Устройство для измерения температуры вращающихся объектов
Изобретение относится к температурным измерениямс Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения температуры вращающихся объектов1. Устройство содержит термопары 1, расположенные на вращающемся объекте и подключенные к подвижным катушкам 2 бесконтактного токосъемного устройства, выход которого - неподвижная катуш 4 О9 to 3D
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„Я0„„1?32190 A 1 (51)5 G 01 К 13/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4 763878/10 (22) 04.12.89 . (46) 07.05.92, Бюл. Р 17 (71) .Институт технической теплофи« зики АН УССР (72) Е.П.Дыбан, В.Н.Клименко и С.Л.Полухин (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 901850, кл, G 01 К 7/02, 1980, Авторское свидетельство СССР в 1534337, кл, G 01 К 13/08, 1987, ЫащиЫ рцщающа0са ааюра «виана
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TEMIIEРАТУРЫ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности и уменьшег ние времени измерения температуры вращающихся объектов ° Устройство содержит термопары 1, расположенные на вращающемся объекте и подключен- ные к подвижным катушкам 2 бесконтактного токосъемного устройства, выход которого - неподвижная катуш
3 1 ка 3 подключен к последовательно соединенным усилителю 4 и коммутатору 5, оба выхода которого подключены к первым входам первого 6 и второго 7 пиковых детекторов, блок выделения строб-импульса 8, выход которого подключен к входу второго счетчика 9 импульсов. Выход счетчика 9 параллельно подключен к входу преобразователя 10 кода в ток и к второму управляющему входу коммутатора 5. Компенсирующие катушки.11 соединены с выходом преобразователя 10 кода s ток. Датчик 12 положения подвижных катушек соединен последова732190 тельно с блоком f3 формирования и первым счетчиком 14 импульсов, выход которого подключен к первому управляющему входу коммутатора 5. Одновибратор 15 подсоединен входом к выходу второго счетчика 9 им- пульсов и третьему входу коммутатора 5, а выхбдом -. к вто10 рым входам пиковых детекторов 6 H 79 к выходам которых подключены входы сумматора 16. Умножитель 17 соединен входом с выходом детектора 6. Дели" тель 18 подключен входами к выходам
15 сумматора 16 и умножителя 17, .а выходом - к выходной шине. 3 ил.
Изобретение относится к температурным измерениям.
Известно устройство для.измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на объекте термопары, подключенные к подвижным катушкам, неподвижные выходные ка« тушки, подключенные к входу усили-, .теля, компенсационйые катушки, подключенные к регулируемому источнику постоянного тока,.блок управления, счетчик числа каналов, блок выделения строб-импульса, счетчик числа: оборотов объекта, преобразователь периода вращения объекта в код и кода в ток, блок умножения кодов, пороговый блок, блоки оперативной памяти и вывода цифровой информации.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на,объекте. термоэлектрические преобразователи, подключенные к подвижным катушкам бесконтактного.индукционного токо съемника, неподвижные приемные катушки которрго подключены. к.входу усилителя, компенсационные катушки, подключенные к.преобразователю кода, s ток,, блок выделения строб-импульса,. выход которого подключен к входу блока управления и счетчику числа оборотов, выход которого подключен к информационному. входу блока опера» тивной.памяти, к адресному входу . и выходу разрешения записи которого, .подключены выходы соответственно .счетчика числа каналов и порогового блока, а к выходу подключен блок вывода информации, коммутатор, блок аналоговой памяти,и последовательно соединенные датчик положения подвижных катушек и блок формирования, выход которого подключен к входу счетчика числа каналов, управляющий вход
25 и выход которого соединены соответст- венно с, первым выходом и вторым sxoдом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим вхо";, 3 дом коммутатора, информационный вход .
30 которого соединен с выходом усилителя, а выходы подКлючены соответственно к входу блока аналоговой памяти и первому, входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом блока аналоговой памяти, при этом выход счетчика числа оборотов соединен с,входом преобразователя кода в ток,, „
Недостатками устройства являются
4© .невысокая точность измерения ввиду того, что сигнал от измеряемой s данный, момент термопары при, отсутст-вии тока s компенсационных катушках запоминается. аналоговой. памятью и хранится до.тех пор, пока счетчик числа оборотов не,пройдет весь диапа" зон изменения тока компенсации,,что составляет 399 оборотов объекта.
7ок компенсации, увеличиваясь с KKK
SO . дым оборотом, компенсирует сигнал в передающих подвижных катушках до величины, определяемой намагниченностью объекта, а..затем начинает уве личиваться,. При равенстве амплитуд напряжения,,хранящегося s аналоговой.. памяти, и йапряжения скомпенсирован ного сигнала пороговый блок выдает . управляющий импульс залиси .кода счетчика числа оборотов по адресу соответствующего канала, что соответ"
5 17321 ствует определенному току компенсации и, соответственно, термоЭДС термопары в начале цикла измерения. Но за это время реальный сигнал термопары может измениться (в случае переходного режима двигателя он меняется очень быстро).
Отличие температуры в начале цикла измерения, когда электрический, 10 эквивалент запоминается аналоговой памятью, от температуры s,ìîìåíò срабатывания порогового блока определяется погрешностью измерения температуры. Следующим недостатком устройства является низкое быстродействие. Новый
l5 цикл измерений может начаться только после всего диапазона изменения тока компенсации, т.е. через 400 оборотов объекта, Цель изобретения - повьппение точности и уменьшение времени измерения температуры вращающихся объектов за счет уменьшения составляющей погрешности, вызванной изменяющейся температурой объекта, с одновременным сокращением требуемого количества оборо
1тов объекта в .течение цикла измерения.
Поставленная цель достигается тем, что s устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее размещенные на объекте термоэлектрические преобразователи, подключенные к подвижным катушкам бесконтактного индукционного токосъемного устройства, неподвижные выходные ка- Д5 тушки которого подключены через усилитель к первому входу коммутатора, соединенного вторым входом через последовательно соединенные первый счетчик импульсов и блок формирования . 40 импульсов с выходом датчика положения подвижных катушек, сопряженных с вращающимся объектом, сопряженный ,с которым блок выделения строб-импульсов подключен выходом.к одному g5 из входов первого счетчика импульсов и через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и преобразователь кода в ток к компенсирующим катушка сопряженным с подвижными 50 катушками, а также выходную шину, до полнительно введены первый и второй пиковые детекторы, подключенные первыми входами к выходам коммутатора, одновибратор, подсоединенный входом 55
-к выходу второго счетчика импульсов и третьему входу коммутатора и выходом к вторым входам первого и второго пиковых детекторов, умножитель, 90 6 соединенный входам с выходом первого пикового детектора, и делитель, подключенный входами к выходам сумматора и умножителя и выходом к выходной шине., На фиг, 1 .приведена схема устройства; на фиг.2 — схема коммутатора; на фиг. 3 — эпюры напряжений, возникающих на выходах коммутатора.
Устройство содержит термопары 1, расположенные на вращающемся объекте и подключенные к подвижным катушкам 2 бесконтактного токосъемного устройства, выход которого — неподвижная катушка 3 подключена к последовательно соединенным усилителю 4 и коммутатору 5, оба выхода которого подключены к первым входам первого 6 и второго 7 пиковых детекторов.
Блок 8 выделения строб-импульсов выходом подключен к входу второго счетчика 9 импульсов. Выход счетчика 9 паралельно подключен к sxopy преобразователя 10 кода в ток и к второму управляющему входу коммутатора 5. Компенсирующие катушки 11 соединены с выходом преобразователя 10 кода в ток. Датчик 22 положения подвижных катушек соединен последовательна с блоком 13 формирования и первым счетчиком 14 импульсов, выход
° которого подключен к первому управляющему входу коммутатора 5.
Одновибратор 15 подсоединен входом к выходу второго счетчика 9 импульсов и третьему sxopy коммутатора 5, а выходом — к вторым .входам пиковых детекторов 6 и 7, к выходам которых подключены входы сумматора 16. Умножитель 17 соединен входом с выходом детектора 6. Делитель 18 подключен входами к выходам сумматора 16 и ум-, ножителя 17, а выходом — к выходной шине.
Коммутатор 5 собран на микросхеме
К561КТЗ (фиг 2) и состоит из входного, управляемого первым счетчиком 14, 1 ключа 19, инвертора 20 и двух управляемых ключей 21 и 22, управляемых прямым и инверсным сигналом от.второго счетчика 9. Временные диаграммы работы коммутатора представлены на фиг. 3.
С начала первого оборота объекта Т g в цикл измерения s момент про-. хождения i-й подвижной катушки мимо неподвижной,на первый управляющий вход коммутатора 5 от счетчика 14 подается управляющий импульс ; е =К;nI„;, 173 на время которого выход усилителя 4 ". (Фиг, 1) соединяется с входом комму.татора 5. При этом на управляющем 5входе ключа присутствует инверсный сигнал от счетчика 9, что соответствует логической "1", и разрешается прохождение информации на первый вход. Во время второго оборота обь екта T s момент о, разрешается прохождение сигнала с выхода усилителя .
4 (Фиг. 1), на выходе которого при» сутстнует скомпенсированный сигнал, на вход коммутатора, при этом состо-, яние счетчика циклов уже равно логической "1" и, следовательно, разрешено прохождение информацйи йа второй выход. Пиковые детекторы 6 и 7 собраны на операционных усилителях, одно" вибратор 15 на микросхеме К155АТ1, сумматор 16 - на операционном усилителе К140УД7, умножитель 17. — на микросхеме 525ПС1, делитель 18 - на микросхеме 525IIC1 и операционном. усилителе.
Блок 8 выделения строб-импульсон представляет собой магнит, расположенный н определенном месте íà валу вращающегося объекта, который, проходя мимо катушки, расположенной на неподвижной части, наводит в ней ЭДС.
Этот сигнал усиливается усилителем и с помощью транзисторного ключа преобразуется s прямоугольный сигнал, Блок 8 выделения строб-импульсов служит .началом отсчета для счетчика, 14, и каждому каналу измерения соот-" ветствует свой термоэлектрический преобразователь.
Счетчик 9 импульсов. имеет коэффи» . циент деления 2 и собран на микросхеме К155ИЕ8, Преобразователь 10 кода s ток состоит из источника постоянного тока и управляемого транзисторного ключа. е
Датчик 12 положения подвижных катушек представляет собой располо- . женные перпендикулярно друг другу фотодиод и. светодиод, работающие в инфракрасной области спектра и помещенные в районе неподвижной катуш ки 3 так, что луч,, испускаемый светодиодом, отражаясь от металлической фольги, наклеенной на каждую .подвижную катушку 2 и проходящую ми-:, мо неподвижной катушки 3, попадает на фотодиод. В результате появляется. сигнал, точно соответствующий момен
2190 ту прохождения каждой катушки 2 мимо-, неподвижной катушки 3.
Форма импульсов, поступающих от датчика 12 положения подвижных кату шек, а также крутизна переднего и заднего фронтов не позноляют осуществить надежную работу счетчика 14.
С,.этой целью нведен блок 13 формиро>р нания, формирующий. требуемым образом импульсы от датчика 12 положения подвижных катушек, Блок 13 формирования представляет собой усилитель с коэффициентом
15 усиления 100, выход которого подключен к входу логического элемента
К155ТВ1 формирующего соответствующим образом сигнал для работы с цифровыми микросхемами.
2Р Счетчик 14 импульсон состоит из пятиразрядного двоичного счетчика, собранного на микросхемах К155ИЕ5, и логической схемы, .собранной на микросхемах К155ЛАЗ. При появлении
25 на выходах счетчика кода, соответствующего номеру выбранного канала, на выходе схемы появляется единичный импульс. Его длительность соответствует времени прохождения i-й .подвиж- "
3р ной катушки мимо неподвижной .
Устройство работает следующим образом, При вращении объекта s неподвижной катушке 3 индуктивности наводится .
j последовательность разнополярных импульсов, число которых за один обо-, рот равно числу каналов измерения, а размах разнополярных импульсов, число которых за один оборот равно щр числу каналов измерения, пропорционален разности ЭДС термопары соотнет» ствующего канала и ЭДС, наводимой в одной из подвижных катушек 2 полем компенсирующих катушек 11. Фаза этих
gg разнополярных импульсон определяется . знаком разности ЭДС термопары каждого канала и ЭДС, наводимой полем катушек 11. Величина измеренной ЭДС
i-ой термопары 1 определяется зави р симостью где К - коэФФициент пропорциональ1 ности,. определяемый параметрами токосъемного устройства; и - скорость вращения объекта
Т - - величина тока s катушке
К3
17321 соответствующая равенству, " 1 наведенного сигнала U .и измеряемого сигнала е1
ЭДС i-й термопары.
При вращении объекта блок 8 выдает
5 один раз за каждый период вращения синхронизирующий строб-импульс, который поступает на вход счетчика 9, имеющего коэФФициент деления 2, Та-! ким образом, каждый второй оборот на выходе счетчика присутствует на пряжение„ соответствующее логической
"1", В зависимости от состояния ц1ыхода счетчика 9 на выходе преобразователя 10 кода в ток появляется ноль ипи максимум напряжения и, соответственно, ноль нли максимум тока в катушках компенсации. Следовательно, поле катушек 11 будет компенсировать рр сигнал от термопары в подвижной катушке выбранного i-ro канала через оборот, По переднему фронту строб-импульса с выхода блока 8 счетчик 14 ус- . д танавливается в ноль и начинает счет.
При появлении на выходе счетчика кода, соответствующего номеру i-ro канала, на выходе логической схемы появляется управляющий сигнан, подаваемый на первый управляющий вход коммутатора 5 и разрешающий прохождение информации с выхода усилителя 4.
Длительность этого сигнала 3; соответствует времени прохожцения i-й подвижной катушки мимо неподвижной. 3S
Сигнал с выхода счетчика циклов 9 подается на второй управляющий вход !„ коммутатора 5, В коммутаторе 5 этот сигнал инвертируется, и в дапьнейшем один из его выходов управляется пря40. мым сигналом от счетчика 9, а другойинверсным, Вследствие этого на одном из выходов счетчика, всегда будет .г присутствовать сигнал от подвижной катушки i-ro канала, не измененный полем компенсационных катушек,- а на другом скомпенсированный (фиг,З).
Эти оба. сигнала запоминаются на входных пиковых детекторах 6 и 7. ®
Арифметическая обработка сигнала производится следующим образом. При отсутствии тока компенсации на одном из выходов коммутатора 5 присутствует напряжение, величина которого со- ответствует. выражению (1), в котором
М и - количество оборотов объекта.мож. но опустить, так как за два оборота она практически не меняется1
90 е", =К, ° I
При максимуме тока компенсации величина напряжения 01 на другом выходе коммутатора будет;
Цс - Хмакс К: - е!э откуда.U(+ е, К =—
I макс (2) Из выражений (1) и (2) найдем?к
МакС е I (3)
+ е
1 1
Формула изобретения
Устройство для измерения температуры вращающихся объектов, содержащее установленные на вращающемся объекте термоэлектрические преобразователи, подключенные к подвижным катушкам индукционного токосъемного устройства, неподвижные выходные каТушки которого подключены через усилитель к первому входу коммутатора, соединенного вторым входом через последовательно соединенные первый счетчик импульсов и блок формирования импульсов с выходом датчика положения подвижных катушек, сопряженных
II
Величина Тк,, обработанная в блоках
6,7,1S-17, умножается íà К;, в результате. чего получаем е - величи1 ну температуры i-ro канала.
Применение изобретения обеспечивает высокую чувствительность и точ" ность измерения, присущие компенсационному методу измерения, исключает влияние изменения сопротивлений термопар, сопротивления неподвижных катушек и конструктивных параметров каналов тоХосъеинбго устройства на точность измерения температур, а
-также влияние скорости вращения объекта на результат, измерений, повышает быстродействие. Использование устройства для точного измерения температур труднодоступных объектов, вращающихся с высокими скоростями,. например авиационных двигателей, позволит получить значительный экономический эффект эа счет повышения точности получаемой информации и сокращения-на этой, основе дорогостоящих доводочных работ, 11
1 с вращающимся объектом, сопряженный с которым блок выделения строб»импульсов подключен выходом к одному из входов первого счетчика импульсов и через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и преобразователь кода в ток к компенсирующим катушкам, сопряженным с подвижными катушками, а также выходную шину, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения погрешности измерения температуры и уменьшения времени измерения, в него введены первый и второй пиковые детекторы, подключен732190
12 ные первыми входами к выходам комму- татора, одновибратор, подсоединенныйТ входом к выходу второго счетчика импульсов и третьему входу коммутатора и выходом к вторым входам первого и второго пиковых детекторов, сумма- . тор, подключенный входами к выходам первого и второго пиковых детекторов, умножитель, соединенный входом с.sbrходом первого пикового детектора, и делитель, подключенный входами к выходам сумматора и умножителя и выходом к выходной шине.
