной модуляции , нагруженный на обмотку дополнительной модуляции, фильтр низких частот, подсоединенный к выходу режекторного фильтра, и второй полосовой фильтр, отличающееся (Л тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования и увеличения чувствительности, во вторичную аппаратуру каждого канала введены третий полосовой фильтр, второй и третий выпрямители, двухвходовый коммутатор ,и сумматор, причем выход фильтра низких частот подсоединен к первому вхо:л ду коммутатора, к второму входу кото14; ел рого подсоединен выход генератора тока; основной модуляции, первый выход мутатора подключен |к входу, второго :л полосового фильтра, второй выход к входу третьего полосового фильтра, а управляющий вход - к выходу делителя частоты, вход второго выпрямителя подключен к выходу второго полосового фильтра, а выход - к первому iвходу сумматора, вход третьего выпрямителя подключен к выходу третьего полосового фильтра, а выход - к второ му входу сумматора, выход которого подсоединен к входу второго интегратора , вход делителя частоты подключен

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 0 (!

4(511 G 01 К 13/08 сз д Е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3570594/24-10 (22) 01.04.83 (46) 07.05.85. Бюл. № 17 (72) В.Б.Малешин, В.Г.Гусев, М.П.Иванов, А.П.Торгашев и Э.М.Елагин (53) 636.532(088.8) (56) 1. Самбурский А.И., Новик В.К.

Бесконтактные измерения параметров вращающихся объектов. M., Машиностроение", 1976, с. 13-77.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке №- 3571030/24-10, ул. G 01 К 13/08, 01.04.83 (прототип). (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩА10ЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, включающее индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, pBBHhM числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, подключенный к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержащее в каждом канале измерения термопару, расположенную на вращающемся объекте, магнитомодуляционный токо— съемник, включающий магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную, модуляционную обмотки, обмотки обратной связи и дополниФ тельной модуляции, а также вращающуюся обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, и вторичную аппаратуру, включающую согласующий блок, подключенный к измерительной обмотке, последовательно соединенные режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первЫй полосовой фильтр, первый выпрямитель и первый интегратор, подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, нагруженного через регистратор на обмотку обратной связи, второй интегратор, выход которого подсоединен к входу управляемого усилителя, генератор тока основной модуляции, нагруженный на модуляционную обмотку, последовательно соединенные делитель частоты и генератор тока дополнительной модуляции„ нагруженный на обмотку дополнительной модуляции, фильтр низких частот, подсоединенный к вьгходу режекторного фильтра, и второй полосовой фильтр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования и увеличения чувствительности, во вторичную аппаратуру каждого канала введены третий полосовой фильтр, второй и третий выпрямители, двухвходовый коммутатор ,и сумматор, причем выход фильтра низких частот подсоединен к первому вхо- ду коммутатора, к второму входу которого подсоединен выход генератора тока основной модуляции, первый выход коммутатора подключен к входу; второго полосового фильтра, второй выход— к входу третьего полосового фильтра, а управляющий вход — к выходу делителя частоты, вход второго выпрямителя подключен к вьгходу второго полосового фильтра, а выход — к первому входу сумматора, вход третьего выпрямителя подключен к выходу третьего полосового фильтра, а выход — к второ. му входу сумматора, выход которого подсоединен к входу второго интегратора, вход делителя частоты подключен

1154555 соедине с фильтра. к выходу генератора тока основной модуляции, а выход согласующего блока

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для бесконтактного измерения температуры вращающихся частей различного теплоэнергетического обору- % дования, Известны устройства, предназначенные для бесконтактного измерения температуры вращающихся объектов, использующие дополнительные активные преоб- 1О разователи, расноложенные на вращающемся объекте Я .

Однако активные элементы (полупроводниковые интегральные. микросхемы, дискретные полупроводниковые элементы имеют ограниченный диапазон рабочих температур, обычно не превышающий

80-120 С.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мно- 20 гоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта, содержащее индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, нагруженный на неподвижную обмотку индуктивного токосъемника и несколько одинаковых каналов преобразования температуры. Кажды@ канал включает магнитомодуляционный 36 токосъемник, состоящий из магнитопровода, вращающейся обмотки, подключенной через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, расположенной З на вращающемся объекте, и неподвижных измерительной, модуляционной обмоток, обмоток обратной связи и дополнительной модуляции. Вторичная аппаратура каждого канала содержит последова- щ тельно соединенные согласующий блок, первый управляемый ключ, режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первый полосовой фильтр, демодулятор, первый интегратор, последовательно 4$ соединенные фильтр низких частот, второй полосовой фильтр, второй управляемый ключ, второй интегратор, входом режекторного

М управляемый усилитель, регистратор, последовательно соединенные генератор тока основной модуляции, умножитель частоты, делитель частоты, генератор тока дополнительной модуляции.

К измерительной обмотке магнитомодуляционного токосъемника подключен согласующий блок, а к обмотке дополнительной модуляции — генератор тока дополнительной модуляции, Первый интегратор подсоединен к управляемому усилителю, фильтр низких частот — к режекторному фильтру, генератор тока основной модуляции— к модуляционной обмотке магнитомодуляционного токосъемника. Между первым управляемым ключом и делителем частоты включен одновибратор, а к второму управляемому ключу подсоединены умножитель и делитель частоты P2).

Недостатком известного устройства является сравнительно большая погреш. ность преобразования. Это вызвано тем, что при смене полярности тока дополнительной модуляции.и наличии постоянного сигнала термопары происходит резкое изменение уровня второй информативной гармоники тока основной модуляции. Высокодобротный полосовой фильтр из-за большой постоянной времени усредняет изменение уровня второй гармоники, вызывая дополнительную погрешность.

Цель изобретения — уменьшение погрешности преобразования и увеличение чувствительности устройства.

Для достижения поставленной цели в мнегоканальном устройстве для измерения температуры вращающегося объекта, включающем индуктивный токосъемник с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, генератор тестового сигнала, под- . ключенный к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержащем в каждом канале измерения термо.пару, расположенную на вращающемся объекте, магнитомодуляционный токо1154555 съемник, включающий магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную, модуляционную обмотки, обмотки обратной связи и дополнительной модуляции, а также вращающуюся обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюся обмотку индуктивного.токосъемника к термопаре, и вторичную аппаратуру, включающую согласующий блок, поды юченный к 10 измерительной обмотке, последовательно соединенные режекторный фильтр, фильтр верхних частот, первьй полосовой фильтр, первый выпрямитель и первый интегратор, подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, нагруженного через регистратор на обмотку обратной связи, второй интегратор, выход которого подсоединен к входу управляемого усилителя, генератор тока основной модуляции, нагруженный на модуляционную обмотку, последовательно соединенные делитель частоты и генератор тока дополнительной модуляции, нагруженныйд на обмотку дополнительной модуляции, фильтр. низких частот, подсоединенный к выходу режекторного фильтра, и второй полосовой фильтр,во вторичную аппаратуру каждого канала. введены третий полосовой фильтр, второй и третий выпрямители, двухвходовой коммутатор и сумматор, причем выход фильтра низких частот подсоединен к первому входу коммутатора, к второ35 му входу которого подсоединен выход генератора тока основной модуляции, первый выход коммутатора подключен к входу второго полосового фильтра,. второй выход — к входу третьего поло. сового фильтра, а управляющий вход— к выходу делителя частоты, вход второго выпрямителя подключен к выхо- ду второго полосового фильтра, а выход — к,первому входу сумматора, вход третьего выпрямителя подключен к выходу третьего полосового фильтра, а выход — к второму входу сумматора, выход которого подсоединен к входу второго интегратора, вход делителя частоты подключен к выходу генератора тока основной модуляции, а выход согласующего блока соединен с входом режекторного фильтра.

На фиг. 1 приведена функциональ- 55 ная схема многоканального устройства для измерения температуры вращающихся объектов; на фиг. 2-3 -диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит магнитомодуляционные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерения температуры вращающегося объекта.

Магнитомодуляционньй токосъемник 1 состоит из магнитопровода 2, вращающейся обмотки 3 и неподвижных измерительной 4, модуляционной 5, дополнительной модуляции 6 и обратной связи 7 обмоток.

Индуктивный токосъемник 8 содержит магнитопровод 9, неподвижную обмотку 10 и ряд вращающихся обмоток

11, число которых равно числу каналов измерения.

Второй индуктивный токосъемник 12 состоит из магнитопровода 13 и двух обмоток — вращающейся 14 и неподвижной 15. К неподвижной обмотке 15 второго индуктивного токосъемника 12 подключено устройство 16 для измерения температуры холодного спая одной из термопар 17, а вращающаяся обмотка

14 подсоединена к тфрморезистору 18, расположенному около холодного спая той же термопары 17.

На вращающемся объекте расположены термопары 17, число которых равно числу каналов устройства, и допол-, нительные резисторы 19, которые обеспечивают определенньй режим работы термопары 17, например режим заданного тока, в случае, если активное . сопротивление вращающихся обмоток 3 и 11 и соединительных проводов мало..

Термопары 17 включены последовательно с соответствующими вращающимися обмотками 11 индуктивного токосъемника 8 и резисторами 19 соединены с вращающимися обмотками 3 соответствующих магнитомодуляционных токосъемников 1. Неподвижная обмотка 10 индуктивного токосъемника 8 соедичена с генератором 20 тестового сигнала, который представляет собой генератор переменного напряжения стабильной частоты (2-3 кГц) и стабильной амплитуды определенной величины, не влияющей на магнитное состояние магнитопроводов 2 магнитомодуляционных токосъемников 1.

Аппаратура обработки измерительного сигнала, одинаковая для каждого канала (на фиг. 1 показан только один канал преобразования), содержит генератор 2 1 тока основной .модуляции

11"4555 стабильной частоты и амплитуды, делитель 22 частоты с коэффициентом деления 8-10, генератор 23 тока дополнительной модуляции, согласующий блок

24, режекторный фильтр 25, фильтр 26 5 верхних частот, первый полосовой фильтр 27, первый выпрямитель 28, первый интегратор 29, управляемый усилитель 30, фильтр 31 низких частот, двухнходовой коммутатор 32, второй 33 10 и третий 34 полосоные фильтры, второй

35 и третий 36 выпрямители, сумматор

37, второй интегратор 38 и регистратор 39.

Измерительная обмотка 4 подключена 1 к входу согласующего блока 24. Последний подсоединен через режекторный фильтр 25, подавляющий первую гармонику тока основной модуляции, к фильтру

26 верхних частот, частота среза которо. 20 го н 2-3 раза меньше частоты тестового сигнала. Далее.к его выходу последовательно подключены первый полосоной фильтр 27, настроенный на частоту тестового сигнала, первый выпрямитель 28, первый интегратор 29, подсоединенный к управляющему входу управляемого усилителя 30. К режекторному фильтру 25 подсоединен фильтр 31 низких частот, частота 30 среза которого н 2-3 раза выше частоты второй гармоники тока основной модуляции. Двухвходоной коммутатор 32, вход которого подсоединен к фильтру

31 низких частот и генератору 21 тока основной модуляции, а два выхода— к второму 33 и третьему 34 полосовым фильтрам соответственно, управляется низкочастотным сигналом частоты тока дополнительной модуляции от делителя 49

22 частоты. Второй 33 и третий 34 полосовые фильтры настроены на частоту второй гармоники частоты тока основной модуляции. К второму полосоному фильтру 33 подсоединен вход 43 второго выпрямителя 35. К выходу третьего полосового фильтра 34 подсоединен третий выпрямитель 36. Выходы второго 35 и третьего 36 выпрямителей подсоединены к входам сумма- $6 тора 37. К выходу сумматора 37 подсоединены второй интегратор 38, управляемый усилитель 30 и регистратор 39 тока, нагруженный на обмотку 7 обратной связи магнитомодуляционного Я токосъемника 1. Выход генератора 21 соединен с модуляционной обмоткой 5 и входом делителя 22 частоты. Выход делителя 22 подключен к входу генератора 23, нагруженного на обмотку 61 дополнительной модуляции.

Устройство работает следующим образом.(при работе одного канала).

Генератор 21 тока основной модуляции создает н модуляционной обмотке 5 магнитомодуляционного токосъемника 1 магнитный поток, достаточный для глубокого насыщения одного из участков магнитопровода 2, В обмотку

6 дополнительной модуляции от генератора 23 тока дополнительной модуляции поступает переменный ток прямоугольной формы с одинаковой длительностью положительного и отрицательного полупериодов. Тестовый сигнал от генератора 20 через первый индуктивный токосъемник 8 подается на вращающийся объект н цепь термопары

17 и проходит через магнитомодуляционный токосъемник 1. В измерительной обмотке 4 наводится сигнал, содержащий сумму ЗДС первой гармоники тока основной модуляции, второй информативной гармоники тока основной модуляции, тестового .сигнала и более высоких гармоник частоты тока основной модуляции (фиг. 2а).

Режекторный фильтр 25 подавляет первую гармонику частоты тока основной модуляции, которая является паразитной трансформаторной ЭДС, наведенной потоками рассеяния тока основной модуляции, и не.несет измерительной информации. Фильтр 26 верхних частот и полосовой фильтр 27 выделяют тестовый сигнал, который после выпрямления первым выпрямителем

28 сглаживается интегратором 29 и поступает на управляющий вход управляемого усилителя 30, изменяя его коэффициент усиления.

Фильтр 31 низких частот отделяет информационный сигнал от тестового сигнала. Коммутатор 32 осуществляет разделение информативного сигнала на два канала преобразования. Первый канал содержит второй полосовой фильтр 33 и второй выпрямитель 35, а второй канал — третий полосовой фильтр 34 и третий выпрямитель 36, Один канал выделяет информацию в положительный полупериод низкочастотного тока дополнительной модуляции, другой — в отрицательный. Кроме того, в те полупериоды низкочастотного тока дополнительной модуляции, в которые

1154555 информативный сигнал в канал не поступает, через коммутатор 32 в канал подается сигнал стабильной амплитуды и частоты от генератора 21 тока основной модуляции. Амплитуда этого сигнала должна равняться среднему значению информативного сигнала второй гармоники тока основной модуляции, На фиг. 2б и 2в соответственно приведены формы напряжений на входах второго 33 Ю и третьего 34 полосовых фильтров. При этом на выходах фильтров 33 и 34 появляются в соответствующие полупериоды затухающие колебания, причем стабильной длительности и амплитуды (фиг, За 1g и Зб), Сигнал на выходе сумматора 37 имеет форму, показанную на фиг. Зв.

При отсутствии постоянного магнитного поля, вызванного сигналом термо0 пары 17, симметрия магнитных потоков, наведенных низкочастотным током дополнительной модуляции, не нарушаются.

Уровни второй гармоники в каждый полупериод низкочастотного тока дополнительной модуляции одинаковы, площади положительной и отрицательной полуволн низкочастотного напряжения тоже одинаковы и на вьмоде второго интегратора 38 имеется нулевой сигнал.

Через регистратор 39 ток по обмотке 7З0 обратной связи магнитомодуляционного токосъемника 1 не протекает.

Появление постоянного сигнала термопары 17 создает в магнитопрово- 35 де 2 магиитомодуляционного токосъемника 1 постоянный магнитный поток, который суммируется в один полупериод с магнитным потоком низкочастотного токадополнительной модуляции 40 и вычитается в другой. Это вызовет соответственно увеличение уровня второй гармоники в один полупериод низкочастотного тока дополнительной модуляции и у е ьшение в другой. 4>

На выходе сумматора 37 площади положительного и отрицательного полупери. одов сигнала становятся разными, Второй интегратор 38 выделяет постоянную составляющую этого напряжения, пропорциональную 3gC термопары 17.

Управляемыи усилитель 30 преобразует напряжение на выходе второго интегратора 38 в ток, который через регистратор 39 поступает в обмотку 7 обрат- ной связи магнитомодуляционного токосъемника 1, компенсируя магнитный лоток, созданный током термопары 17.

Окончательно определение темперагуры вращающегося объекта в месте закладки термопары 17 производится

= учетом значения температуры холодного спая. Это значение определяется с помощью терморезистора 18, индук-:. тивного токосъемника 12 и блока 16 измерения температуры холодного спая.

Изменение коэффициента преобразования магнитомодуляционного токосъемника 1 при изменении температуры окружающей среды, приводящем к изменению магнитных свойств материала ..л магнитопровода, воздушных зазоров и т.п., компенсируется с помощью цепи преобразования тестового сигнала, включающей блоки 24-30. При этом изменения уровня огибающей тестового сигнала на выходе первого интегратора 29 с обратным знаком подаются на управляющий вход управляемого усилителя 30, изменяя его коэффициент усиления таким образом, чтобы коэффициент передачи тракта, включающе го ма гнитомодуляционный токосъемник 1, линию связи, блоки 24, 25, 31, 32, 33 и 34, 35 и 36, 37, 38 и 30, оставался постоянным. Тем самым в получающейся компенсационной схеме исключается влияние мультипликативных составляющих погрешности преобразования.

Адцитивная составляющая погрешности преобразования магнитомодуляционного токосъемника 1 устраняется с помощью метода преобразования, включающего дополнительную модуляцию.

При этом используется симметрия кривой намагничивания магнитопровода 2 магнитомодуляционного токосъемника 1, что обеспечивает одинаковое изменение площадей отрицательной и положительной полуволн низкочастотного напряже» ния дополнительной модуляции на выходе выпрямителей 35 и 36 при изменении магнитных свойств магнитопрЬвода„ вызванных колебаниями температуры.

Несмотря на то, что площади полуволя

-меняются, разность их при изменении параметров окружающей среды остается постоянной °

Отсутствие в предлагаемом устройстве по сравнению с известным управляемых ключей, выражающих переходный процесс после согласующего блока, позволяет увеличить количество информации в каждый полупериод тока допол10 е лагаемого устройства также уменьшена,— путем введения двух каналов преобразования.

9 1154555 йительной модуляции и тем самым увеличить чувствительность устройства, Р

Погрешность преобразования у пред1154555

Составитель В. Журавлев

Редактор А. Козориз Техред С.Легеза Корректор Е Снрохман

Заказ 2704/36 Тираж 897 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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