Способ измерения температуры вращающихся тел

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения температуры вращающихся тел. Способ осуществляется с использованием размещаемых в одном корпусе термопреобразователя двух идентичных датчиков теплового потока и нагревателей. Корпус выполняют из высокотеплопроводного материала . Датчики теплового потока располагают в непосредственной близости у вращающегося тела на разных расстояниях от него. В процессе измерения непрерывно отслеживают разность выходных сигналов датчиков теплового потока, изменяя температуру корпуса. Регистрацию температуры корпуса, которую принимают за температуру вращающегося тела, осуществляют в момент равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока. 6 ил. (С V)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4612502/10 (22) 02.12.88 (46) 15.05.91. Бюл. № 18 (71) Институт технической теплофизики АН

УССР (72) Л. В. Гурьянов, В. Г. Карпенко.

В. Э. Пасечник и В. Н. Ярошенко (53) 536.5(088.8) (56) Патент Японии № 51 — 1991, кл. G 01 К 13/08, опублик. 1976.

Геращенко О. А. и др. Устройство для измерения температуры движущихся поверхностей.— Заводская лаборатория, 1977, вып. 43, № 1, с. 55 — 56.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть эффективно использовано для измерения температуры валков, роликов, барабанов, каландров и других вращающихся тел, в том числе и с полированными зеркальными поверхностями, в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 показана конструкция тепло;риемной части устройства, реализующего предложенный способ, разрез; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез

Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — конструкция датчиков теплового потока; на фиг. 5 — разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 — электрическая блок-схема устройства.

Теплоприемная часть устройства содержит термопреобразовател 1, например тер„„SU„„1649307 А 1 (51)5 G 01 К 13/08 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения температуры вращающихся тел. Способ осуществляется с использованием размещаемых в одном корпусе термопреобразователя двух идентичных датчиков теплового потока и нагревателей. Корпус выполняют из высокотеплопроводного материала. Датчики теплового потока располагают в непосредственной близости у вращающегося тела на разных расстояниях от него. В процессе измерения непрерывно отслеживают разность выходных сигналов датчиков теплового потока, изменяя температуру корпуса. Регистрацию температуры корпус а, которую при ним ают за температуру вращающегося тела, осуществляют в момент равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока. 6 ил. мометр сопротивления или термопара, два идентичных датчика 2 и 3 теплового потока и нагреватели 4, размещенные в пазах общего корпуса 5 с помощью заглушек

6 и 7. Корпус 5 выполнен из высокотеплопроводного материала, например меди, и его поверхность, обращенная к вращающемуся телу, зачернена.

Каждый из датчиков 2 и 3 теплового потока представляет собой батарею дифференциальных гальванических термоэлементов, изготовленных из константановой проволоки 8, спирально навитой на ленту 9 из изоляционного материала, например полиамида, с медным. покрытием 10, гальванически осажденным на части константановой проволоки 8 так, что образованные при этом спаи 11 и 12 термоэлементов располагаются по середине ширины ленты 9 и на ее

1649307 торце. Оба датчика 2 и 3 теплового потока. установлены в пазах корпуса 5 с зазорами

13 и 14 так, что термоэлектроды батареи на торцах ленты 9 имеют тепловую связь с корпусом 5, а спаи 11 термоэлементов удалены от места этой тепловой связи на половину ширины ленты 9. Корпус

5 связан с кронштейном (»e показан) через теплоизоляционный элемент 15.

Электрическая блок-схема устройства включает в себя усилитель 16, к входам которого встречно подключены датчики 2 и 3 теплового потока, два компаратора 17 и 18, подключенные к выходу усилителя 16, логическую схему 19 совпадения, два входа которой подключены к выходам компараторов

17 и 18, управляемый индикатор 20, первый вход которого через измерительный усилитель 21 подключен к термопреобразователю

1, а его второй вход соединен с выходом логической схемы 19 совпадения, усилитель

22 тока, вход которого соединен с выходом усилителя 16, а его выход через управляемый ключ 23 связан с нагревателями

4. Управляющий вход ключа 23 связан с выходом компаратора 18.

Способ осуществляется следующим образом.

Теплоприемную часть устройства устанавливают датчиками 2 и 3 теплового потока напротив вращающегося цилиндрического тела (фиг. 1 — 3), обеспечивая между телом и корпусом 5 воздушный зазор величиной. 6„a между телом и:i.-t iиками

2 и 3 теплового потока воздушные зазоры величиной 6 и 6g соответствснно. При этом вначале температура Тк корпуса, i близка к температуре Т окружающей греты и, следовательно, отличается от температуры Тс вращающегося цилиндрического тела..-)то обеспечивает теплообмен последнего с i >рпусом 5 через зазор о„и с датчиками

2 и 3 теплового потока через зазоры 6 и 6-.

Такой теплообмен осуществляется теплопровбдностью, конвекцией и излучением. Так как 6 <6> и Т <Т, то приемные поверхности датчиков 2 и 3 теплового потока приобретут разные температуры Ti и Т и, следовательно, будут различны и тепловые потоки q и q2, проходящие через датчики

2 и 3 теплового потока соответственно.

Разностный выходной сигнал датчиков

2 и 3 теплового потока усиливается усилителем 16 и поступает на компараторы 17 и 18, где сравнивается с опорными напряжениями +Уайд и -Удп, близкими к нулю.

Если выходной сигнал усилителя 16 превышает опорное напряжение +Цщ, то выход компаратора 17 закрыт, при этом выходной сигнал усилителя 16, усиленный в усилителе 22 тока, поступает через открытый ключ 23 на нагреватели 4. Ключ 23 управляется компаратором 18, выход которого в данном случае открыт, так как выходной сигнал усилителя 16, поступающий на вход

1О

4о

55 компаратора 18, превышает уровень его опорного напряжения-Uon. Рассеиваемая в нагревателях 4 электрическая мощность вызывает повышение температуры корпуса 5 и, следовательно, уменьшение разностного выходного сигнала датчиков 2 и 3 теплового потока и выходного сигнала усилителя 16.

При снижении выходного сигнала усилителя 16 до уровня опорного напряжения

+б п и менее открывается выход компаратора 17. Если выходной сигнал усилителя 16 находится в пределах опорных напряжений +Uon и -Upn, то он близок к нулю и логическая схема 19 совпадения, воздействуя на вход управляемого индикатора 20, разрешает регистрацию усиленного в измерительном усилителе 21 выходного сигнала термопреобразователя 1, пропорционального температуре корпуса 5, а следовательно, искомой температуре вращающегося тела То.

При перегреве корпуса 5 выше искомой температуры То выходной сигнал усилителя

16 снижается ниже уровня опорного напряжения -Цщ. Тогда выход компаратора 18 закрывается, ключ 23 размыкается и прекращается регистрация выходного сигнала измерительного усилителя 21 в индикаторе

20. П ри этом одновременно отключаются нагреватели 4 и корпус 5 охлаждается в результате естественного теплообмена с окружающей средой до тех пор, пока выходной сигнал усилителя 16 не превысит уровня опорного напряжения -Uoit. В этом случае компаратор 18 вновь открывается и логическая схема 19 совпадения снова разрешает регистрацию усиленного выходного сигнала термопреобразователя 1 и т.д.

Таким образом, регулировкой температуры корпуса 5 в устройстве обеспечивается автоматическое поддержание равенства тепловых потоков, измеряемых датчиками

2 и 3, при котором температура корпуса

5 с достаточно высокой точностью совпашет с искомой температурой вращающегося п.ла.

Высокая степень черноты поверхности корпуса 5, участвующей в теплообмене с вращающимся телом, и увеличение ее площади снижают влияние на результат измерения излучения сторонних источников, отраженного от поверхности вращающегося тела. Эти отражения поглощаются поверхностью корпуса 5 и до датчиков 2 и 3 теплового потока практически не доходят. Кроме того, в силу незначительного влияния теплообмена излучением на формирование тепловых потоков д и д, поверхности датчиков 2 и 3 теплового потока могут быть выполнены с малыми степенями черноты, например менее О,l — 0,2.

Учитывая, что температура среды в воздушных зазорах формируется вследствие теплообмена воздуха с поверхностью корпуса 5, целесообразно. датчики теплового по!

649307 тока на корпусе 5 разместить так, чтобы до встречи с поверхностью датчиков пограничный слой воздуха, вращающийся вместе с телом, контактировал с большей поверхностью корпуса 5, чем при выходе его из контакта с поверхностью датчиков (фиг. 2).

Предлагаемый способ исключает погрешность измерения, вызванную отличием тепловых потоков, проходящих через датчики теплового потока, от тепловых потоков между их поверхностью и поверхностью 10 вращающегося тела, которое в свою очередь связано с влиянием окружающей среды (воздуха), охлаждением или перегревом ближайших к датчикам теплового потока слоев воздуха в зазоре. Кроме того, повышается помехозащищенность, так как сигнал помехи одинаково воздействует на идентичные датчики теплового потока и взаимно уничтожается при отслеживании;х разностного выходного сигнала.

Форм ула изо б ретения 20

Способ измерения температуры вращающихся тел, заключающийся в размещении на корпусе термопреобразователя датчика теплового потока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого не превышает толщины пограничного слоя воздуха, нагреве или охлаждении корпуса термопреобразователя и регистрации температуры корпуса термопреобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, на корпусе термопреобразователя размещают идентичный первому дополнительный датчик теплового потока с воздушным зазором между ним и вращающимся телом, величина которого больше величины воздушного зазора для первого датчика теплового потока, контролируют разность выходных сигналов датчиков теплового потока, а нагрев или охлаждение корпуса термопреобразователя осуществляют до момента равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока и в указанный момент регистрируют температуру корпуса термопреобразователя, которую принимают за температуру вращающегося тела.

1649307

f0

1649307

+ оп

Составитель В. Голубев

Редактор С. Лисина Техред А. Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1514 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 415

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IOI