Способ обнаружения обледенения поверхности и устройство для предупреждения об образовании льда

 

Изобретение касается обнаружения образования льда Целью изобретения является повышение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности Устройство для предупреждения об образова НИИ льда содержит диафрагму 2, которая отрегулирована на одну из своих резонансных частот с помощью пьезоУ 7 8 электрического преобразователя 3оДиафрагма 2 термически связана с металлической пластинкой 4, которая поочередно охлаждается н нагревается соответственно ниже и выше температуры окружающей среды с помощью элементов Пельтье 8, которые соединены с генератором 1 1 постоянного тока. Блок управления 12 измеряет изменение резонансной частоты, которое вызывается образованием и отложением льда на диафрагме 2 в течение периодов охлаждения или нагревания, и формирует сигнал тревоги каждый раз, когда изменение в этйй частоте достигает и/или превышает заранее установленную величину. Блок управления 12 также регулирует длительность, величину и направление тока от генератора 11 постоянного тока в зависимости от температуры окружающей среды и температуры самой диафрагмы 2 2с. - 2 ЗоП. ф-лы, 3 ило (Л сд tc ic ср й 5 см //

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

„„Я0„„ 521294 (51)4 G 08 В 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

tlQ ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

E N.. и ЬМЯ

t з .= .А

ОПИСДНКЕ ИЭОБРЕТЕНИН

К flATEHTY

Ти (21) 3976888/24-24 (22) 25.11.85 (46) 07.11.89.Бюл. Ф 41 (71) Вибро-Метер, С.A.(ÑÍ) (72) Мартин Люстенбергер (СН) (53) 654.9 (088.8) (56) Заявка Англии Ф 1562488, кл. G 08 В 19/02, опублик. 1980, Патент США Р 3240054, кл. 73-67.1, опублик. 1966.

1 (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЛЬДА (57) Изобретение касается обнаружения образования льда. Целью изобретения является повьппение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности. Устройство для предупреждения об образовании льда содержит диафрагму 2, которая отрегулирована на одну из своих резонансных частот с помощью пьезо2 электрического преобразователя З.Диафрагма 2 термически связана с металлической пластинкой 4, которая поочередно охлаждается и нагревается соот- ветственно ниже и вьппе температуры окружающей среды с помощью элементов

Пельтье 8, которые соединены с генератором 11 постоянного тока, Блок управления 12 измеряет изменение резонансной частоты, которое вызывается образованием и отложением льда на диафрагме 2 в течение периодов охлаждения или нагревания, и формирует сигнал тревоги каждый раз, когда изменение в этой частоте достигает и/или превьппает заранее установленную величину, Блок управления l2 также регулирует длительность, величину и направление тока от генератора 11 постоянного тока в зависимости от температуры окружающей среды и температуры самой диафрагмы 2. 2 с, 2 з,п. ф-лы, 3 ил.

1521294

Изобретение касается обнаружения образования льда.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности получения предупреждающей информации.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг. 2 и 3-датчик устройств а, в арианты, Устройство (фиг.1) содержит датчик 1, который содержит чувствительный элемент в виде диафрагмы 2,пьезоэлектрический преобразователь 3, металлическую пластинку 4, изолирующие кольца 5 и 6, ребристый тепловод 7, элементы 8 Пельтье. Устройство также содержит автогенератор 9, проводы 10, с помощью которых осуществляется соединение диафрагмы 2 и пьезоэлектрического преобразбвателя 3 с автогенератором 9, которые образуют блок возбуждения колебаний (не показан). Устройство содержит 25 также генератор 11 постоянного тока, который вместе с элементами 8 Пельтье образует регулятор температуры (не показан), блок 12 управления, который может быть выполнен, например, на микропроцессоре фирмы AWJDS (DWG, Ф PY 5293), датчик 13 температуры окружающей среды, датчик 14 температуры диафрагмы.

Датчик 1 (фиг.2) содержит электро- 35 динамический преобразователь,выполненный в виде индуктивного устройства 15>

Датчик 1 (фиг.3 ) содержит магнитострикционный преобразователь (не 4р показай), выполненный на магнитострикционном элементе 16 и катушке 17.

Блок 12 управления имеет первый информационный вход 18, соответст- 45 вующий входу А5В микропроцессора

AWJDS, второй информационный вход 19, соответствующий входу А4С микропроцессора, управляющий вход 20, соответствующий входу А4В микропроцессора, информационный выход 21, соответствующий выходу А9В микропроцессора, управляющий выход 22, соответствующий выходу В14С микропроцессора.

Резонансная частота диафрагмы 2 вместе с пьезоэлектрическим преобра-. зователем 3 выражается через зависимость

Г () и

m где ы — пульсация = 27 (частота);

f — упругая постоянная;

m - -масса.

Из формулы имеются в виду два раз-, личных случая: когда диафрагма установлена (отрегулирована) на вибрацию на своей основной частоте резонанса и когда диафрагма 2 установлена на вибрацию на более высокой гармонике, чтобы поверхность вибрирующей диафрагмы 2 составляла какое-то конкретное число узлов и антиузлов.

B первом случае, если на диафрагме 2 образуется слой.-льда, тогда из-за скапливания здесь льда увеличивается общая масса m диафрагмы 2 и пьезоэлектрического преобразователя 3, а в соответствии с указанной формулой частота автогенератора 9 уменьшается. Во втором случае слой льда, который образуется на диафрагме 2, повышает ее жесткость, а следовательно, и увеличивает величину f. Этот эффект предопределяет ситуацию, когда соответствующее увеличение массы m приводит к соответствующему повышению частоты автогенератора 9.Второй случай как бы фиксирует факт отложения льда только на диафрагме 2,что обязательно обуславливает повышение частоты автогенератора 9, тогда как отложение здесь же других веществ, например воды, масла или грязи,всегда обуславливает уменьшение частоты автогенератора 9, что связано в дан\. ном случае с неизбежным увеличением массы m. Следовательно, изобретение проводит четкую грань и различие между образованием льда, о чем всегда (за исключением первого случая) свидетельствует повышение частоты автогенератора .9, и присутствием здесь других элементов, например воды,масла или грязи, о чем свидетельствует понижение частоты автогенератора 9.

Любое изменение в частоте автогенератора 9 измеряется с помощью блока 12 управления, если это колебание достигает и/или превышает заранее установленную величину, тогда блок 12 управления формирует сигнал тревоги, который предупреждает о большой вероятности образования естественного льда на поверхности, когда температура окружающей среды близка к точке замерзания, или о наличии кристаллов

5 152 льда, которые прилипают к поверхности, когда температура окружающей среды ниже точки замерзания. Является предпочтительным удерживать резонансную частоту диафрагмы в пределах

1 — 20 кГц.

Генератор 11 постоянного тока соединен с элементами 8 Пельтье и выдает электрический ток, длительность, величина и направление которого определяются блоком 12 óïравления в виде функции результатов измерения температуры окружающей среды датчиком 13 температуры окружающей среды и температуры диафрагмы; измеряемой датчиком 14 температуры диафрагмы. Для какого † конкретного направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока элементы .8 Пельтье охлаждают диафрагму 2 на несколько градусов ниже температуры окружающей среды

Т„, а если температура окружающей среды находится около точки замерзания, тогда на диафрагме 2 может образоваться слой льда, который повышает или понижает частоту автогенератора 9, По истечении какого-то периода времени полярность направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока изменяется на обратную, и .элементы 8 Пельтье теперь уже нагревают диафрагму 2 до температуры, которая на несколько градусов выше температуры окружающей среды, чтобы обеспечить таяние ранее образовавшегося на диафрагме 2 льда, Чередование фаз охлаждения и нагревания может быть периодическим, а длительность этих фаз равна, например, нескольким десяткам секунд. Это будет обеспечивать периодическое повторение измерения частоты автогене-, ратора 9. Датчик 1 имеет относительно небольшие размеры, благодаря чему его тепловая инерция малая, а фазы охлаждения и нагревания диафрагмы 2 .практически мгновенно следуют за изменениями направления потока электрического тока от генератора 11 постоянного тока на обратное, что дает возможность устройству подавать сигнал тревоги еще до момента образования естественного льда.

На практике образование льда может происходить при очень низких температурах, например, при — 20 или

-40 С, причем образование естествен1294 6

5 ! 0

55 ного льда происходит не в течение фазы охлаждения диафрагмы 2, а в течение фазы нагревания. И тем не менее, во всех случаях частота автогенератора 9 понижается, если диафрагма 2 находится в вибрирующем состоянии на своей основной частоте резонанса, частота автогенератора 9 повышается, если эта диафрагма 2 начинает вибрировать на более высоких гар- мониках. Если температура окружающей среды повышается выше заранее установленной величины, при которой нет никакого риска естественного образования льда, тогда вся система выключается блоком.12 управления.

На фиг.1 показан момент, когда диайрагма 2 находится в состоянии вибрации, причем эта вибрация вызвана пьезоэлектрическим преобразователем

3. На фиг.2 показан момент, когда диафрагма 2 также может начать вибрировать электродинамическим образом в результате воздействия индуктивного устройства 15, прикрепленного к металлической пластинке 4, которая соединена с автогенератором 9,индуктивное устройство 15 отделено от диафрагмы 2 зазором, а сама диафрагма

2 может быть представлена каким-то магнитным материалом. На фиг. 3 показан еще один вариант устройства, которое может вызывать вибрирование диафрагмы. В данном случае к диафрагме

2 крепится магнитострикционный элемент 16, который отрегулирован на вибрирование в результате воздействия на него катушки 17, которая соединена с автогенератором 9. Обраяуемые в магнитострикционном элементе 16 механические вибрации передаются на диафрагму 2 с той же частотой. В данном случае имеется также возможность нагревать диафрагму 2 с помощью электрического тока с относительно высокой интенсивностью или с помощью горячего газа, который подается к датчикам 1 через систему трубопроводов. Подобную же систему трубопроводов можно использовать и для охлаждения диафрагмы 2, причем по этим трубопроводам циркулирует либо охлаждающий газ, либо охлаждающие жидкости

Формула изобретения

1. Способ обнаружения обледенения поверхности, основанный на раз1521294

8 7 8 рог

Сос тавитель О.Богомолова

Редактор И.Шулла Техред А. Кравчук Корректор N.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 677lf58

Тираж 518

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 мещении на контролируемом объекте чувствительного элемента в виде диафрагмы, характеризующейся резонансной частотой колебаний, возбуждения в диафрагме колебаний указанной резонансной частоты, контроле параметров резонансных колебаний диафрагмы путем сравнения параметров резонансных колебаний диафрагмы с заданными значениями и при их отклонении от заданного значения — формировании сигнала тревоги, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности получения предупреждающей информации, одновременно измеряют температуру окружающей среды,а в зоне поверхности диафрагмы измеряют температуру диафрагмы, формируют управляющее воздействие на диафрагму в виде поочередного и неоднократного охлаждения ниже температуры окружающей среды и нагрева диафрагмы выше температуры окружающей среды, если она близка или ниже точки замерзания.

2.- Устройство для предупреждения об образовании льда, содержащее чувствительный элемент в виде диафрагмы, соединенной с контролируемым объектом в области, подверженной естественному обледенению, и с блоком возбуждения колебаний, о т л и ч а.ющ е е с я тем, что, с целью повышеI ния функциональной надежности устройства, в него введены датчик температуры окружающей среды, датчик темпе5 ратуры диафрагмы, регулятор температуры, блок управления, выход датчика температуры окружающей среды соединен с первым информационным входом блока управления, датчик температуры диафрагмы соединен с диафрагмой, а

его выход соединен с вторым информа- . ционным входом блока управления, выход блока возбуждения колебаний соединен с управляющим входом блока управления, управляющий выход которого соединен с управляющим входом регулятора температуры, информационный выход блока управления подключен к индикатору.

3. Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок возбуждения колебаний содержит автогенератор и либо пьезоэлектрический, либо магнитострикционный, либо элект25 родинамический нреобразователь, который подключен к входу управления автогенератора, выход которого является выходом блока.

4, Устройство по п,2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что регулятор температуры содержит генератор постоянного тока и элементы Пельтье, управляемый вход элементов Пельтье соединен с выходом генератора посто35 янного тока, вход генератора постоянного тока является входом регулятора.