CN201016857Y - 旋转式自动测温装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转式自动测温装置，包括旋转式温度信号采集机构、测控仪、计算机和数字电压表。旋转式温度信号采集机构用于旋转测温，该机构与测控仪连接，将采集到的发动机排气温度场的温度转换成电信号传输给测控仪；测控仪与计算机和数字电压表连接，根据计算机的通道选择控制信号，将被选通道的电信号接通并传输给数字电压表；数字电压表与计算机连接，将从测控仪接收到的电信号转换成数字信号并传输给计算机；计算机将从数字电压表接收到的数字信号处理后变换为温度场数据输出，完成温度检测。此种测温装置启动一次发动机即可完成发动机排气场的温度测量，240个测温点的温度场测量仅需2分钟完成。

Description

旋转式自动测温装置

技术领域

本实用新型属于温度测量装置，特别涉及一种发动机排气温度场的温度测量装置。

背景技术

对发动机排气温度进行测量，描绘出发动机的排气温度场曲线，是评价发动机品质的一项基础工作。要描绘出发动机的排气温度场曲线，一台发动机至少要测量200个温度检测点，用现有的温度巡检仪进行测量，每次只能测40个点，完成一个完整的温度场检测，至少需测量5次。每次测量时，需将发动机从起动逐渐升速到大状态，工作状态稳定后开始测量，测完后发动机减速停机，待机体冷却后重新更换传感器的固定位置，再次重复上述过程进行下一次测量。如此反复多次，耗时4～5个小时才能完成一台发动机的温度检测，如果仪器发生故障，花费的时间更长。此外：多次启动发动机测量，不仅要消耗大量的航空燃油，而且不可避免地会引入测量误差；机体处于高温状态下更换传感器的位置极易引起人身和设备事故；现有温度巡检仪的输入通道都采用电子开关，仅适用于弱电信号的采集。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转式自动测温装置，此种测温装置启动一次发动机即可完成发动机排气场的温度测量，发动机在大状态稳定后，200多个测温点的测量时间仅需几分钟，不仅节约了人力，降低了油耗，而且提高了测量精度和试车台设备的使用效率。

本实用新型所述旋转式自动测温装置，包括旋转式温度信号采集机构、测控仪、计算机和数字电压表。旋转式温度信号采集机构用于旋转测温，该机构与测控仪连接，将采集到的发动机排气温度场的温度转换成电信号传输给测控仪；测控仪与计算机和数字电压表连接，根据计算机的通道选择控制信号，将被选通道的电信号接通并传输给数字电压表；数字电压表与计算机连接，将从测控仪接收到的电信号转换成数字信号并传输给计算机；计算机将从数字电压表接收到的数字信号处理后变换为温度场数据输出，完成温度检测。

旋转式温度信号采集机构包括步进电机、减速器、热电偶和支架，步进电机的动力输出轴与减速器的动力输入轴连接，支架与减速器的动力输出轴连接，热电偶安装在支架上。支架至少包含两个支臂，各支臂用于安装热电偶，各支臂上至少应安装两只热电偶。若支架包含三个支臂，则称为三叉支架，其三个支臂按互差120°分布为佳。

测控仪包括工作电源、通道译码电路、继电器切换电路、步进电机控制电路和I/O板卡；I/O板卡与计算机、通道译码电路和步进电机控制电路连接，将计算机发送的选通地址码传输给通道译码电路，将计算机发送的步进控制码传输给步进电机控制电路，将从步进电机控制电路接收的节拍中断信号传输给计算机；通道译码电路与继电器切换电路连接，根据接收的选通地址码形成继电器控制信号，并将所述继电器控制信号传输给继电器切换电路；继电器切换电路由四线电阻信号切换电路和电量信号切换电路组成，根据所接收到的继电器控制信号将被选通道的电信号接通并传输给数字电压表；步进电机控制电路与旋转式温度信号采集机构中的步进电机连接，根据接收到的步进控制码形成步进电机驱动信号，控制步进电机的正转或反转或锁定；工作电源为上述各电路提供工作电流。

计算机为PC机和工业控制计算机均可，最好选用工业控制计算机。

本实用新型具有以下有益效果：

1、试验表明，使用本实用新型所述旋转式自动测温装置进行检测，当发动机在大状态稳定后，240个测温点的温度场测量仅需2分钟完成，一次测量足以满足发动机排气温度场曲线描绘的需要。

2、与现有温度巡检仪相比，测量精度明显提高。

3、由于只需一次测量，因而避免了更换传感器位置引起的人身和设备事故；

4、由于只需一次测量，不仅节约了人力，降低了油耗，而且提高了试车台设备的使用效率。

附图说明

图1是本实用新型所述旋转式自动测温装置的一种结构框图；

图2是旋转式温度信号采集机构的一种结构示意图；

图3是支架的一种结构示意图；

图4是测控仪的一种结构框图；

图5是测控仪中的工作电源的一种电原理图；

图6是测控仪中的通道译码电路的一种电原理图；

图7是测控仪中的四线电阻信号切换电路的一种电原理图；

图8是测控仪中的电量信号切换电路的一种电原理图；

图9是测控仪中的步进电机控制电路的一种电原理图；

图10是测控仪中的I/O板卡的一种连接原理图。

图中，1-旋转式温度信号采集机构、2-测控仪、3-计算机、4-数字电压表、5-步进电机、6-减速器、7-热电偶、8-支架、9-扩散器内锥体、10-扩散器外壳、10-工作电源、11-通道译码电路、12-1-四线电阻信号切换电路、12-2-电量信号切换电路、13-步进电机控制电路、14-I/O板卡、15-高位地址译码器、16-低位地址译码器、17-三极管阵列集成电路、18-恒流源电路、19-步进电驱动发电路、20-节拍发生器、21-光电隔离电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构进行具体描述，有必要指出的是，所述实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实施例中的旋转式自动测温装置如图1所示，包括旋转式温度信号采集机构1、测控仪2、计算机3和数字电压表4，计算机选用工业控制计算机，数字电压表4选用美国生产的Agilent 34401A6位半数字电压表。

旋转式温度信号采集机构1的结构如图2、图3所示，包括步进电机5、减速器6、热电偶7和支架8。步进电机5为五相电机，型号为90BF006；减速器6为两级齿轮减速器，第一级减速比为1/16，第二级减速比为1/2.4，总减速比：Z＝1/16×1/2.4＝1/38.4；支架8为三叉支架，包含三个支臂，其三个支臂按互差120°分布，每个支臂在要求的位置均固定了5支热电偶7。

测控仪2的结构如图4所示，包括工作电源10、通道译码电路11、继电器切换电路、步进电机控制电路13和I/O板卡14；继电器切换电路由四线电阻信号切换电路12-1和电量信号切换电路12-2组成。

所述工作电源10的具体电路结构如图5所示，变压器功率为100VA，原边为220V，付边有14V和20V两个绕组输出，14V绕组输出经整流、滤波和稳压后转换为+12V稳压电源，供通道译码电路和继电器使用；20V绕组输出经整流滤波后作为步进电机控制电路的电源使用。

所述通道译码电路11的具体电路结构如图6所示，由高位地址译码器15、低位地址译码器16和三极管阵列集成电路17组成。高位地址译码器为一片2-4线译码芯片，其型号CD4556；低位地址译码器为四片4-16线译码芯片，译码芯片型号CD4514；三极管阵列集成电路选用三极管阵列集成块ULN2804。高位地址译码器可分别选通四片CD4514中的任一片，高、低位译码器构成了64路地址译码电路。

所述四线电阻信号切换电路12-1由15对(两个继电器为一对)继电器组成，每5对继电器安装在一块切换板上，图7所示为5对继电器在一块切换板上的安装组合方式。所述电量信号切换电路12-2由50个继电器组成，每10个继电器安装在一块切换板上，图8所示为10个继电器在一块切换板上的安装组合方式。继电器均选用OMRON的双转换密封继电器，线圈工作电压为DC 12V，触点电流1A，继电器动作时间小于15mS。

所述步进电机控制电路13的具体电路结构如图9所示，由恒流源电路18、步进电机驱动电路19和节拍发生器20组成。步进电机驱动电路19由五只功率三极管和五组光电隔离电路21组成，各组光电隔离电路均由光电偶合器及其外围元件构成；各只功率三极管的发射极与恒流源电路的输出端连接，各只功率三极管的集电极分别与步进电机的一组相线圈连接，各只功率三极管的基极分别对应的光电偶合器中的光敏三极管的发射极连接。节拍发生器由时基电路集成块NE555及其外围电路组成。

所述I/O板卡14选用HY-6120板卡(北京华控生产)，HY-6120板卡含16路开关量输入、16路开关量输出和1路中断控制信号，本实施例仅使用了16路开关量输出作为继电器通道选择和步进电机的控制操作，测控仪的步进节拍发生器以固定的250Hz的频率通过板卡的INT端向计算机发出中断信号，形成步进电机的节拍控制。I/O板卡插在计算机主板的扩展槽上，其输入输出口线经40线的插接件与有关电路相连，连接电路如图10所示。

本实施例所述旋转式自动测温装置的工作原理：

在计算机的控制下，步进电机通过减速器驱动支架转动，支架旋转120°即可扫描到360°的温度场。如图6所示，在计算机的控制下，来自HY-6120I/O板卡的D/O 00～D/O 05是64路传感器的选通地址代码，D/O 06是地址译码器的使能控制信号。当D/O 06为高电平时，CD4556为禁止状态，四片CD4514的输出全部为无效电平，即64路地址译码器不工作。只有在D/O 06为低电平时，64路地址译码器的输出才有效。

被选通道的电信号经过三极管阵列集成块ULN2804的驱动后，令图7、图8中相应的继电器动作，继电器触点将与之相连接热电偶的电信号传送到6位半数字电压表Agilent 34401A，完成A/D转换过程。采集到的数据经计算机处理后变换为温度场数据输出，完成温度检测。

系统设计有环境温度检测通道，可对热电偶的冷端补偿或作为环境温度的测量。该通道由D/O 07口线控制，选通了该通道，系统接通一个四线热敏铂电阻，依据测得的电阻值，计算机可计算出环境温度值。

整个系统总共有65个检测通道。当D/O 06为高电平且D/O 07为低电平时，系统才唯一选通环境温度测量通道。其它通道选择时D/O 06必须是低电平而D/O 07必须是高电平。

使用时，将安装三叉支架8的减速器动力输出轴安装在扩散器内锥体9(测温辅助装置)中，如图2所示。

Claims (8)

1.一种旋转式自动测温装置，其特征在于包括旋转式温度信号采集机构(1)、测控仪(2)、计算机(3)和数字电压表(4)；

旋转式温度信号采集机构(1)用于旋转测温，该机构与测控仪(2)连接，将采集到的发动机排气温度场的温度转换成电信号传输给测控仪(2)；

测控仪(2)与计算机(3)和数字电压表(4)连接，根据计算机的通道选择控制信号，将被选通道的电信号接通并传输给数字电压表(4)；

数字电压表(4)与计算机(3)连接，将从测控仪(2)接收到的电信号转换成数字信号并传输给计算机(3)；

计算机(3)将从数字电压表(4)接收到的数字信号处理后变换为温度场数据输出，完成温度检测。

2.根据权利要求1所述的旋转式自动测温装置，其特征在于旋转式温度信号采集机构(1)包括步进电机(5)、减速器(6)、热电偶(7)和支架(8)，步进电机(5)的动力输出轴与减速器的动力输入轴连接，支架(8)与减速器(6)的动力输出轴连接，热电偶(7)安装在支架(8)上。

3.根据权利要求2所述的旋转式自动测温装置，其特征在于支架(8)为三叉支架，包含三个支臂，其三个支臂按互差120°分布。

4.根据权利要求3所述的旋转式自动测温装置，其特征在于支架(8)的各支臂上至少安装有两只热电偶(7)。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的旋转式自动测温装置，其特征在于测控仪(2)包括工作电源(10)、通道译码电路(11)、继电器切换电路、步进电机控制电路(13)和I/O板卡(14)；

I/O板卡(14)与计算机(3)、通道译码电路(11)和步进电机控制电路(13)连接，将计算机(3)发送的选通地址码传输给通道译码电路(11)，将计算机(3)发送的步进控制码传输给步进电机控制电路(13)，将从步进电机控制电路(13)接收的节拍中断信号传输给计算机(3)；

通道译码电路(11)与继电器切换电路连接，根据接收的选通地址码形成继电器控制信号，并将所述继电器控制信号传输给继电器切换电路；

继电器切换电路由四线电阻信号切换电路(12-1)和电量信号切换电路(12-2)组成，根据所接收到的继电器控制信号将被选通道的电信号接通并传输给数字电压表(4)；

步进电机控制电路(13)与旋转式温度信号采集机构中的步进电机(5)连接，根据接收到的步进控制码形成步进电机驱动信号，控制步进电机(5)的正转或反转或锁定；

工作电源(10)为上述各电路提供工作电流。

6.根据权利要求5所述的旋转式自动测温装置，其特征在于通道译码电路(11)由高位地址译码器(15)、低位地址译码器(16)和三极管阵列集成电路(17)组成，高位地址译码器为一片2-4线译码芯片，低位地址译码器为四片4-16线译码芯片。

7.根据权利要求5所述的旋转式自动测温装置，其特征在于步进电机为五相电机，步进电机控制电路(13)由恒流源电路(18)、步进电机驱动电路(19)和节拍发生器(20)组成；

步进电机驱动电路(19)由五只功率三极管和五组光电隔离电路(21)组成，各组光电隔离电路均由光电偶合器及其外围元件构成，各只功率三极管的发射极与恒流源电路的输出端连接，各只功率三极管的集电极分别与步进电机的一组相线圈连接，各只功率三极管的基极分别与对应的光电偶合器中的光敏三极管的发射极连接；

节拍发生器由时基电路集成块及其外围电路组成。

8.根据权利要求6所述的旋转式自动测温装置，其特征在于步进电机为五相电机，步进电机控制电路(13)由恒流源电路(18)、步进电机驱动电路(19)和节拍发生器(20)组成；

步进电机驱动电路(19)由五只功率三极管和五组光电隔离电路(21)组成，各组光电隔离电路均由光电偶合器及其外围元件构成，各只功率三极管的发射极与恒流源电路的输出端连接，各只功率三极管的集电极分别与步进电机的一组相线圈连接，各只功率三极管的基极分别与对应的光电偶合器中的光敏三极管的发射极连接；

节拍发生器由时基电路集成块及其外围电路组成。

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