Дифференциальное устройство измерения температуры газового потока

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих температурных процессов в газодинамике. Предложено дифференциальное устройство измерения температуры газового потока, состоящее из двух каналов измерения, каждый из которых содержит струйный генератор и пьезоэлектрический преобразователь. В каналы измерения введены адаптивные селекторы, входы которых соединены с выходами пьезоэлектрических преобразователей, а выходы соединены с входами схемы вычитания частот блока обработки информации, выход которого через вход элемента «ИЛИ» поступает на выход всего устройства. Выходы адаптивных селекторов подсоединены к первым входам соответствующих схем «И», вторые входы которых соединены через инверторы с выходом противоположного адаптивного селектора, а выходы схем «И» через соответствующие делители частот соединены с входами элемента «ИЛИ». Технический результат - повышение быстродействия и точности в сочетании с его упрощением. 2 ил.

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике и построения систем автоматического регулирования температуры.

Известно устройство для измерения температуры газового потока (А.с. №909590 СССР, МКИ G01K 13/02. Опубл. 28.02.1982. Бюл. №8), содержащее два струйных генератора, выходы которых через преобразователи акустического сигнала в электрический сигнал соединены с входами схемы выделения разностной частоты, выход которой соединен с измерительным блоком, два делителя частоты, схему вычитания частот, входы которой соответственно через делители частоты соединены с входами схемы выделения разностной частоты, а выход соединен с входом измерительного блока.

Недостатками аналога являются низкая точность измерения температуры и неполное использование широкого диапазона работы струйного генератора. Это обусловлено тем, что гармоники основной частоты полигармонического сигнала струйного генератора попадают в рабочий диапазон устройства, причем некоторые из них значительно усиливаются пьезоэлектрическим преобразователем из-за совпадения его собственной частоты с частотой гармоники и наступления резонанса.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температуры газового потока (А.с. №1093911 СССР, МКИ G01K 13/02. Опубл. 23.05.1984. Бюл. №19), содержащее два блока фильтров, при этом выходы каждого преобразователя акустического сигнала в электрический подключены к входу схемы выделения разностной частоты через соответствующий блок фильтров, каждый из которых содержит группу полосовых фильтров, выходы которых подключены соответственно к входам ключей и входам формирователей, выходы которых, за исключением последнего формирователя, подключены через инверторы соответственно к первым входам схем совпадения, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами ключей со второго по последний, причем управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого формирователя, выход второго формирователя соединен со вторым входом первой схемы совпадения, а каждый второй, со второго по k-й, вход k-й схемы совпадения, начиная со второй, подключен соответственно к выходам инверторов с первого по k-й, при этом выход последнего формирователя соединен с дополнительным входом последней схемы совпадения.

Основными существенными недостатками прототипа являются сложная система выделения информативного параметра из полигармонического выходного сигнала с использованием множества полосовых фильтров, недостаточные быстродействие, точность и надежность.

Задачей изобретения является повышение быстродействия и точности в сочетании с его упрощением устройства для измерения температуры газового потока, с сохранением работоспособности при выходе из строя одного из каналов измерения.

Поставленная задача решается использованием дифференциального устройства измерения температуры газового потока, состоящего из двух каналов измерения, каждый из которых содержит струйный генератор, пьезоэлектрический преобразователь, адаптивный селектор, и блока обработки информации, содержащего схему вычитания частот, входы которой соединены с выходами адаптивных селекторов, его выход соединен с первым входом элемента «ИЛИ», выход которого является выходом устройства; при этом выходы адаптивных селекторов через соответствующие каналам схемы «И» и делители частот соединены со вторым и третьим входами элемента «ИЛИ, а вторые входы схем «И» через инверторы соединены выходами противоположных адаптивных селекторов.

При этом в случае выхода из строя одного из каналов измерения, например второго, в блоке обработки информации устанавливается соединение выхода первого адаптивного селектора через первый вход первой схемы «И», на второй вход которой поступает разрешающий сигнал через инвертор с выхода второго адаптивного селектора, с первым делителем частоты, выход которого через второй вход элемента «ИЛИ» поступает на выход устройства.

При выходе из строя первого канала измерения в блоке обработки информации устанавливается соединение выхода второго адаптивного селектора через первый вход второй схемы «И», на второй вход которой поступает разрешающий сигнал через инвертор с выхода первого адаптивного селектора, со вторым делителем частоты, выход которого через третий вход элемента «ИЛИ» поступает на выход устройства.

Технический результат заключается в использовании адаптивных селекторов первой гармоники частоты полигармонического сигнала с выхода пьезоэлектрического преобразователя и обработке аналогового сигнала, реализующего дифференциальный способ измерения, без промежуточных преобразований.

Кроме того, сущность технического решения поясняется чертежами, где:

- на Фиг. 1 представлена блок-схема дифференциального устройства измерения температуры газового потока;

- на Фиг. 2 представлена блок-схема адаптивного селектора.

Сущность: в устройстве реализуется принцип фазовой автоподстройки первой гармоники частоты полигармонического сигнала с применением в адаптивном селекторе электронно-перестраиваемого фазовращателя, управляемого генератором пилообразного напряжения, и обработкой аналогового сигнала без промежуточных преобразований, реализующей дифференциальный способ измерения.

Дифференциальное устройство измерения температуры газового потока содержит блок обработки информации и два канала измерения, каждый содержащий струйный генератор, имеющий быстродействие на три порядка выше по сравнению с термопреобразователями, и пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с целью повышения точности и быстродействия измерения с адаптивным селектором, реализующим принцип фазовой автоподстройки первой гармоники частоты полигармонического сигнала с выхода пьезоэлектрического преобразователя. Блок обработки информации без промежуточных преобразований реализует дифференциальный способ измерения, что упрощает схему и повышает быстродействие дополнительно в два-три раза.

Дифференциальное устройство измерения температуры газового потока (Фиг. 1) содержит два канала измерения 1, 2 и блок обработки информации (БОИ) 3. Каждый канал измерения 1 (2) содержит струйный генератор (СГ) 4 (5), пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) 6 (7) для преобразования акустического сигнала в электрический, адаптивный селектор (АС) 8 (9).

Блок обработки информации содержит схему вычитания частот (ВЧ) 10, один элемент «ИЛИ» 11, две схемы «И» 12 и 13, два инвертора 14 и 15, два делителя частоты (ДЧ) 16 и 17.

Адаптивный селектор (Фиг. 2) содержит электронно-управляемый фазовращатель (ЭУФ) 18, соединенный с первым входом компаратора фаз (КФ) 19, на второй вход которого полигармонический сигнал поступает непосредственно, и с первым входом схемы «И» 23, а выход компаратора через ключ 20 соединен со вторым входом схемы «И» и первым входом генератора пилообразного напряжения 21 (ГПН), второй вход которого соединен с одновибратором 22, а выход ГПН 21 соединен с управляющим входом фазовращателя 18.

Адаптивный селектор (Фиг. 2) работает следующим образом. Входной полигармонический сигнал nƒi поступает на электронно-перестраиваемый ГПН фазовращатель, соединенный с первым входом КФ, на второй вход которого поступает сигнал напрямую с выхода ПЭП. ЭУФ осуществляет перестройку частоты до равенства фаз с частотой первой гармоники ƒi, поступающей непосредственно на второй вход компаратора, под управляющим воздействием ГПН, запускаемого OB. КФ при равенстве фаз через ключ фиксирует напряжение развертки ГПН и выдает сигнал на открытие схемы совпадения «И», пропуская настроенную частоту после ЭУФ на выход. Частота настройки осуществляется за один период работы ГПН, а частота запуска ГПН зависит от частоты работы одновибратора.

Применение фазовой автоподстройки частоты для ЭУФ, состоящего из RC-звеньев, где роль перестраиваемых емкостей С выполняют варикапы, повышает точность, т.к. отсутствует методическая погрешность в момент измерения частоты (см. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. - М.: Высшая школа, 1989. С. 195), и быстродействие, т.к. варикапы - практически безынерционные элементы до субмиллиметрового диапазона (см. Берман Л.С. Введение в физику варикапов. - Л.: Наука, 1968. С. 38), а обработка аналогового сигнала без промежуточных преобразований значительно упрощает схему, что повышает надежность устройства.

Дифференциальное устройство измерения температуры газового потока работает следующим образом. При помещении двух СГ 4 и 5, расположенных в одном корпусе, в газовый поток, абсолютную температуру которого измеряют, в них возбуждаются акустические колебания с частотами nƒ1 и nƒ2, преобразуемые с помощью ПЭП 6 и 7 в соответствующие электрические полигармонические колебания, которые в свою очередь поступают на входы адаптивных селекторов 8 и 9, осуществляющих отбор первых гармоник ƒ1 и ƒ2, пропорциональных измеряемой температуре газового потока.

В блоке обработки информации с выхода ВЧ 10, реализующем дифференциальный принцип измерения, разность частот Δƒ=ƒl2, также пропорциональная температуре газового потока, через первый вход элемента «ИЛИ» поступает на выход устройства.

Дифференциальное включение повышает быстродействие устройства в два с лишним раза за счет сокращения переходного процесса установления измеряемой разницы частот (Гулин А.И. Быстродействующий измеритель температуры газов в газотурбинном двигателе // Авиакосмическое приборостроение. - 2012. - №9 - С. 10-14).

При выходе из строя одного из каналов измерения, например первого, схема «И» 12 запирается нулевым потенциалом с выхода АС 8, а через инвертор 15 открывает схему «И» 13, пропуская частоту ƒ2 после деления в k2 раз ДЧ 17 через элемент «ИЛИ» 11 на выход устройства в виде Δƒ.

Аналогичным образом работает схема при выходе из строя второго канала измерения.

Коэффициенты деления k1 и k2 делителей частоты 16 и 17 выбирают таким образом, чтобы частоты на их выходах были равны разности частот Δƒ, т.е.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить быстродействие, точность и резервирование, а также упростить схему устройства измерения температуры газового потока, что обеспечивает его высокую надежность.

Дифференциальное устройство измерения температуры газового потока, состоящее из двух каналов измерения, каждый из которых содержит струйный генератор и пьезоэлектрический преобразователь, отличающееся тем, что в каналы измерения введены адаптивные селекторы, входы которых соединены с выходами пьезоэлектрических преобразователей, а выходы соединены с входами схемы вычитания частот блока обработки информации, выход которого через вход элемента «ИЛИ» поступает на выход всего устройства, при этом выходы адаптивных селекторов подсоединены к первым входам соответствующих схем «И», вторые входы которых соединены через инверторы с выходом противоположного адаптивного селектора, а выходы схем «И» через соответствующие делители частот соединены с входами элемента «ИЛИ».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая собой металлическую трубку с керамической вставкой, в которой проходят термопарные провода, выступающие на конце термопары за пределы металлической трубки с керамической вставкой и соединенные в рабочий спай.

Изобретение относится к области контактных измерений температуры высокотемпературных газов, в частности к средствам измерения температуры газа и распределения ее значений в полостях высокотемпературных элементов газотурбинных двигателей, и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок при проведении аэродинамических испытаний.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике и построения систем автоматического регулирования температуры.

Изобретение относится к области измерения температурных полей газовых потоков, в частности к области измерения температуры плазменного потока. Предложен способ измерения температуры плазменного потока, по которому теплоприемник устанавливают так, что одна из ограничивающих его поверхностей омывается плазмой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры движущихся газовых сред на выходе из реакторов и теплообменных аппаратов с различной структурой теплообменных поверхностей.

Изобретение относится к области дистанционного измерения температур и касается способа измерения температуры потока газа с поглотителем. Измерение температуры проводят в, по крайней мере, трех слоях заданной толщины.

Изобретение относится к области термографии и может быть использовано при создании технологии тепловизионного определения количественных пульсационных характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в процессе измерения температуры текучей среды в технологическом процессе. Предложена сенсорная трубка (12) для защиты датчика (13), введенного в движущуюся технологическую текучую среду.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для определения температуры газа в рабочей полости роторной машины, например компрессора, вакуум-насоса.

Изобретение относится к энергетике, в частности к датчикам температуры универсальным, используемым в газогорелочных устройствах для сжигания газа в котлах наружного размещения, и может быть использовано в бытовых газовых аппаратах для автоматического поддержания температуры теплоносителя. Датчик температуры универсальный (ДТРУ) состоит из корпуса 1 с трубной резьбой, внутри которого установлен металлический стержень, соединенный с наружной трубкой 2, выполненной из полимерного материала, погруженной в теплоноситель. Внутри датчика установлен металлический стержень 3 с винтовым устройством (не показан) с однопозиционной заслонкой (не показана) для измерения длины металлического стержня 3, а металлический стержень 3 имеет упругий элемент 4. В корпусе 1 установлено запираемое устройство 5, выполненное подвижным и снабженное стопорным устройством 6, при этом в металлическом стержне 3 имеется канавка 7, выполненная с возможностью взаимодействия со стопорным устройством 6 подвижного запираемого устройства при превышении температуры теплоносителя установленной величины, и регулировочный диск 8. Подвижное запираемое устройство 5 имеет регулировочный диск 9, а между регулировочными дисками 8 и 9 размещена цилиндрическая пружина 10. Корпус 1 ДТРУ имеет два газовых сопла 11 и 12, при этом газогорелочное устройство содержит газовый клапан 13, кран 14, запальное устройство 15 с датчиком сетевого газа 16, датчиком пламени 17, термобиметаллической пластиной 18, а также содержит канал управления 19 с жиклером 20, при этом сопло 11 ДТРУ соединено с каналом управления 19, а сопло 12 соединено с запальным устройством 15. Все элементы газогорелочного устройства соединены импульсными трубками 21. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет использования одного и того же датчика температуры в качестве рабочего и датчика предельной температуры. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры нестационарного газового потока, теплового импульса потока, скорости движения фронта теплового возмущения, зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения. Заявлен регистратор температуры и скорости нестационарного газового потока, который содержит информационный датчик и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, генератора тактовой частоты, N-аппаратно-программных каналообразующих модулей, микроЭВМ, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, блока измерения параметров окружающей среды, супервизора, радиотрансивера, com-порта, источника эталонных напряжений. При этом информационный датчик состоит из N-датчиков температуры, аналого-цифровой преобразователь является синхронным N-канальным, блок памяти энергонезависимым и перезаписываемым. Дополнительно введены приемопередатчик, персональная ЭВМ, при этом N датчиков температуры (N≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта теплового возмущения на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика соединен с входом персональной ЭВМ. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Система датчиков содержит технологический измерительный преобразователь, вибродатчик без внешнего питания и технологический трансмиттер. Технологический измерительный преобразователь расположен внутри термокармана и выполнен с возможностью выработки первого сигнала датчика. Вибродатчик без внешнего питания выполнен с возможностью выработки второго сигнала датчика, отражающего вибрацию термокармана. Технологический трансмиттер выполнен с возможностью приема, обработки и передачи первого и второго сигналов датчиков. Технический результат – повышение эффективности контроля технологического процесса за счет исключения повреждения термокармана, в котором установлен технологический измерительный преобразователь. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ультразвуковому расходомеру для измерения скорости потока и/или расхода текучей среды. Ультразвуковой расходомер содержит: измерительный преобразователь, имеющий соединительные фланцы для присоединения трубопроводов текучей среды и среднюю часть, выполненную с возможностью пропускания текучей среды, по меньшей мере два помещенных в среднюю часть ультразвуковых преобразователя, которые образуют пару ультразвуковых преобразователей и между которыми установлена измерительная цепь, проходящая через поток, датчик давления, удерживаемый в средней части в гнезде датчика давления и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, калибровочный вывод, удерживаемый в средней части в гнезде калибровочного вывода и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, причем поршень в гнезде поршня выполнен с возможностью приведения в два положения, при этом в первом положении датчик давления имеет сообщение по текучей среде с внутренностью средней части, а во втором положении датчик давления через гнездо поршня имеет сообщение по текучей среде с калибровочным выводом. Технический результат – создание простого и компактного ультразвукового расходомера с возможностью простой калибровки датчика давления в расходомере. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Измерительный преобразователь (260) технологической переменной для восприятия технологической переменной технологической текучей среды в промышленном процессе включает в себя технологическую прокладку (200), имеющую поверхность, выполненную с возможностью образования уплотнения с поверхностью технологического резервуара. Технологическая прокладка (200) подвержена воздействию технологической текучей среды через отверстие в поверхности технологического резервуара. Датчик (220) технологической переменной удерживается технологической прокладкой (200) и выполнен с возможностью восприятия технологической переменной технологической текучей среды и предоставления выходного сигнала (222) датчика. Измерительная схема (282), подсоединенная к датчику (220) технологической переменной, предоставляет выходной сигнал измерительного преобразователя технологической переменной, зависящий от воспринятого выходного сигнала технологической переменной. Причем технологическая прокладка включает в себя часть, образованную для размещения датчика внутри технологической прокладки. Технический результат – уменьшение количества соединений, требуемых для того, чтобы подсоединить датчик технологической переменной к технологической текучей среде. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока неоднородных, химически агрессивных и абразивосодержащих газов. Предлагается устройство в виде тепловой микросистемы, выполненной из полупроводникового материала и состоящей из площадки круглой формы и конструктивно связанной с ней ножки, содержащей по крайней мере одно сквозное отверстие. Поверхность круглой площадки с двух сторон в пределах периметра содержит электропроводящий слой, в состав которого входят атомы Ni, Au, Ta, W, Al, Ti, Sb, Nb, Pt, Cr, Hf, Mo, Zr с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры. Также на ножке в пределах периметра содержится электропроводящий слой, в состав которого входят атомы Ni, Au, Ta, W, Al, Ti, Sb, Nb, Pt, Cr, Hf, Mo, Zr с внешними электрическими выводами и охранное кольцо в виде мезопланарной структуры. Кроме того, тепловая микросистема может содержать элементы электрической коммутации. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых результатов. 2 ил.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих температурных процессов в газодинамике. Предложено дифференциальное устройство измерения температуры газового потока, состоящее из двух каналов измерения, каждый из которых содержит струйный генератор и пьезоэлектрический преобразователь. В каналы измерения введены адаптивные селекторы, входы которых соединены с выходами пьезоэлектрических преобразователей, а выходы соединены с входами схемы вычитания частот блока обработки информации, выход которого через вход элемента «ИЛИ» поступает на выход всего устройства. Выходы адаптивных селекторов подсоединены к первым входам соответствующих схем «И», вторые входы которых соединены через инверторы с выходом противоположного адаптивного селектора, а выходы схем «И» через соответствующие делители частот соединены с входами элемента «ИЛИ». Технический результат - повышение быстродействия и точности в сочетании с его упрощением. 2 ил.

Наверх