Многоканальное устройство для измерения температуры вращающегося объекта

 

(72) Авторы изобретения

В. Г. Гусев, М. П. Иванов, В. Б. Малешин "и-С, А. Лапко

Уфимский авиационный институт им. )рджоникидзе (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВРАЩАЮШЕГОСЯ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для многоканального измерения температуры вращающегося объекта.

По основному авт. св. № 787913 известно устройство для многоканального

5 измерения температуры вращающегося объ» .екта, каждый канал которого содержи термопару, расположенную на вращающемся объекте, индуктивный токосъемник, вклюio чающий в себя неподвижно расположенную измерительную обмотку, обмотку, соединенную с генератором переменного тока, вращающуюся обмотку, соединенную с термопарой, согласующий блок, выход которого через режекторный фильтр соединен с входом управляемого усилителя, последовательно соединенные фильтр низких частот, полосовой фильтр удвоенной частоты модуляции, выпрямитель и интегратор, последовательно соединенные фильтр верхних частот, полосовой фильтр подстроечной частоты, демодулятор и второй интегратор, вращающийся трансформатор с числом вращающихся обмоток, равным числу каналов устройства, каждая из которых включена последовательно с термопарой

-и вращающейся обмоткой индуктивного . (магнитомодуляционного) токосъемника; генератор сигнала подстройки, соединенный с неподвижной обмоткой вращающегося трансформатора, в котором выход измерительной обмотки соединен с входом согласующего блока, выходы управляем<м го усилителя соединены соответственно с входами фильтров верхних и низких частот, а выходы первого и второго интеграторов соединены соответственно с входом регистратора и управляющим входом усилителя.

В этом устройстве передача медленно изменяющегося сигнала термопар с вращающегося объекта осушествляд гся с помощью индуктивных магиитомодуляционных токосъемников.

Недостатком устройства является то, что на точность измерения температуры вращающегося объекта однозначно влияют

-1.

870983

С целью уменьшения взаимного влияния каналов источники модулируюшего тока имеют различные частоты, а режекторный фильтр и полосовой фильтр в цепи преобб разования измерительного сигнала каждого канала настроены соответственно на первую и вторую гармоники тока модуляции соответствующего источника.

55 изменения коэффициентов преобразования элементов цепей преобразования измерительных сигналов при изменении температуры и с течением времени.

Белью изобретения является повышение точности измерения температуры вращающегося объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство в каждый канал введен усилитель мощности,а в каждый индуктивный токосъемник - неподвижно расположенная дополнительная обмотка.

Вход усилителя мощности соединен с выходом первого интегратора, а выход - с последовательно включенными дополнительной обмоткой и регистратором.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит магнитомодуляционные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерения температуры вращающегося объекта, вращающийся трансформатор - индуктивный токосъемник 2 для передачи сигнала подстройки и индуктивный токосъемник 3 для измерения температуры "холодного спая термо- пары.

Магнитомодуляционный токосъемник состоит из магнитопровода 4, вращающей= ся сигнальной обмотки 5, модуляцион ной обмотки 6, неподвижной обмотки 7 и дополнительной неподвижной обмотки 8.

Индуктивный токосъемник 2 включает неподвижный магнитопровод 9, неподвижную обмотку 10 и ряд вращающихся идентичных обмоток 11, число которых равно числу вращающихся термопар.

Индуктивный токосъемник 3 состоит из магнитопровода 12, вращающейся 13 и неподвижной 14 обмоток.

Все токосъемники конструктивно могут быть выполнены на одном валу и сггделяться один от другого магнитными экранами или могут быть выполнены в виде отдельных блоков, валы которых могут стыковаться между собой муфтами.

Вращающиеся термопары 15 через вра, щающиеся обмотки токосъемника 2 подключены к вращающимся сигнальным обмоткам 5 соответствующих токосъемников

1. При необходимости создания определенного режима работы термопар 15 (например, ремима заданного тока) во вращающиеся цепи могут быть включены резис. торы 16.

На холодном" спае одной из термопар

15 располакеи термореэистор 17, подключенный к вращающейся обмотке индуктивного токосъемника 3.

4

Неподвижная измерительная аппаратура включает источник сигнала подстройки

18, подключенный к неподвижной обмотке 10 токосъемника 2, схему измерения температуры "холодного спая 19, подключенную к неподвижной обмотке 14 токосъемника 3, источники модулирующего тока 20, подключенные к обмоткам мо дупяции 6 токосъемников 1, согласующие устройства 21, подключенные к неподвижным измерительным обмоткам 7 токосъемников 1, режекторные фильтры 22, подключенные к выходам согласующих устройств 21, управляемые усилители мощности 23, подключенные к выходу фильтров 22, цепи преобразования сигнала подстройки, включающие последовательно включенные фильтры низких частот 24, полосовые фильтры 25 настроенные на удвоенную частоту тока модуляции источ-ников 20, выпрямители 26, интеграторы

27, усилители мощности 28, выходы которых соединены с последовательно включенными дополнительными обмотками 8 и регистраторами 29, цепи преобразования сигнала подстройки, включающие послед<м вательно соединенные фильтры высших частот 30, полосовые фильтры 31, настроенные на частоту сигнала подстройки источника 18, демодуляторы 32 и интеграторы 33, выходы которых подключены к управляющим входам усилителей 23.

Источник сигнала подстройки 18 выполнен в виде источника переменного напряжения стабильной частоты и амплитуды, причем частота сигнала подстройки должна отличаться от ближайшей из частот источника модулируюшего тока 20 не менее, чем в 10 раэ, что необходимо для их уверенного разделения. Ам ппитуда сигнала подстройки должна быть достаточно малой, чтобы не изменить магнитное состояние магнитопроводов токосъемников 1.

Настройка каждого источника модулируюшего тока и аппаратуры в цепи преобразования полезного сигнала каждого канала на свои частоты позволяет уменьшить взаимное влияние магнитомодуляционных

С помощью терморезистора 17, токо» съемника 3 и схемы 19 производится непрерывное измерение температуры холодного" спая термопары 15. Поскольку все холодные" спаи термопар 15 при своем вращении проходят одни и те же точки пространства, контроль температуры холодного спая одной из них позволяет cy4HTb о темпепатчве холодных спаев осм

8709 токосъемников друг на друга и тем самым уменьшить погрешности преобразования.

Устройство (один канал) работает следующим образом.

При отсутствии разницы температур между рабочим и "холодным спаями вращающейся термопары 15 она не развивает термо-ЭДС. Сигнал подстройки источника 18 передается с помощью второго токосъемника 2 во вращающую цепь. В не-1о подвижной измерительной обмотке 7 токосъемника 1 наводится напряжение, состоящее из сигнала подстройки и четных и нечетных гармоник тока модуляции ис» точника 20. Этот сложный сигнал ïðîõî» дит согласующее устройство 21, режекторный фильтр 22, который подавляет первую гармонику тока модуляции источника 20 и пропускает остальные гармоники без изменений, и поступает на вход щ усилителя 23.

Далее цепь преобразования полезного сигнала (фильтр низких частот 24, попосовой фильтр 25, выпрямитель 26, инте» гратор 27 и усилитель 28) выделяет 25 сигнал второй гармоники тока модуляции источника 20, выпрямляет, сглаживает и усиливает его. Перед началом измерений при установленной амплитуде модулируюшего тока источника 20 у интегратора

27 выходной сигнал устанавливается равным нулю. Поэтому вторая гармоника тока модуляции, ноявляюшаяся в обмотке 7 токосъемника 1 из за нелинейных свойств материала магнитопровода не вызывает

35 протекания тока в обмотке 8 токосъемника 1. .Одновременно фильтр высших частот

30, активный полосовой фильтр 31, демо дулятор 32 и интегратор 33 выделяют

40 модулированный по амплитуде второй гармоникой тока модуляции сигнал подстройки и преобразует его в сигнал управления коэффициентом усиления усилителя 23.

При постоянстве коэффициента преобразо45 вания цепи, включающей токосъемник 1, \ линию связи, согласующее устройство 21, фильтр 22 и усидитель 23, коэффициент усиления последнего остается неизменным.

83 6 тальных термопар 15, так как эти температуры равны между собой.

При появлении разницы температур меж ду рабочим и холодным спаями термо»пары 15 по вращающимся цепям, включающим вращающиеся обмотки 11 токосъемника 2 и обмотки 5 токосъемника 1, протекает постоянный ток, однозначно соответствующий величине ЭДС, развиваемой термопар 15. Согласно принципу работы магнитомодуляционных токосъемников это приводит к изменению (увеличению) уровня второй гармоники тока модуляции источника 20 в обмотке 7 токосъемника 1.

Этот сигнал поступает через согласующее устройство 21, режекторный фильтр

22, подавляющий первую гармонику тока модуляции, на вход усилителя 23. С одного из его выходов усиленный сигнал, представляюший собой сумму второй гармоники тока модуляции источника 20 и сигнала подстройки, постурает на вход цепи преобразования измерительного сигнала. Фильтр низких частот 24 и полосовой фильтр 25 выделяет вторую гармонику тока модуляции. После выпрямления выпрямителем 26 и сглаживания интегратором 27 усиленный усилитедем 28 сиг нал постоянного тока, пропорциональный амплитуде второй гармоники тока модули» ции, протекает по неподвижной обмотке

8 токосъемника 1. Этот ток создает маг нитный. поток, направленный встречно маг»нитному потоку, создаваемому вращающейся обмоткой, и компенсирует его. Величина этого тока или падение напряжения на резис» торе, включенном последовательно с обмоткой 8, однозначно соответствующая входному сигналу (ЭДС термопары 15) регистрируется регистратором 29.

Одновременно с другого выхода усилителя 23 сигнал поступает на вход цепи преобразования сигнала подстройки. Фидьтры 30 и 31 выделяет модулированный сигнап подстройки, огибающая которого выделяется демодулятором 3 2, сглаживается интегратором 33 и подается на управляющий вход усилителя 23.

При изменениях коэффициентов преобразования токосъемника 2 или токосъемника 1 при изменениях температуры, mrзываюших изменение магнитных свойств материалов магнитопроводов 9 и 4, при смешениях вращающейся части относите но неподвижных частей токосъемного узла

Ъ или из-оа старения материала магнитощкм водов с течением времени происходит со ответствующее изменение уровня огибаю щей сигнала подстройки на выходе интегрв

87 торов ЗЗ каждого канала измерения. Эти изменения с обратным знаком подаются на управляющий вход усилителей 23, изменяя их коэффициенты усиления таким образом, что коэффициенты передачи трак тов каждого канала, вкпючаюшего токосьемник 1, линию связи, согласующий блок

21, режекторный фильтр 22 и усилитель

23, остаются постоянными. Тем самым образуется замкнутая компенсационная схема, поддерживающая коэффициент передачи этого тракта постоянным независимо от температурных и временных изменений коэффициентов преобразования токосъемников 1.

Кроме того, токосъемник 1, согласуюший блок 21, режекторный фильтр 22, усилитель 23 и цепь преобразования измерительного сигнала, вкпючаюшая фильтр низких частот 24, попосовой фипьтр 25, выпрямитель 26, интегратор 27 и усилитель 28, также образуют замкнутую компенсационную схему преобразования (статического уравновешивания). Это позволяет исключить влияние погрешности преобразования цепи преобразования измеритель. ного сигнала на результат измерения и тем самым повысить точность измерения температуры врашаюшегося объекта по сравнению с прототипом.

Окончательное определение температуры врашаюшегося объекта производится с учетом значений температуры "холодных" спаев термопар 15, определяемой с помощью терморезистора 17, токосъемника 3 и схемы 19.

0983 8

Как и в прототипе выходной сигнал мо. жет сниматься на других частотах, например на частоте тока модуляции источника

20, на третьей иди других гармониках. В этом случае соответствуюшие частотно-избиратепьные элементы устройства должны настраиваться на соответствуюшие частоты.

Использование устройства позволяет уменьшить погрешность измерения температуры по сравнению с прототипом, что позволит получить существенную экономию за счет оптимизации режимов работы врашаюшихся объектов, например врашаюшихся печей, роторов паровых турбин и т.п.

Формула изобретения

Многоканальное устройство дпя измере20 ния температуры врашаюшегося объекта по авт.. св. № 787913, о т и и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения точ- носги измерения температуры, в каждый канал введен усилитель мошности, а в

25 каждый индуктивный токосъемник-неподвижно расположенная дополнительная обмотка, причем вход усилителя мошности соединен с выходом первого интегратора, а выход - с последовательно включенными дополнительной обмоткой и регистратором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

¹ 787913, кп. G 01 К 13/G8, 1 1.12.78 (прототип).