Устройство для многоточечного бесконтактного температурного контроля вращающихся объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для параллельного следящего контроля и регистрации измерения локальных температур на различных участках вращающихся механизмов и систем как в процессе их наладочных испытаний, так и в условиях эксплуатации. Устройство для многоточечного бесконтактного температурного контроля вращающихся объектов содержит распределительный блок, селектирующий усилительный узел, управляемые ключевые каскады, блок синхронизации, кольцевой переключатель. Распределительный блок соединен со входом селектирующего усилительного узла. Селектирующий усилительный узел соединен с функциональными входами управляемых ключевых каскадов. Блок синхронидации соединен с помощью емкостей с внутренними входами группы звеньев кольцевого переключателя. Кольцевой переключатель связан с манипуляторными входами группы управляемых ключевых каскадов. Выходы группы управляемых ключевых каскадов соединены через группы детектирующих ячеек с входами многоканального самописца. Благодаря дополнению устройства группами термопар, подключенными к пластинчатым электродам роторной части распределительного блока, повышается помехоустойчивость и разрешающая способность параллельной регистрации локальных температур при форсированных термических режимах испытания вращающихся систем. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для параллельного следящего контроля и регистрации изменения локальных температур на различных участках вращающихся механизмов и систем как в процессе их наладочных испытаний, так и в условиях эксплуатации.

Известно устройство для контроля параметров вращающихся объектов, защищенное авторским свидетельством СССР N 1722139, МПК G 01 K 13/08.

Указанное устройство содержит чувствительные резистивные элементы по числу контролируемых параметров, генератор переменного тока, пару вращающихся конденсаторов, блок синхронизации, емкостный распределитель, состоящий из подвижных пластинчатых электродов по числу контролируемых параметров, равноинтервально разнесенных по окружности, ось которой совмещена с осью вращения контролируемого объекта, и неподвижного пластинчатого электрода, расположенного извне по отношению к подвижным электродам, осциллограф, селектирующий усилительный блок и по числу контролируемых параметров постоянные и подстроечные резисторы, причем соответствующие друг другу чувствительные резистивные элементы, постоянные и подстроечные резисторы соединены в последовательные цепи, которые в свою очередь соединены параллельно и подключены к роторам вращающихся конденсаторов, а точки соединения чувствительных резистивных элементов и постоянных резисторов соединены с соответствующими подвижными электродами емкостного распределителя, средняя точка генератора переменного тока заземлена, а два его симметричных противофазных выхода подключены к статорам первого и второго вращающихся конденсаторов, соответственно, неподвижный электрод емкостного распределителя через селектирующий усилительный блок соединен с информационным входом осциллографа, вход "синхронизации" которого подключен к выходу блока синхронизации.

Ограничения и недостатки этого устройства состоят как в трудоемкости и утомительности проводимых с его помощью измерений, выполняемых оператором путем визуального сопоставления воспроизводимых на экране осциллографа диаграмм, так и в неспособности известного устройства осуществлять автономный следящий контроль и непрерывную параллельную регистрацию взаимонезависимых изменений группы одновременно контролируемых параметров.

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальной совокупности сходных структурных признаков, назначению и техническим возможностям является устройство для бесконтактного многоточечного контроля параметров вращающихся объектов, защищенное авторским свидетельством СССР N 1767361, МПК G 01 K 13/08.

Устройство по авторскому свидетельству СССР N 1767361, являющееся прототипом заявляемого технического решения, содержит генератор переменного тока с противофазными выходами, блок синхронизации с подвижным диамагнитным диском, неподвижным магнитным рецептором и импульсным усилителем, емкостный распределитель, селектирующий усилительный блок, чувствительные резистивные делители напряжения по числу контролируемых параметров, крайние точки которых параллельно соединены между собой и связаны через пару вращающихся конденсаторов с противофазными выходами генератора переменного тока, а средние точки раздельно соединены с пластинчатыми электродами подвижной части емкостного распределителя, неподвижный отборочный электрод которого соединен со входом селектирующего усилительного блока, двусторонний амплитудный ограничитель, дифференцирующий узел, кольцевой переключатель, управляемые ключевые каскады по числу контролируемых параметров, детектирующие ячейки по числу контролируемых параметров, многоканальный самописец и стрелочный индикатор с многопозиционным переключателем, при этом диамагнитный диск, закрепленный на оси вращения исследуемого объекта, снабжен группой равноинтервально установленных на наружной цилиндрической поверхности указанного диска остроконечных ферромагнитных элементов, против диска с ферромагнитными элементами неподвижно установлен своим рабочим зазором двухобмоточный магнитный рецептор, одна из обмоток которого соединена с источником тока подмагничивания, а другая обмотка которого через импульсный усилитель, двусторонний амплитудный ограничитель и дифференцирующий узел циркулярно-параллельно связана при помощи разделительных конденсаторов с управляемыми раздельными входами звеньев кольцевого переключателя, выходы которых раздельно соединены с манипуляторными входами управляемых ключевых каскадов, функциональные входы которых параллельно подключены к выходу селектирующего усилительного блока, вход которого связан с неподвижным отборочным электродом емкостного распределителя, выход каждого из группы управляемых ключевых каскадов через соответствующую детектирующую ячейку параллельно соединен как с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен со стрелочным индикатором, так и с соответствующим входом многоканального самописца.

К недостаткам указанного устройства-прототипа наряду с его ограниченными помехоустойчивостью и надежностью следует отнести также регламентированную разрешающую способность измерений и ограниченный диапазон поддающихся контролю изменений исследуемых параметров, - что исключает, в частности, возможность использования известного устройства для бесконтактного контроля вращающихся объектов, изменение локальных термических параметров которых характеризуется распространением в область высоких температур.

В рассматриваемой связи задача, поставленная при разработке заявляемого технического решения, заключалась как в повышении разрешающей способности, надежности и стабильности проводимых измерений, так и в расширении диапазона контролируемых изменений исследуемых термических параметров с возможностью параллельной регистрации температурных режимов локальных участков вращающегося объекта, функционирующего в области повышенных температур.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство, содержащее распределительный блок в виде роторной части, составленной группой разнесенных по окружности подвижных пластинчатых электродов, соединенных с первично-преобразовательными элементами, и неподвижного отборочного электрода, соединенного со входом селектирующего усилительного узла, блок синхронизации, выполненный в виде соосного с исследуемым вращающимся объектом подвижного диамагнитного диска с остроконечными ферромагнитными элементами и соседствующим с диамагнитным диском неподвижного магнитного рецептора, снабженного узлом подмагничивания и последовательно включенными импульсным усилителем, амплитудным ограничителем и дифференцирующим узлом, выход которого соединен с помощью емкостей с внешними входами группы звеньев кольцевого переключателя, связанных с манипуляторными входами группы управляемых ключевых каскадов, функциональные входы которых параллельно соединены с выходом селектирующего усилительного узла, а выходы - через группу детектирующих ячеек - со входами многоканального самописца и параллельно им подключенными неподвижными контактами переключателя, подвижный контакт которого соединен с контрольным стрелочным индикатором, - в указанное устройство введена соответствующая числу контролируемых каналов группа термопар, предназначенных для размещения у подлежащих контролю участков исследуемого вращающегося объекта, а подвижная роторная часть распределительного блока, имеющая совмещенную ось вращения с контролируемым объектом, выполнена в виде разделенного на равные сектора - по числу контролируемых локальных участков вращающегося объекта - диэлектрического диска, к внешней дугообразной стороне каждого из секторов которого равноинтервально прикреплены пластинчатые электроды в форме дуг с радиусом кривизны, равным радиусу диэлектрического диска, причем каждый из совокупности пластинчатых электродов в пределах каждого из круговых секторов диэлектрического диска отделен от соседних с ним пластинчатых электродов угловыми интервалами, меньшими углового раствора дуги пластинчатого электрода, при этом одна часть пластинчатых электродов, расположенных в каждом из круговых секторов диэлектрического диска с интервалом через один электрод, электрически соединена между собой и образует группу электродов, которые параллельно подключены к потенциальному выводу соответствующей данному сектору термопары, в то время как другая группа пластинчатых электродов каждого сектора, образованная электродами, расположенными в промежутках между пластинчатыми электродами первой группы, также электрически запараллелена, но соединена как с "заземленным" корпусом контролируемого объекта, так и со вторым выводом соответствующей термопары.

Структурно-функциональная блок-схема заявляемого устройства представлена на прилагаемом чертеже.

Описываемое устройство содержит распределительный блок в виде роторной части 1 и неподвижного отборочного электрода 2, соединенного со входом селектирующего усилительного узла 3, блок 4 синхронизации, выполненный в виде соосного с исследуемым вращающимся объектом подвижного диамагнитного диска 5, к внешней цилиндрической поверхности которого прикреплены остроконечные ферромагнитные элементы 6, 7, 8, 9.

Блок 4 синхронизации включает в себя также соседствующий с диамагнитным диском 5 неподвижный магнитный рецептор 10, снабженный узлом 11 подмагничивания, и подключенной к выходу этого рецептора цепью из импульсного усилителя 12, амплитудного ограничителя 13 и дифференцирующего узла 14.

Выход дифференцирующего узла 14 соединен с помощью емкостей 15 с внешними входами группы звеньев 16, 17, 18, 19 кольцевого переключателя 20.

Внешние канальные выходы звеньев 16 - 19 кольцевого переключателя 20 связаны с манипуляторными (правыми по схеме) входами группы 21 управляемых ключевых каскадов 22, 23, 24, 25, функциональные (левые по схеме) входы которых параллельно соединены с выходом селектирующего усилительного узла 3, а выходы - со входами детектирующих ячеек 26, 27, 28, 29.

К выходам ячеек 26 - 29 параллельно подключены как входы многоканального самописца 30, так и неподвижные контакты переключателя 31, подвижный контакт которого соединен с контрольным стрелочным индикатором 32.

Устройство включает в себя также группу соответствующих числу контролируемых каналов первичных преобразователей в виде термопар 33, 34, 35, 36, предназначенных для размещения у подлежащих контролю участков исследуемого вращающегося объекта, а подвижная роторная часть 1 распределительного блока, имеющая совмещенную ось вращения с контролируемым объектом, выполнена в виде разделенного на равные сектора A, B, C, диэлектрического диска 37. Число секторов, на которые разделен диск 37, соответствует числу подлежащих контролю локальных участков вращающегося объекта, - участков, обслуживаемых термопарами 33, 34, 35, 36.

К внешней дугообразной стороне каждого из секторов A, B, C, D диэлектрического диска 37 равноинтервально прикреплены пластинчатые электроды 38, 39 в форме дуг, радиус кривизны которых равен радиусу диэлектрического диска 37. Каждый из совокупности пластинчатых электродов (38, 39) в пределах каждого из круговых секторов A, B, C, D диэлектрического диска 37 отделен от соседних с ним пластинчатых электродов угловыми интервалами, меньшими углового раствора дуги самого пластинчатого электрода.

При этом одна часть пластинчатых электродов в пределах каждого из секторов A, B, C, D диэлектрического диска 37 с интервалом через один электрод электрически соединена между собой и образует группу электродов (например, группу 40 в секторе C), которые параллельно подключены к потенциальному выводу соответствующей данному сектору термопары (в секторе C - термопара 35). В то же время другая группа пластинчатых электродов каждого из секторов A, B, C, D (например, группа 41 в секторе C), образованная электродами, расположенными в промежутках между пластинчатыми электродами первой группы, также электрически запараллелена, но соединена как с "заземленным" корпусом контролируемого объекта, так и со вторым выводом соответствующей термопары (для сектора C - термопара 35).

Описываемое устройство функционирует следующим образом.

В процессе контроля исследуемого вращающегося объекта в соответствии с текущим характером распределения температуры на его локальных участках, контролируемых термопарами 33, 34, 35, 36, изменяется и разность потенциалов между смежными пластинчатыми электродами 38, 39, образующими перемежающиеся группы 40 и 41 в пределах каждого из секторов A, B, C, D диэлектрического диска 37 роторной части 1 распределительного блока.

При прохождении пластинчатых электродов 38, 39, объединенных в пределах каждого сектора A, B, C, D в перемежающиеся группы электродов 40, 41, мимо неподвижного отборочного электрода 2 распределительного блока на вход селектирующего усилительного узла 3 будет поступать наводимая между неподвижным электродом 2 и "землей" амплитудно-модулированная ЭДС.

Уровень этой ЭДС при смене секторов A, B, C, D ротора 1, проходящих мимо отборочного электрода 2, будет изменяться в соответствии с температурами локальных участков исследуемого вращающегося объекта, к которым "привязаны" термопреобразователи 33, 34, 35, 36.

Одновременно с вращением исследуемого объекта и связанной с ним роторной части 1 распределительного блока происходит также синхронное вращение входящего в блок 4 синхронизации диамагнитного диска 5 с равноинтервально расположенными на его ободе остроконечными ферромагнитными элементами 6, 7, 8, 9.

При показанной на чертеже взаимной фазировке роторной части 1 распределительного блока и диамагнитного диска 5 каждому моменту смены секторов A, B, C, D, проходящих мимо неподвижного отборочного электрода 2, связанного с селектирующим усилительным узлом 3, соответствует прохождение одного из ферромагнитных элементов 6, 7, 8, 9 мимо магнитного рецептора 10, выполненного в виде считывающей магнитной головки.

В выходной обмотке магнитной головки 10, связанной со входом импульсного усилителя 12, при этом наводятся импульсные ЭДС, которые после усиления узлом 12, амплитудного ограничения узлом 13 и дифференцирования узлом 14 параллельно воздействуют через разделительные конденсаторы 15 на внешние входы группы звеньев 16, 17, 18, 19 кольцевого переключателя 20.

Благодаря действию внутренней межкаскадной связи между соседними звеньями 16, 17, 18, 19 кольцевого переключателя 20 в сочетании с воздействием на звенья 16 - 19 параллельно поступающих с выхода дифференцирующего узла 14 внешних спусковых импульсов охваченные в кольцо 20 звенья 16 - 19 переключаются строго синфазно со сменой секторов A, B, C, D роторной части 1 распределительного блока при их последовательном прохождении мимо неподвижного отборочного электрода 2.

При работе кольцевого переключателя 20, все звенья 16 - 19 которого представляют собой двухстабильные триггерные ячейки, в каждый момент времени только одно из звеньев находится в опрокинутом состоянии по отношению к остальным звеньям кольца, причем это "опрокинутое" состояние последовательно передается от одного звена кольца к другому в моменты воздействия на переключатель 20 внешних спусковых импульсов, поступающих с выхода дифференцирующего узла 14 через конденсаторы 15 на внешние входы звеньев 16 - 19.

С внешних выходов звеньев 16, 17, 18, 19 кольцевого переключателя 20 в моменты смены секторов A, B, C, D, проходящих мимо неподвижного отборочного электрода 2, на манипуляторные (правые по схеме) входы управляемых ключевых каскадов 22, 23, 24, 25 поочередно поступают периодические импульсы от последовательно переходящих в опрокинутое состояние звеньев 16, 17, 18, 19 кольцевого переключателя 20.

Поочередно поступающие на манипуляторные правые входы управляемых ключевых каскадов 22 - 25 импульсы со звеньев 16 - 19 кольцевого переключателя 20, последовательно отпирают ключевые каскады 22 - 25 таким образом, что в любой момент времени в открытом состоянии находится только один из ключевых каскадов 22, 23, 24, 25.

В течение временных интервалов, соответствующих прохождению мимо отборочного электрода 2 пластинчатых электродов 38, 39, образующих сектора A, B, C, D роторной части 1 распределительного блока, на входе селективного усилительного узла 3 формируются циклически повторяющиеся последовательности пульсирующих ЭДС, глубина модуляции которых при прохождении каждого из секторов A, B, C, D мимо электрода 2 определяется рабочей температурой локальных участков исследуемого объекта, контролируемых термопарами 33, 34, 35, 36.

При этом с выхода селектирующего усилительного узла 3 на все функциональные (левые по схеме) входы управляемых ключевых каскадов 22, 23, 24, 25 поступает циклически повторяющаяся последовательность усиленных пульсирующих однополярных сигналов, уровень которых изменяется в соответствии с уровнями ЭДС, выдаваемых термопарами 33, 34, 35, 36, связанными с пластинчатыми электродами секторов A, B, C, D ротора 1 распределительного блока.

Несмотря на одновременное параллельное поступление последовательности разновысоких импульсных сигналов с выхода узла 3 на все левые функциональные входы управляемых ключевых каскадов 22 - 25, в течение каждого из временных интервалов, отвечающих прохождению секторов A, B, C, D роторной части 1 распределительного блока мимо отборочного электрода 2, отпертым оказывается лишь один из группы управляемых ключевых каскадов 22 - 25, поочередность отпирания которых по правому манипуляторному входу соответствует временным интервалам прохождения секторов A, B, C, D мимо электрода 2.

На выходах управляемых ключевых каскадов 22, 23, 24, 25 при этом появляются взаимно разделенные периодически повторяющиеся амплитудно-модулированные импульсные сигналы, уровни которых на выходе каждого из каскадов 22 - 25 отвечают локальным температурам исследуемого вращающегося объекта на его участках, контролируемых термопарами 33 - 36.

На входах детектирующих ячеек 26, 27, 28, 29 отделенные друг от друга из общей последовательности амплитудно-модулированные импульсные сигналы возникают в том же порядке, в каком эти сигналы следуют друг за другом в общей последовательности импульсных сигналов, формируемых на отборочном электроде 2 при прохождении мимо него подвижных пластинчатых электродов 38, 39, входящих в сектора A, B, C, D роторной части 1 распределительного блока.

С выходов детектирующих ячеек 26, 27, 28, 29 на раздельные входы многоканального самописца 30 и на параллельно подключенные к ним неподвижные контакты переключатели 31 поступают сигналы постоянного тока, отношение уровней которых отвечает соотношению локальных температур на участках исследуемого вращающегося объекта, контролируемых термопреобразователями 33, 34, 35, 36.

В процессе измерений на ленте многоканального самописца 30 регистрируются диаграммы, отображающие в графо-аналоговой форме характер изменения во времени температур обследуемых участков вращающегося объекта.

С помощью стрелочного индикатора 32, коммутируемого с помощью многопозиционного переключателя 31 на раздельные выходы детектирующих ячеек 26 - 29, в любой фазе исследования вращающегося объекта может быть осуществлен оперативный непосредственный контроль текущего значения температуры каждого из локальных участков вращающегося объекта.

В случае, если наряду с графической регистрацией локальных температур необходимо осуществить их регистрацию в дискретно-цифровой форме, к выходам детектирующих ячеек 26 - 29 вместе с самописцем 30 должны быть подключены также соответствующие входы ЭВМ.

Формула изобретения

Устройство для многоточечного бесконтактного температурного контроля вращающихся объектов, содержащее распределительный блок в виде роторной части, составленной группой разнесенных по окружности пластинчатых электродов, соединенных с первично преобразовательными элементами, и неподвижного отборочного электрода, соединенного с входом селектирующего усилительного узла, блок синхронизации, выполненный в виде соосного с исследуемым объектом подвижного диамагнитного диска с остроконечными ферромагнитными элементами и соседствующего с диамагнитным диском неподвижного магнитного рецептора, снабженного узлом подмагничивания и последовательно включенными импульсным усилителем, амплитудным ограничителем и дифференцирующим узлом, выход которого соединен с помощью емкостей с внешними входами группы звеньев кольцевого переключателя, связанных с манипуляторными входами группы управляемых ключевых каскадов, функциональные входы которых параллельно соединены с выходом селектирующего усилительного узла, а выходы через группу детектирующих ячеек - с входами многоканального самописца, отличающееся тем, что в него введена соответствующая числу контролируемых каналов группа термопар, предназначенных для размещения у подлежащих контролю участков исследуемого вращающегося объекта, а подвижная роторная часть распределительного блока, имеющая совмещенную ось вращения с контролируемым объектом, выполнена в виде разделенного на равные сектора - по числу контролируемых локальных участков вращающегося объекта - диэлектрического диска, к внешней дугообразной стороне каждого из секторов которого равноинтервально прикреплены пластинчатые электроды в форме дуг с радиусом кривизны, равным радиусу диэлектрического диска, причем каждый из совокупности пластинчатых электродов в пределах каждого из круговых секторов диэлектрического диска отделен от соседних с ним пластинчатых электродов угловыми интервалами, меньшими углового раствора дуги пластинчатого электрода, при этом одна часть пластинчатых электродов, расположенных в каждом из круговых секторов диэлектрического диска с интервалом через один электрод, электрически соединена между собой образует группу электродов, которые параллельно подключены к потенциальному выводу соответствующей данному сектору термопары, в то время как другая группа пластинчатых электродов каждого сектора, образованная электродами, расположенными в промежутках между пластинчатыми электродами первой группы, также электрически запараллелена, но соединена как с "заземленным" корпусом контролируемого объекта, так и с вторым выводом соответствующей термопары.

РИСУНКИ

Рисунок 1