RU2169105C1 - Device for estimation of intensity of icing - Google Patents
Device for estimation of intensity of icing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169105C1 RU2169105C1 RU2000116044A RU2000116044A RU2169105C1 RU 2169105 C1 RU2169105 C1 RU 2169105C1 RU 2000116044 A RU2000116044 A RU 2000116044A RU 2000116044 A RU2000116044 A RU 2000116044A RU 2169105 C1 RU2169105 C1 RU 2169105C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- icing
- electrically conductive
- heating power
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое решение относится к области авиационной техники и может быть использовано для более быстрого и точного определения интенсивности обледенения с меньшими затратами электроэнергии. The proposed solution relates to the field of aviation technology and can be used to more quickly and accurately determine the intensity of icing with less energy.
Аналогичные технические решения известны, см., например, авторское свидетельство СССР N 1135690, которое содержит:
- датчик обледенения с узлом нагрева, выполненный в виде спирали, расположенной и закрепленной внутри корпуса датчика обледенения и мерной поверхности, выполненной в виде сетки, закрепленной внутри корпуса датчика обледенения и расположенной у поверхности спирали;
- сигнализатор обледенения, расположенный и закрепленный внутри корпуса датчика обледенения;
- источник постоянного напряжения, подсоединенный своим положительным выводом к первому контакту сигнализатора обледенения;
- пороговое устройство, выполненное в виде электромагнитного реле, подсоединенного одним концом своей обмотки к второму контакту сигнализатора обледенения и другим концом своей обмотки к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, своим первым контактом к одному из концов спирали узла нагрева, подсоединенной своим другим концом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, а вторым контактом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- формирователь сигнала индикации, выполненный в виде диодной развязки, подсоединенный своим входом к первому контакту электромагнитного реле и фильтра, подсоединенного своим входом к выходу диодной развязки;
- индикатор, подсоединенный своим входом к выходу диодной развязки формирователя сигнала индикации.Similar technical solutions are known, see, for example, USSR copyright certificate N 1135690, which contains:
- an icing sensor with a heating unit, made in the form of a spiral located and fixed inside the icing sensor case and a measuring surface made in the form of a grid fixed in the icing sensor case and located at the surface of the spiral;
- icing warning device located and fixed inside the icing sensor housing;
- a constant voltage source connected by its positive terminal to the first contact of the icing detector;
- a threshold device made in the form of an electromagnetic relay connected at one end of its winding to the second contact of the icing detector and the other end of its winding to the negative terminal of the DC voltage source, with its first contact to one end of the spiral of the heating unit, connected at its other end to the negative terminal a constant voltage source, and a second contact to a positive terminal of a constant voltage source;
- an indication signal generator, made in the form of a diode isolation, connected by its input to the first contact of the electromagnetic relay and a filter connected by its input to the output of the diode isolation;
- an indicator connected by its input to the output of the diode isolation of the display signal shaper.
Общими признаками аналога описанного выше и предлагаемого решения являются:
- датчик обледенения;
- источник постоянного напряжения;
- индикатор.Common features of the analogue of the above and the proposed solutions are:
- icing sensor;
- source of constant voltage;
- indicator.
Технический результат, который невозможно достичь вышеописанным аналогом, заключается в получении максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения. The technical result, which cannot be achieved by the above analogue, is to obtain the maximum possible heat transfer from the heater to the icing surface.
Причиной невозможного достижения технического результата является то, что в процессе образования льда на поверхности обледенения и в процессе нагревания отдельным нагревателем этой поверхности, нагреватель и поверхность обледенения разнесены друг от друга на достаточно большое расстояние, что в широком диапазоне температур не позволяет получить максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения, а средства для максимального сближения поверхности обледенения к поверхности нагревателя отсутствуют, что в свою очередь приводит к значительному расходу электроэнергии, к небольшому быстродействию и низкой точности определения интенсивности обледенения. The reason for the impossible achievement of the technical result is that in the process of ice formation on the icing surface and in the process of heating this surface by a separate heater, the heater and the icing surface are separated from each other by a sufficiently large distance, which does not allow to obtain the maximum possible heat transfer from the heater to the icing surface, and there are no means for maximally converging the icing surface to the surface of the heater, which in Oy turn leads to a considerable power consumption, a small high-speed performance and low accuracy of determining the intensity of icing.
Известно также устройство для определения интенсивности обледенения, см. , патент Российской Федерации N 2005666, который выбран в качестве прототипа и который содержит:
- датчик обледенения, выполненный в виде двух поверхностей, разделенных между собой теплоизоляционными прокладками, расположенными и закрепленными внутри корпуса датчика обледенения и двух разделенных и встроенных внутрь поверхностей первого и второго нагревателей;
- первый датчик температуры, расположенный и закрепленный на корпусе первой поверхности;
- второй датчик температуры, расположенный и закрепленный на корпусе второй поверхности;
- датчик температуры торможения воздушного потока, расположенный и закрепленный на верхней части корпуса датчика обледенения;
- первый регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим входом к выходу первого датчика температуры, а первым выходом к входу первого нагревателя;
- второй регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим входом к выходу второго датчика температуры, а первым выходом к входу второго нагревателя;
- формирователь сигнала индикации, выполненный в виде вычислителя и подсоединенный своим первым входом к второму выходу первого регулятора мощности нагревания, своим вторым входом к второму выходу второго регулятора мощности нагревания и своим третьим входом к выходу датчика температуры торможения воздушного потока;
- индикатор, подсоединенный своим входом к выходу формирователя сигнала индикации.Also known is a device for determining the intensity of icing, see, patent of the Russian Federation N 2005666, which is selected as a prototype and which contains:
- icing sensor made in the form of two surfaces separated by heat-insulating spacers located and fixed inside the icing sensor body and two separated and built-in surfaces of the first and second heaters;
- a first temperature sensor located and mounted on the housing of the first surface;
- a second temperature sensor located and mounted on the housing of the second surface;
- air temperature braking temperature sensor located and fixed on the upper part of the icing sensor body;
- a first heating power controller, connected by its input to the output of the first temperature sensor, and by the first output to the input of the first heater;
- a second heating power controller, connected by its input to the output of the second temperature sensor, and by the first output to the input of the second heater;
- an indication signal generator, made in the form of a computer and connected by its first input to the second output of the first heating power controller, by its second input to the second output of the second heating power controller and by its third input to the output of the air flow braking temperature sensor;
- an indicator connected by its input to the output of the display signal shaper.
Общими признаками прототипа и предлагаемого решения являются:
- датчик обледенения;
- регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим положительным выводом к первому выводу датчика обледенения, и индикатор.Common features of the prototype and the proposed solutions are:
- icing sensor;
- a heating power controller connected by its positive terminal to the first terminal of the icing sensor, and an indicator.
Технический результат, который невозможно достичь прототипом, заключается в получении максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения. The technical result that cannot be achieved by the prototype is to obtain the maximum possible heat transfer from the heater to the icing surface.
Причиной невозможного достижения указанного технического результата является то, что при образовании льда на поверхности обледенения и в ходе нагревания этой поверхности:
- нагреватель и поверхность обледенения разнесены друг от друга на достаточно большое расстояние, что в широком диапазоне температур не позволяет получить максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения, а средства для максимально возможного сближения поверхностей обледенения и нагревания отсутствуют, что в свою очередь приводит к значительному расходу электроэнергии, низкому быстродействию и невысокой точности измерения интенсивности обледенения.The reason for the impossible achievement of the specified technical result is that when ice is formed on the icing surface and during heating of this surface:
- the heater and the icing surface are separated by a sufficiently large distance, which in a wide temperature range does not allow to obtain the maximum possible heat transfer from the heater to the icing surface, and there are no means for the maximum possible approximation of the icing and heating surfaces, which in turn leads to a significant power consumption, low speed and low accuracy of measuring the intensity of icing.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств для более быстрого и точного определения интенсивности обледенения с меньшими затратами электроэнергии является актуальной на сегодняшний день. Given the characterization and analysis of known similar technical solutions, we can conclude that the task of creating devices for faster and more accurate determination of the icing intensity with lower energy costs is relevant today.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в устройстве для определения интенсивности обледенения, содержащем датчик обледенения, регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим положительным выходным выводом к первому выводу датчика обледенения, и индикатор: - датчик обледенения выполнен в виде металлической пластины, электроизоляционной пленки, расположенной своей одной из поверхностей на поверхности металлической пластины и расположенной на верхней поверхности электроизоляционной пленки электропроводной термочувствительной дорожки, подсоединенной своим первым выводом к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания и вторым выводом через термостабильное сопротивление к отрицательному выходному выводу регулятора мощности нагревания и к первому выводу его второго входа, вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания подсоединены к его отрицательному выходному выводу, а индикатор подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания. The technical result indicated above is achieved by the fact that in the device for determining the icing intensity comprising an icing sensor, a heating power controller connected to the first output of the icing sensor by its positive output terminal and an indicator: - the icing sensor is made in the form of a metal plate, an electrical insulating film located on one of its surfaces on the surface of a metal plate and located on the upper surface of an electrical insulating film of electrically conductive a sensitive track connected by its first output to the first output of the first input of the heating power controller and the second output through thermostable resistance to the negative output terminal of the heating power controller and to the first output of its second input, the second terminals of the first and second inputs of the heating power controller are connected to its negative output output, and the indicator is connected by its input to the output of the heating power controller.
При этом металлическая пластина выполнена из сплава алюминия и магния, электроизоляционная пленка выполнена из окислов алюминия и магния толщиной 10 - 80 мкм, а электропроводная термочувствительная дорожка выполнена в виде плоской спирали никеля, при этом отношения длины (L) электропроводной термочувствительной дорожки к ее ширине (Ш) выбрано L/Ш ≥ 50, а общая площадь электропроводной термочувствительной дорожки составляет не менее 60% от площади металлической алюминиево-магниевой пластины. In this case, the metal plate is made of an alloy of aluminum and magnesium, the insulating film is made of aluminum and magnesium oxides with a thickness of 10 - 80 μm, and the electrically conductive heat-sensitive track is made in the form of a flat nickel spiral, while the ratio of the length (L) of the electrically conductive heat-sensitive track to its width ( W) L / W ≥ 50 is selected, and the total area of the electrically conductive heat-sensitive track is at least 60% of the area of the metal aluminum-magnesium plate.
Выбор алюминиево-магниевого сплава (марка АМГ-2) в качестве металлической пластины обусловлен тем, что позволяет формировать на поверхности металлической пластины прочную электроизоляционную пленку, состоящую из окислов алюминия и магния известными способами электрохимии. Полученная электроизоляционная пленка имеет повышенную адгезию в широком диапазоне температур, т. к. температурный коэффициент линейного расширения алюминиево- магниевого сплава металлической пластины и электроизоляционной пленки из окислов алюминия и магния совпадают. При этом сплав АМГ-2 обладает достаточно хорошей теплопроводностью, что обеспечивает высокую теплопередачу от электропроводной термочувствительной дорожки к поверхности обледенения алюминиево-магниевой металлической пластины и от поверхности обледенения алюминиево-магниевой металлической пластины к термочувствительной электропроводной дорожке. Это обеспечивает максимальное приближение температуры поверхности алюминиево-магниевой металлической пластины к температуре электропроводной термочувствительной дорожки. Электроизоляционная пленка предохраняет от короткого замыкания электропроводную термочувствительную дорожку, толщина которой выбрана 10-80 мкм, надежно предотвращает короткое замыкание и достаточно просто обеспечивается технологически. Уменьшение толщины электроизоляционной пленки менее 10 мкм приводит к снижению надежности электроизоляции и повышению вероятности появления короткого замыкания. Увеличение толщины электроизоляционной пленки более 80 мкм приводит к усложнению технологического процесса и перерасходу материала. The choice of aluminum-magnesium alloy (grade AMG-2) as a metal plate is due to the fact that it allows you to form a durable electrical insulating film on the surface of the metal plate, consisting of aluminum and magnesium oxides by known methods of electrochemistry. The obtained electrical insulation film has increased adhesion over a wide temperature range, since the temperature coefficient of linear expansion of the aluminum-magnesium alloy of the metal plate and the electrical insulation film of aluminum and magnesium oxides coincide. At the same time, the AMG-2 alloy has a sufficiently good thermal conductivity, which ensures high heat transfer from the electrically conductive heat-sensitive track to the icing surface of the aluminum-magnesium metal plate and from the icing surface of the aluminum-magnesium metal plate to the heat-sensitive electrically conductive track. This provides the maximum approximation of the surface temperature of the aluminum-magnesium metal plate to the temperature of the electrically conductive heat-sensitive track. The insulating film protects the electrically conductive heat-sensitive track from a short circuit, the thickness of which is selected 10-80 microns, reliably prevents a short circuit and is quite simply provided technologically. A decrease in the thickness of the insulating film less than 10 μm leads to a decrease in the reliability of electrical insulation and an increase in the likelihood of a short circuit. An increase in the thickness of the insulating film of more than 80 μm leads to a complication of the process and cost overrun of the material.
Выбор в качестве материала электропроводной термочувствительной дорожки никеля обусловлен тем, что из распространенных термочувствительных материалов никель имеет максимальный температурный коэффициент изменения сопротивления и обеспечивает максимальное изменение сопротивления от температуры и, соответственно, максимальную точность определения температуры. Поэтому для получения определенного значения термочувствительного сопротивления можно уменьшить длину электропроводной термочувствительной дорожки или увеличить ее сечение, соответственно уменьшить габариты металлической пластины датчика обледенения. The choice of nickel as the material of the electrically conductive heat-sensitive track is due to the fact that nickel has the maximum temperature coefficient of resistance change from the common heat-sensitive materials and provides the maximum change in resistance from temperature and, accordingly, the maximum accuracy in determining the temperature. Therefore, to obtain a certain value of heat-sensitive resistance, it is possible to reduce the length of the electrically conductive heat-sensitive track or increase its cross section, respectively, reduce the dimensions of the metal plate of the icing sensor.
Выполнение электропроводной термочувствительной дорожки в виде плоской спирали с общей площадью, максимально приближенной к площади металлической пластины и составляющей не менее 60% площади металлической пластины, позволяет максимально сблизить температуры металлической пластины и электропроводной термочувствительной дорожки за счет максимальной теплопередачи. Это обеспечивает повышенную достоверность регистрации температуры металлической пластины, интенсивности обледенения и высокое быстродействие. The implementation of the electrically conductive heat-sensitive track in the form of a flat spiral with a total area as close as possible to the area of the metal plate and constituting at least 60% of the area of the metal plate, makes it possible to bring the temperatures of the metal plate and the conductive heat-sensitive track as close as possible due to maximum heat transfer. This provides increased reliability of recording the temperature of the metal plate, the icing intensity and high speed.
Отношение длины "L" электропроводной термочувствительной дорожки к ее ширине "Ш" выбрано L/Ш ≥ 50 позволяет обеспечить исходное (при температуре = +20oC) значение сопротивления термочувствительной электропроводной дорожки от единиц Ом и выше при реальной толщине электропроводной термочувствительной никелевой дорожки.The ratio of the length "L" of the electrically conductive heat-sensitive track to its width "Ш" is selected L / Ш ≥ 50, which ensures the initial (at a temperature = +20 o C) resistance value of the thermally sensitive electrically conductive track from units of Ohms and higher with the actual thickness of the electrically conductive thermally sensitive nickel track.
Вышесказанное поясняется следующим примером. Сопротивление электропроводной термочувствительной никелевой дорожки при температуре = +20oC равно
где ρ - удельное сопротивление никеля 
L - длина электропроводной дорожки, мм;
Ш - ширина электропроводной термочувствительной дорожки, мм;
d - толщина электропроводной термочувствительной дорожки, мм.The foregoing is illustrated by the following example. The resistance of the electrically conductive heat-sensitive nickel track at a temperature = +20 o C is
where ρ is the resistivity of nickel
L is the length of the conductive track, mm;
W - the width of the electrically conductive heat-sensitive track, mm;
d is the thickness of the electrically conductive heat-sensitive track, mm
Полагая 
L/Ш ≥ 50, определяем d в мм
d ≥ 0,087 • 10-3 • 50/5 = 0,87 • 10-3 мм = 0,87 мкм.Assuming
L / W ≥ 50, determine d in mm
d ≥ 0.087 • 10 -3 • 50/5 = 0.87 • 10 -3 mm = 0.87 μm.
Уменьшение отношения менее 50 раз приводит к уменьшению толщины электропроводной термочувствительной дорожки, что в свою очередь уменьшает сечение и максимальный ток, пропускаемый через электропроводную термочувствительную никелевую дорожку. A decrease in the ratio of less than 50 times leads to a decrease in the thickness of the electrically conductive heat-sensitive track, which in turn reduces the cross section and the maximum current passed through the electrically conductive heat-sensitive nickel track.
Выполнение датчика обледенения, как указано выше, и его подсоединения позволяют максимально возможно сблизить поверхности металлической пластины и электропроводной термочувствительной дорожки, так как электроизоляционная пленка, расположенная между ними, обеспечивает не только их электроизоляцию, но и дает возможность максимально приблизить поверхность металлической пластины к поверхности электропроводной термочувствительной дорожки. А в процессе образования льда на поверхности металлической пластины и наличия напряжения на электропроводной термочувствительной дорожке разогреть ее и осуществить передачу тепловой энергии от электропроводной термочувствительной дорожки к поверхности металлической пластины, а так как эти поверхности максимально приближены друг к другу, то процесс теплоотдачи происходит очень быстро и лед на поверхности металлической пластины плавится гораздо быстрее. При этом процесс нагревания и плавления идет одновременно и непрерывно, а тепловой энергии расходуется гораздо меньше, т.к. разнесение поверхностей в пространстве сведено до минимума. The implementation of the icing sensor, as described above, and its connections make it possible to bring the surfaces of the metal plate and the electrically conductive heat-sensitive track as close as possible, since the insulating film located between them provides not only their electrical insulation, but also makes it possible to bring the surface of the metal plate as close as possible to the surface of the electrically conductive heat sensitive track. And in the process of ice formation on the surface of the metal plate and the presence of voltage on the electrically conductive heat-sensitive track, heat it up and transfer heat energy from the electrically conductive heat-sensitive track to the surface of the metal plate, and since these surfaces are as close as possible to each other, the heat transfer process occurs very quickly and ice on the surface of a metal plate melts much faster. At the same time, the process of heating and melting proceeds simultaneously and continuously, and much less energy is consumed, because spacing of surfaces in space is minimized.
При интенсивном образовании льда и при интенсивном его плавлении с выхода регулятора мощности нагревания на вход электропроводной термочувствительной дорожки поступает энергия, прямо пропорциональная интенсивности обледенения, а за счет обратной связи с выводов термостабильного сопротивления и с выводов электропроводной термочувствительной дорожки на соответствующие входы регулятора мощности нагревания происходит подача сигналов обратной связи и корректировка выходной мощности нагревания, прямо пропорционально зависящая от интенсивности образования льда. During intensive ice formation and during intense melting, the energy directly proportional to the icing intensity is supplied from the output of the heating power controller to the input of the heat-conducting thermally sensitive track, and due to feedback from the terminals of thermostable resistance and from the conclusions of the heat-conducting thermally sensitive track, the corresponding inputs of the heating power controller are supplied feedback signals and adjustment of the output heating power, which is directly proportional to ensivnosti ice formation.
Следовательно, получая сигнал изменения с соответствующего выхода регулятора мощности нагревания на вход индикатора, происходит индикация интенсивности обледенения на индикаторе. При этом процесс определения интенсивности происходит гораздо точнее и быстрее, так как отсутствует практически пространство между поверхностью металлической пластины и поверхностью электропроводной термочувствительной дорожкой, чем и достигается не только технический результат, указанный выше, но и более высокое быстродействие и точность определения интенсивности образования льда. Therefore, receiving a change signal from the corresponding output of the heating power controller to the indicator input, the icing intensity is indicated on the indicator. In this case, the process of determining the intensity occurs much more accurately and faster, since there is practically no space between the surface of the metal plate and the surface of the electrically conductive heat-sensitive track, which not only achieves the technical result indicated above, but also a higher speed and accuracy of determining the intensity of ice formation.
Для оценки патентоспособности предлагаемого решения были рассмотрены и проанализированы известные технические решения аналогичного назначения. To assess the patentability of the proposed solution, well-known technical solutions of a similar purpose were reviewed and analyzed.
В результате анализа известных технических решений был сделан вывод, что предлагаемое устройство для определения интенсивности обледенения обладает новизной и соответствует изобретательскому уровню. As a result of the analysis of known technical solutions, it was concluded that the proposed device for determining the icing intensity has a novelty and corresponds to an inventive step.
Сущность предлагаемого решения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема устройства для определения интенсивности обледенения;
на фиг. 2 представлена схема порогового элемента;
на фиг. 3 представлена схема формирователя сигнала блокировки;
на фиг. 4 представлена схема нормирующего усилителя.The essence of the proposed solution is illustrated by the following description and drawings, where:
in FIG. 1 is a diagram of a device for determining icing intensity;
in FIG. 2 is a diagram of a threshold element;
in FIG. 3 shows a blocking driver circuit;
in FIG. 4 is a diagram of a normalizing amplifier.
Устройство для определения интенсивности обледенения содержит:
датчик обледенения 1, выполненный в виде металлической алюминиево-магниевой пластины 2, электроизоляционной пленки 3 толщиной 10-80 мкм, состоящей из окислов алюминия и магния и расположенной своей одной из поверхностей на поверхности металлической алюминиево-магниевой пластины 2, расположенной и распределенной на верхней поверхности электроизоляционной пленки 3 электропроводной термочувствительной никелевой дорожки 4 в виде плоской спирали (змеевика), при этом отношение длины "L" электропроводной термочувствительной дорожки 4 к ее ширине "Ш" выбрано:
L/Ш ≥ 50, а общая площадь электропроводной термочувствительной дорожки 4 составляет не менее 60% от площади металлической алюминиево-магниевой пластины 2, выполненной методами литографии с помощью вакуумного напыления термочувствительного материала никеля на верхнюю поверхность электроизоляционной пленки 3,
- регулятор мощности нагревания 5 выполнен в виде: порогового элемента 6; формирователя сигнала блокировки 7, подсоединенного своим входом к выходу порогового элемента 6; регулируемого источника постоянного напряжения 8, подсоединенного своим первым входом к выходу формирователя сигнала блокировки 7 и нормирующего усилителя 9, подсоединенного своим выходом к второму входу регулируемого источника постоянного напряжения 8. При этом электропроводная термочувствительная дорожка 4 датчика обледенения 1 подсоединена своим первым выводом к положительному выходному выводу и к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания 5 и своим вторым выводом к отрицательному выходному выводу через термостабильное сопротивление 10 и к первому выводу второго входа регулятора мощности нагревания 5.A device for determining the intensity of icing contains:
icing sensor 1, made in the form of a metal aluminum-magnesium plate 2, an insulating
L / W ≥ 50, and the total area of the electrically conductive heat-sensitive track 4 is not less than 60% of the area of the metal aluminum-magnesium plate 2, performed by lithography using vacuum deposition of a heat-sensitive nickel material on the upper surface of the insulating
- heating power controller 5 is made in the form of: threshold element 6; a shaper of the blocking signal 7, connected by its input to the output of the threshold element 6; adjustable DC voltage source 8, connected by its first input to the output of the blocking signal generator 7 and a normalizing amplifier 9, connected by its output to the second input of the regulated constant voltage source 8. In this case, the electrically conductive heat-sensitive track 4 of the icing sensor 1 is connected by its first terminal to the positive output terminal and to the first terminal of the first input of the heating power controller 5 and its second terminal to the negative output terminal through thermostab resistance 10 and to the first output of the second input of the heating power controller 5.
Причем, вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания 5 подсоединены к его отрицательному выходному выводу, а индикатор 11 подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания 5. Moreover, the second terminals of the first and second inputs of the heating power controller 5 are connected to its negative output terminal, and the indicator 11 is connected by its input to the output of the heating power controller 5.
Пороговый элемент 6, представленный на фиг. 2, содержит: операционный усилитель ОУ 12 типа КР544УД (справочник "Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги" серии К544 - К564, том 5, стр.74-78, издательство Радиософт, 1999 год, автор Нефедов А.В.); первый резистор 13, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 12; второй резистор 14, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 12 и другим выводом к корпусу; третий резистор 15, подсоединенный одним своим выводом к источнику питания и вторым выводом к катоду стабилитрона 16, анод которого подсоединен к корпусу; четвертый резистор 17, подсоединенный одним своим выводом к катоду стабилитрона 16 и другим своим выводом к инвертирующему входу ОУ 12; пятый резистор 18, подсоединенный одним своим выводом к инвертирующему входу ОУ 12 и другим к корпусу; шестой резистор 19, подсоединенный своим одним выводом к инвертирующему входу и другим к выходу ОУ 12, и седьмой резистор 20, подсоединенный одним своим выводом к выходу ОУ 12. The threshold element 6 shown in FIG. 2, contains: operational amplifier ОУ 12 of type КР544UD (reference book "Integrated microcircuits and their foreign analogues", series К544 - К564, volume 5, pages 74-78, publishing house Radiosoft, 1999, author Nefedov A.V.); a first resistor 13 connected by one of its output to a non-inverting input of the op-amp 12; a second resistor 14 connected by one of its output to the non-inverting input of the op-amp 12 and the other output to the housing; a third resistor 15 connected by one of its output to the power source and the second output to the cathode of the zener diode 16, the anode of which is connected to the housing; the fourth resistor 17, connected with one of its output to the cathode of the zener diode 16 and its other output to the inverting input of the op-amp 12; the fifth resistor 18, connected by one of its output to the inverting input of the op-amp 12 and the other to the housing; the sixth resistor 19, connected with its one output to the inverting input and the other to the output of the op-amp 12, and the seventh resistor 20, connected with one of its output to the output of the op-amp 12.
Формирователь сигнала блокировки 7 (см. фиг. 3) содержит: диод 21; конденсатор 22, подсоединенной одной своей обкладкой к катоду диода 21 и другой к корпусу; первый резистор 23, подсоединенный одним своим выводом к катоду диода 21 и другим к корпусу; транзистор 24, подсоединенный своей базой к катоду диода 21; второй резистор 25, подсоединенный одним своим выводом к эмиттеру транзистора 24 и вторым выводом к корпусу. Коллектор транзистора 24 подсоединен к источнику питания. The blocking signal generator 7 (see Fig. 3) contains:
Нормируемый усилитель 9 (см. фиг. 4) содержит: операционный усилитель (ОУ) 26, выполненный на базе микросхемы типа КР544УД (справочник "Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги" серии К544 - К564, том 5, стр. 74-78, издательство Радиософт, 1999 год, автор Нефедов А.В.); первый резистор 27, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 26; второй резистор 28, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 26 и вторым к корпусу; первый конденсатор 29, включенный параллельно второму резистору 28; третий резистор 30, подсоединенный одним своим выводом к инвертирующему ОУ 26 и другим к корпусу; четвертый резистор 31, подсоединенный одним своим выводом к выходу ОУ 26 и другим к инвертирующему входу ОУ 26; второй конденсатор 32, включенный параллельно четвертому резистору 31; переменный резистор 33, подсоединенный своими выводами к выводам ОУ 26. The normalized amplifier 9 (see Fig. 4) contains: an operational amplifier (OA) 26, made on the basis of a chip of the type KR544UD (reference book "Integrated Circuits and Their Foreign Analogs" of the K544 - K564 series, volume 5, pp. 74-78, publisher Radiosoft, 1999, author Nefedov A.V.); a
В качестве регулируемого источника постоянного напряжения 8 использован регулируемый стабилизатор напряжения, опубликованный в справочнике "Интегральные микросхемы" издательство Додекс, 1998 год, стр.79, микросхема - К142ЕН. As an adjustable source of constant voltage 8, an adjustable voltage stabilizer was used, published in the reference book "Integrated Circuits", Dodex Publishing House, 1998, p. 79, microcircuit - K142EN.
Предлагаемое устройство для определения интенсивности обледенения работает следующим образом. The proposed device for determining the intensity of icing works as follows.
Регулируемый источник постоянного напряжения 8 регулятора мощности нагревания 5, подсоединенный через термостабильное сопротидление 10 к выводам электропроводной термочувствительной дорожки 4 датчика обледенения 1, развивает на ней мощность, позволяющую разогреть датчик обледенения 1 до температуры значительно выше +100oC.An adjustable constant voltage source 8 of the heating power controller 5, connected through thermostable resistance thread 10 to the terminals of the electrically conductive heat-sensitive track 4 of the icing sensor 1, develops power on it that allows the icing sensor 1 to be heated up to a temperature well above +100 o C.
Нормированный ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4, определяет необходимую мощность для разогрева датчика обледенения 1 до температуры выше +100oC, задается исходным напряжением на выходе нормирующего усилителя 9 резистором 33. В свою очередь напряжение на выходе нормирующего усилителя 9 однозначно задает величину напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8.The normalized current flowing through the electrically conductive heat-sensitive track 4 determines the required power for heating the icing sensor 1 to a temperature above +100 o C, is set by the initial voltage at the output of the normalizing amplifier 9 by the
Нормируемый ток поддерживается постоянным при разогреве электропроводной термочувствительной дорожки 4 и, соответственно, при изменении от температуры разогрева сопротивления электропроводной термочувствительной дорожки 4. The normalized current is kept constant when heating the electrically conductive heat-sensitive track 4 and, accordingly, when changing from the heating temperature of the resistance of the electrically conductive heat-sensitive track 4.
Стабильность нормированного тока обеспечивается за счет действия отрицательной обратной связи по току. The stability of the normalized current is ensured by the action of negative current feedback.
Напряжение отрицательной обратной связи с термостабильного сопротивления 10 поступает на неинвертирующий вход нормирующего усилителя 9 через резистор 27 (фиг. 4). При разогреве электропроводной термочувствительной дорожки 4 сопротивление ее будет возрастать, что приводит к уменьшению тока, протекающего через нее, и, соответственно, к уменьшению напряжения на термостабильном сопротивлении 10. The voltage of the negative feedback from thermostable resistance 10 is supplied to the non-inverting input of the normalizing amplifier 9 through the resistor 27 (Fig. 4). When the electrically conductive heat-sensitive track 4 is heated, its resistance will increase, which leads to a decrease in the current flowing through it, and, accordingly, to a decrease in voltage at the thermostable resistance 10.
Так как термостабильное сопротивление 10 соединено с неинвертирующим входом, на выходе нормирующего усилителя 9 напряжение будет также уменьшаться. Напряжение с выхода нормирующего усилителя 9 поступает на вход (2) управления регулируемого источника постоянного напряжения 8, причем уменьшение напряжения на входе (2) управления приводит к увеличению напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8. Since the thermostable resistance 10 is connected to a non-inverting input, the output of the normalizing amplifier 9 will also decrease. The voltage from the output of the normalizing amplifier 9 is supplied to the control input (2) of the adjustable constant voltage source 8, and a decrease in voltage at the control input (2) leads to an increase in the voltage at the output of the adjustable constant voltage source 8.
Увеличение напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8 приводит к увеличению тока, протекающего через электропроводную термочувствительную дорожку 4, т.е. в результате протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4 ток не меняется и остается равным нормированному и не зависит от ее разогрева (температуры). An increase in the voltage at the output of an adjustable constant voltage source 8 leads to an increase in the current flowing through the electrically conductive heat-sensitive track 4, i.e. as a result, the current flowing through the electrically conductive heat-sensitive track 4 does not change and remains equal to the normalized one and does not depend on its heating (temperature).
Точность поддержания нормированного тока неизменным при изменении сопротивления электропроводной термочувствительной дорожки 4 (нагревании и охлаждении ее) определяется коэффициентом усиления нормирующего усилителя 9 (задаваемым сопротивлениями 31 и 30) и коэффициентом усиления но цепи управления регулируемого источника постоянного напряжения 8. Конденсаторы 32, 29 определяют необходимую полосу пропускания частот. The accuracy of maintaining the normalized current unchanged when the resistance of the electrically conductive thermally sensitive track 4 (heating and cooling it) is determined by the gain of the normalizing amplifier 9 (set by the
Так как нормированный ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4, неизменен, то при ее разогреве, на нее воздействует увеличивающаяся мощность вследствие увеличения сопротивления, что в свою очередь приводит к более быстрому разогреву. Since the normalized current flowing through the electrically conductive heat-sensitive track 4 is unchanged, when it is heated, it is affected by increasing power due to increased resistance, which in turn leads to faster heating.
Напряжение на контактах электропроводной термочувствительной дорожки при разогреве возрастает прямо пропорционально росту ее сопротивления, т.е. росту температуры. The voltage at the contacts of the electrically conductive heat-sensitive track during heating increases in direct proportion to the growth of its resistance, i.e. rise in temperature.
Напряжение с контактов электропроводной термочувствительной дорожки 4 поступает на вход порогового элемента 6, на неинвертирующий вход ОУ 12 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 13 и 14 (фиг. 2). The voltage from the contacts of the electrically conductive heat-sensitive track 4 is supplied to the input of the threshold element 6, to the non-inverting input of the op-
На инвертирующий вход ОУ 12 поступает опорное напряжение от стабилитрона 16 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 17 и 18. The inverting input of the
Когда положительное напряжение на инвертирующем входе больше положительного напряжения на неинвертирующем входе, на выходе ОУ 12 будет низкий уровень напряжения, близкий к "0" вольт, в случае, когда больше напряжение на неинвертирующем входе, на выходе ОУ 12 будет высокий уровень положительного напряжения "+". Порог перехода на выходе ОУ 12 от "0" до уровня "+", при разнице напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах, определяется коэффициентом усиления ОУ 12 (резисторы 17, 18, 19) и напряжением питания ОУ 12. Чем больше коэффициент усиления ОУ 12, тем при меньшей разнице напряжений на входах ОУ 12 будет осуществляться переброс на выходе его напряжения от "0" до "+" и наоборот (порог срабатывания уменьшается). When the positive voltage at the inverting input is greater than the positive voltage at the non-inverting input, the output of the op-
Сопротивления 13, 14, 17 и 18, стабилитрон 16 выбраны такими, чтобы напряжение на неинвертирующем входе ОУ 12, поступающее от электропроводной термочувствительной дорожки 4 при ее температуре +100oC, было равно напряжению на инвертирующем входе ОУ 12 поступающем от стабилитрона 16.
При возрастании температуры электропроводной термочувствительной дорожки 4 напряжение на ее выводах возрастает и напряжение на неинвертирующем входе ОУ 12 становится больше напряжения на инвертирующем входе, при этом на выходе ОУ 12 будет плюсовое напряжение. When the temperature of the electrically conductive heat-sensitive track 4 increases, the voltage at its terminals increases and the voltage at the non-inverting input of the op-
При температуре электропроводной термочувствительной дорожки 4 менее +100oC на выходе ОУ 12 напряжение, соответственно, будет равно "0".When the temperature of the thermally conductive heat-sensitive track 4 is less than +100 o C at the output of the
Напряжение с выхода ОУ 12 поступает через резистор 20 на вход формирователя сигнала блокировки 7 (фиг. 3), диод 21, емкость 22, резистор 23 и эмиттерный повторитель на транзисторе 24 и резисторе 25. При положительном напряжении на выходе ОУ 12 происходит заряд емкости 22. Постоянная времени заряда τз = R20 • С22. Разряд емкости 22 идет через резистор 23 с постоянной времени τр = R23• C22.The voltage from the output of the op-
Так как входное сопротивление эмиттерного повторителя много больше резистора 23, то разрядом конденсатора 22 через базовую цепь транзистора 24 можно пренебречь. Since the input resistance of the emitter follower is much larger than the
Постоянная времени разряда конденсатора 22 выбрана много больше постоянной времени ее заряда τр ≫ τз.The discharge time constant of the
Положительное напряжение с выхода эмиттерного повторителя на транзисторе 24 поступает на вход блокировки регулируемого источника постоянного напряжения 8 и при плюсовом уровне напряжения блокирует его выходное напряжение, т. е. на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8, напряжение становится равным "0" вольт. The positive voltage from the output of the emitter follower on the
Ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4, становится равным "0", напряжение на термостабильном сопротивлении 10 также становится равным "0" и напряжение на выходе ОУ 12 также равно "0". The current flowing through the electrically conductive heat-sensitive track 4 becomes equal to "0", the voltage at the thermostable resistance 10 also becomes equal to "0" and the voltage at the output of the op-
Диод 21, при этом, оказывается включенным в обратном направлении, к его катоду приложено плюсовое напряжение с конденсатора 22, а к аноду - нулевое напряжение с выхода ОУ 12. The
При разряде конденсатора 22 через резистор 23 положительное напряжение на выходе эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе 24, снижается и с определенного уровня блокировка регулируемого источника постоянного напряжения 8 прекращается и на его выходе возникает напряжение, обеспечивающее нормированный ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4. Длительность блокировки регулируемого источника постоянного напряжения 8 определяется постоянной времени разряда конденсатора 22 и устанавливается в зависимости от габаритов датчика обледенения 1. When the
Если за период времени, в течение которого электропроводная термочувствительная дорожка 4 была обесточена, его температура стала ниже +100oC, то напряжение, поступающее на неинвертирующий вход ОУ 12, будет меньше напряжения на его инвертирующем входе, на выходе ОУ 12 будет нулевое напряжение, следовательно, на входе блокировки регулируемого источника постоянного напряжения 8 будет нулевое напряжение и, соответственно, будет происходить разогрев электропроводной термочувствительной дорожки 4 датчика обледенения 1.If during the period of time during which the electrically conductive thermally sensitive track 4 was de-energized, its temperature became lower than +100 o C, then the voltage supplied to the non-inverting input of the op-
После разогрева электропроводной термочувствительной дорожки 4 выше температуры +100oC описанный выше процесс повторяется.After heating the electrically conductive heat-sensitive track 4 above a temperature of +100 o C, the above process is repeated.
Таким образом, цепь: выводы электропроводной термочувствительной дорожки 4, пороговый элемент 6, формирователь сигнала блокировки 7, блокирующий вход регулируемого источника постоянного напряжения 8, не позволяют разогреваться электропроводной термочувствительной дорожки 4 (датчику обледенения 1) выше температуры +100oC.Thus, the circuit: the conclusions of the electrically conductive heat-sensitive track 4, the threshold element 6, the driver of the blocking signal 7, blocking the input of an adjustable constant voltage source 8, do not allow the electrically conductive heat-sensitive path 4 (icing sensor 1) to warm up above +100 o C.
Выход регулируемого источника постоянного напряжения 8 подсоединен к входу индикатора 11, который реагирует на среднюю величину выходного напряжения регулируемого источника постоянного напряжения 8. Поэтому в случае малого отвода тепла с датчика обледенения 1 разогрев его проводится за короткое время, которое соответствует наличию напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8. The output of the adjustable constant voltage source 8 is connected to the input of the indicator 11, which responds to the average value of the output voltage of the regulated constant voltage source 8. Therefore, in the case of small heat removal from the icing sensor 1, it is heated in a short time, which corresponds to the presence of voltage at the output of the regulated source DC voltage 8.
При большом отводе тепла с датчика обледенения 1 наличие напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8 будет более длительное время. В этом случае показание индикатора 11 будет больше. With a large heat dissipation from the icing sensor 1, the presence of voltage at the output of an adjustable constant voltage source 8 will be a longer time. In this case, the indicator 11 will be more.
Рассмотрим общую работу устройства для определения интенсивности обледенения в двух случаях при наличии и отсутствии обледенения. Consider the overall operation of the device for determining the icing intensity in two cases with and without icing.
При отсутствии обледенения отдача тепла с металлической пластины 2 незначительна. Регулируемый источник постоянного напряжения 8 обеспечивает протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4 нормируемый ток, что приводит к интенсивному разогреву электропроводной термочувствительной дорожки 4 и, соответственно, металлической пластины 2 датчика обледенения 1. In the absence of icing, the heat transfer from the metal plate 2 is negligible. An adjustable constant voltage source 8 provides a normalized current flowing through the conductive heat-sensitive track 4, which leads to intensive heating of the conductive heat-sensitive path 4 and, accordingly, the metal plate 2 of the icing sensor 1.
При достижении температуры +100oC напряжение на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8 будет равно нулю.When the temperature reaches +100 o C, the voltage at the output of the regulated constant voltage source 8 will be zero.
Таким образом, на входе индикатора 11 (выход регулируемого источника постоянного напряжения 8) будут повторяться короткие импульсы напряжения. Индикатор 11 измеряет среднее значение периодически повторяющихся коротких импульсов напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8. Thus, at the input of the indicator 11 (output of an adjustable constant voltage source 8), short voltage pulses will be repeated. Indicator 11 measures the average value of periodically repeating short voltage pulses at the output of an adjustable constant voltage source 8.
При обледенении поверхности металлической пластины 2 датчика обледенения 1 при температуре нагрева +100oC происходит таяние льда и испарение воды. Это сопровождается резким ростом отдачи тепла с поверхности металлической пластины 2 и, соответственно, снижением ее температуры.When icing the surface of the metal plate 2 of the icing sensor 1 at a heating temperature of +100 o C, ice melts and water evaporates. This is accompanied by a sharp increase in heat transfer from the surface of the metal plate 2 and, accordingly, a decrease in its temperature.
В этом случае электропроводная термочувствительная дорожка 4 более длительное время будет находиться в режиме разогрева. In this case, the electrically conductive heat-sensitive track 4 will be in the heating mode for a longer time.
Периодически повторяющиеся импульсы напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8 имеют большую длительность, и чем выше интенсивность обледенения, тем больше длительность импульсов напряжения, а следовательно, и показания индикатора 11, соответствующего интенсивности обледенения. Periodically repeated voltage pulses at the output of an adjustable constant voltage source 8 have a longer duration, and the higher the icing intensity, the longer the voltage pulses, and therefore the indicator 11, corresponding to the icing intensity.
Таким образом, предлагаемое устройство, для определения интенсивности обледенения, позволяет с наименьшими затратами электроэнергии точнее и быстрее осуществить измерение интенсивности обледенения, так как поверхности обледенения и электропроводной термочувствительной дорожки максимально сближены друг к другу и исключено пространство между ними, что и позволяет убрать погрешности измерения и задержки времени в определении интенсивности образования льда. Thus, the proposed device, for determining the icing intensity, makes it possible to more accurately and quickly measure icing intensity with the least energy consumption, since the icing surfaces and the electrically conductive heat-sensitive paths are as close to each other as possible and the space between them is excluded, which allows to remove measurement errors and time delays in determining the intensity of ice formation.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116044A RU2169105C1 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Device for estimation of intensity of icing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116044A RU2169105C1 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Device for estimation of intensity of icing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2169105C1 true RU2169105C1 (en) | 2001-06-20 |
Family
ID=20236509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000116044A RU2169105C1 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Device for estimation of intensity of icing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169105C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453475C2 (en) * | 2006-08-01 | 2012-06-20 | Эрбюс Операсьон (Сас) | Device to detect and remove ice or fluid layer |
| RU2565341C2 (en) * | 2010-06-25 | 2015-10-20 | Снекма | Method of troubleshooting of de-icing devices of physical parameter measuring probe |
-
2000
- 2000-06-06 RU RU2000116044A patent/RU2169105C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453475C2 (en) * | 2006-08-01 | 2012-06-20 | Эрбюс Операсьон (Сас) | Device to detect and remove ice or fluid layer |
| RU2565341C2 (en) * | 2010-06-25 | 2015-10-20 | Снекма | Method of troubleshooting of de-icing devices of physical parameter measuring probe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6098457A (en) | Fluid level detector using thermoresistive sensor | |
| JPH0476412B2 (en) | ||
| US7137298B2 (en) | Thermal air flowmeter | |
| GB1586746A (en) | Early ice-warning device | |
| US7775706B1 (en) | Compensated heat energy meter | |
| KR0184673B1 (en) | Thermal type flowmeter | |
| WO2009054940A2 (en) | Fluid flow rate sensor and method of operation | |
| SE461177B (en) | DEVICE FOR Saturation of thermal properties of a test substance | |
| US3479875A (en) | Thermistor liquid level sensor and method for making same | |
| Herin et al. | Measurements on the thermoelectric properties of thin layers of two metals in electrical contact. Application for designing new heat-flow sensors | |
| RU2169105C1 (en) | Device for estimation of intensity of icing | |
| JP3969167B2 (en) | Fluid flow measuring device | |
| KR930011169B1 (en) | Method and apparatus for measuring mass of flowing medium | |
| US3696294A (en) | Rms voltage or current sensor | |
| US1291489A (en) | Fluid-meter | |
| US10830622B2 (en) | Method for determining a flow rate and/or a flow velocity of a medium | |
| US3111844A (en) | Heat rate measuring apparatus | |
| JPH0778439B2 (en) | How to measure the velocity of a fluid | |
| US3195345A (en) | Thermoelectric dewpoint determining system | |
| JPS62251621A (en) | Liquid level detector | |
| RU2254559C1 (en) | Arrangement for measuring temperature difference | |
| US3992668A (en) | Electro-thermal readout of coulometers | |
| US11650088B2 (en) | Thermal flow sensor for determining the temperature and the flow velocity of a flowing measuring medium | |
| US20040226359A1 (en) | Mass flowmeter for measuring by the CT method | |
| CN117980705A (en) | Fluid velocity sensor unit and/or fluid volume flow sensor unit and determination method |