SU994935A2 - Многоканальное устройство дл измерени температуры вращающегос объекта - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к температурным измерени м и предназначено дл  многоканального измерени - тем- . пературы вращающегос  объекта с помощью термопар .

По основному авт.св. № 924522 известно многоканёшьное устройство, дл  измерени  температуры вращанщегос  объекта, в котором дл  уменьшени  аддитивных составл ющих йогри ности преобразовани  магнитомодул ционных токосъемников производитс  еще и дополнительна  модул ци  преобразуемого сигнала низкочастотным синусоидальным током. Устройство . включает индуктивный токосъемник с числом вреидающихс  обмоток, равным . числу ка налов устройства, генератор сигн ала подстройки,подключенньй к неподвижной обмотке индуктивного токосъемника, и содержит в каждом канале измерени  термопару, расположенную на вращающеес  объекте, магнитомодул ционный токосъемник, включающий магнитопровод и неподвижно расположенные измерительную, людул ционную обмотки и обмотку обратной св зи, а также вращающуюс  обмотку, подключенную через соответствующую вращающуюс  обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, генератор переменногчэ тока, подключенный к модул ционной обмотке магнитомодул диойного токосъемника, согласующий блок, подключенный к измерительной обмотке магнитомодул ционного токосъемника, режекторный фильтр, настроенный на частоту генератора перии1енного тока и подключенный к выходу согласующего

10 блока, последовательно включенные фильтр верхних частот, подключенный к выходу режекторного фильтра, первый полосовой фильтр, настроенный ца частоту генератора подстройки, демо15 д л тор и интегратор, последовательно включенные фильтр низких частот, подключенный ко второму выходу режекторного фильтра, второй полосовой фильтр, настроенный на удвоенную Ч;ас20 тоту генератора переменного тока. Управл емый ключ, второй интегратор и управл емый усилитель, выход которого через регистратор подключен к обмотке, обратной св зи магнитомодул ционногэ

25 токосъемника, а также последовательно соединенные умножитель частоты, подключенный к выходу генератора переменного тока, делитель частоты, третий полосовой фильтр, и преобра30 зователь напр жение-ток, нагруженнвай на неподвижную измерительную обмотку магнитомодул ционнбго токосъемника, при этом выход первого интегратора подключен к управл ющему входу управ л емого усилител  а управл ющие вхо ды управл емого к}1юча подключены к выходам умножител  и делител  частоты соответственно 1Зо Температура холодных спаев вращаю щихс  термопар контролируетс  с помощью терморезистора, расположенного на холодном спае одной из термопар, второго индуктивного токосъемника, вращающа с  обмотка которого подключена к терморезистору, и блока измерени  температуры холодного .спа ,под ключенного к неподвижной обмотке второго индуктивного токосъемника. Недостатками известного устройства  вл ютс  низкие точность и чувствительность . Это объ сн етс  тем, что коммутирующий управл емый ключ напр жени  с выходов умножител  и делител частот не совпадает по фазе с промодулированным напр жением второй гармони- j ки генератора переменного тока на , входе управл емого ключа.Указанный сдвиг фазы возникает из-за, того,, что цепи преобразовани  сигнала второй гармоники генератора переменного ток ( согласующий блок, режекторный фильт фильтр низких частот и второй полосо вой фильтр) и коммутирующий управл е мый ключ осуществл ют фазочувствител ное детектирование, то часть информа ции при наличии сдвига фаз между выходными высокочастотным коммутирую-. щим напр жением тер етс . Если указанный сдвиг фазы равен 90° то информаци  будет полностью дотер на. Цель изобретени  - повышение точности и чувствительности многоканаль ного устройства дл  измерени  температуры вращающегос  объекта. Поставленна  цель достигаетс  тем что в многоканальное устройство дл  измерени  температуры вращающегос  объекта в каждый канал дополнительно введены последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр, настроенный на частоту генератора пере менного тока, и фазосдвигающее устройство/ причем вход четвертого полосового фильтра.подключен к выходу генератора переменного тока, а выход фазосдвигающего устройства подключен к входу умножител  частоты. Введение четвертого полосового фильтра и фазосдвигающего устройства и их включение между генератором переменного тока и умножителем частоты позвол ет сдвинуть в .нужную сторону фазы высокочастотного и низкочастотного напр жений с выходов умножител  и делител  частоты, коммутирующих уп равл емый ключ. При этом соответствующей подстройкой фазосдвигающего устройства можно выставить нулевой фазовый сдвиг между напр жением второй гармоники генератора переменного тока на входе управл емого ключа и коммутирующего напр жени  с выхода умножител - частоты. Это позвол ет избежать потери информации на управл емом ключе и соответственно повысить точность преобразовани  и чувствительность устройства. На чертеже приведена блок-схема многоканального устройства дл  измерени  температуры вращающегос  объекта (вторична  аппаратура показана дл  одного канала преобразовани ). Устройстйо содержит магнитомодулйционные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерени  температуры вращающегос  объекта, индуктивный токосъемник 2 дл . передачи си нала подстройки, индуктивный (Токосъемник 3 дл  контрол  температуры холодного спа  термопары и вторичную аппаратуру. . Каждый магнитомодул ционный токосъемник 1.состоит из магнитопровода 4, вращающейс  обмотки 5 и неподвижных измерительной б, модул ционной 7 обмоток и обмотки обратной св зи 8. Индуктивный токосъемник 2 включает магнитопровод 9, неподвижную обмбтку 10. и р д вращающихс  идентичных обмоток 11 (например, намотанных скрученным из нескольких жил проводом ) , число которых равно числу каналов устройства. Индуктивный токосъемник 3 включает магнитопровод 12, неподвижную обмотку 13 и вращающуюс  обмотку 14. Все токосъемники конструктивно могут выполн.тьс  на одном вашу в виде единого блока, стыкуемого с валом ,вращающегос  объекта или охватывающего вращающийс  объект, или в виде отдельных блоков, валы которых механически соедин ютс  между собой и с вращаюсдимс  объектом муфтами. На вращающемс  объектерасположены термопары 15, число которых равно числу каналов измерени , терморезистор 16 и дополнительные резисторы 17. Резисторы 17 обеспечивают требуемый режим работы термопар 15, например режим заданного тока, в случае , если активное сопротивление вращающихс  обмоток 5 и 11 токосъемников 1 и 2, соответственно, и соединенных проводов мало. Терморезистор 1& располагаетс  непосредственно на холодном спае одной из термопар 15 и его сопротивле .ние однозначно соответствует температуре спа . Терморезистор 16 может выполн тьс  в виде проволоки из меди или ,ш1атины, намотанной непосредственно на холодный спай термопары 15.

При небольших температурах холодного спа  термопары 15 возможно использованне полупроводниковых термореэисторов . Холодные спаи термопар 15 целесообразно располагать в непосредственной близости друг от друга, чтобы они имели возможно более близкие значени  температур. Терморезистор 16 подключен к вращающейс  обмотке 14 индуктивного токосъемника 3.

Термопары 15 включены последовательно с вращающимис  обмотками 11 индуктивного токосъемника 2 и резисторами 17 соответственно и соединены с вращающимис  обмотками 5 соответствующих магнитрмодул ционных токосъемников 1. ,

.Неподвижна  обмотка 13 индуктивного токосъемника 3 подключена к блоку измерени  температуры холодного спа  термопары 18. .

Неподвижна  обмотка 10 индуктивного токосъемника 2 подключена к выходу генератора сигнала подстройки 19, который представл ет собой генератор переменного напр жени  стабильной частоты (2-3 кГц) и стабильной амплитуды, значение которой не вли ет существенно на магнитное состо .ние магнитопроводов магнитомодул ционных токосъемников 1 (единицы - дес тки милливольт).. , Аппаратура обработки измерительного сигналамодул ционных токосъёмников 1, одинакова  дл  каждого ка-нала измерени  (на. чертеже показана аппаратура только одного канала), включает в себ  генератор переменног тока модул ции 20 стабильной частоты и амплитуды тока, согласующий блок 21, режекторный фильтр 22, настроенный на частоту тока модул ции, фильт верхних частот 23, полоса пропускани которого начинаетс  с частоты, в несколько раз (3-4 раза) превышающей частоту тока модул ции генератора 20 первый полосовой фильтр 24, настроенный на частоту сигнала подстройки, демодул тор 25, выдел ющий-огибающую сигнала подстройки, первый интеграто 26, выход которого соединен с управл ющим входом управл емого усилител  27, фильтр низких частот 28, настроенный таким образом, что он не пропускает гармоники с частотой, .превышающей удвоенную частоту тока модул ции генератора 20 приблизительно в 2,2-2,5 раза, второй полосовой фильтр 29, настроенный на удвоенную частоту тока модул ции генератора 20 управл емый ключ-30, второй интегратор 31, умножитель (удвоитель) частоты 32, выход которого подключен к одному из управл ющих входов ключа 30, делитель частоты 33, выход которого подключен ко второму управл ющему входу ключа 30 и входу третьего

полосового -фильтра 34, выдел ющему основную гармонику, получающуюс  после делени  делителем частоты 33, преобразователь напр жение-ток 35, выход которого подключен к неподвижной измерительной обмотке 6 магнитомодул ционного токосъемника 1, регистратор

36,например стрелочный или цифровой прибор, через который вход управл емого усилител  27 подключен к обмотке

0 обратной св зи 8 магнитомодул ционного токосъемника 1, четвертый полосовой фильтр 37, подключенный к выходу генерато га тока модул ции 20 и вьэдел ющий первую гармонику тока модул ции , и фазосдвигающее устройство 38,

5 вход которого подключен к выходу четвертого полосового фильтра 37, а выход подключен ко входу умножител  частоты 32.

В случае, если выходной сигнал

0 магнитомодул ционного токосъемника 1 снимаетс  не по второй гармонике тока модул ции генератора переменного тока 20, а по другой, например четвертой , то умножитель частоты 32 дол5 жен производить умножение частоты входного сигнала в 4 раза, а фильтры 28 и 29 должны быть перестроены соответствующим образом.

Устройство работает следующим об0 разом (рассматриваетс  работа одйого канала),

Генератор переменного тока 20 создает в Обмотке модул ции 7 магнитомо5 дул ционного токосъемника 1 ток, амплитуда которого достаточна дл  .введени  магнитопровода токосъемника

в насыщение..

При отсутствии разницы температур

0 рабочим и холодными спа ми вращающейс  термопары 15 развиваема  ею ЭДС равна нулю, ПОСТОЯННЕЙ ток во вращающихс  цеп х не протекает. Сигнал подстройки генератора 19 переда5 етс  с помощью индуктивного токосъем . ника 2 во вращающуюс  цепь термопары 15 (термопара 15, вращающиес  обмотки 5 и 11 и резистор 17), При этом в неподвижной измерите,льной обмотке

0 6 магнитомодул  хионного токосъемника 1 наводитс  ЭДС, состо ща  из сигнала

; подстройки генератора 19 и четных и нечетных гармоник тока модул ции генератора 20. Кроме того, через обмот5 ку 6 гонитс  синусоидальный ток низг кой частоты (5-10 Гц), формируемый с помощью цепи, образованной блоками.

37,38, 32, 33, 34 и 35. Поэтому результирующий сигнал на измерительной

0

обмотке б представл ет собой.суммарный сигнал ЭДС подстройки и гармоник частоты тока модул ции генератора 20, промодулированный по амплитуде низкочастотным синусоидальным напр же5 нием.

Указанный сигнал проходит через саглс1сующий блок 21 и поступает на вход режекторного фильтра 22, подавл ющ€;го первую гармонику тока модул ции генератора 20. Напр жение с е.го выхода поступает на входы фильтра верхних частот 23 и фильтра низких частот 28.

Филь: р верхних частот 23, первый полосовой фильтр 24, демодул тор 25 и интегратор 26 вьадел ют модулированный по амплитуде сигнал частоты подстройки , выдел ют и сглаживают его огибающую , котора  затем подаетс  на управл ющий вход управл емого усилител  2-7. При этом значение величины коэффициента усилени  усилител  -27 определ етс  средним значением амплитуды огибающей сигнала подстройки.

Одновременно фильтр низких частот 28 и второй полосовой фильтр 29 выдел ют вторую гармонику тока модул ции генератора 20, промодулированную низкочастотным синусоидальным напр жением с частотой тока преобразовател  напр жение-ток 35, котора  поступает на вход управл емого ключа 30.

На управл ющие входы ключа 30 подаютс  низкочастотное пр моугольное напр жение от делител  частоты 33 и пр моугольное напр жение удвоенной частоты модул ции от умножител  частоты 32, поэтому напр жени  работают как инвертирующий детектор. Форма напр жени  на выходе ключа 30 при отсутствии разности температур между спа ми термопары 15 и отсутствии остаточной намагниченности материала магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1 представл еР собой отрицательные и положительные полуволны низкочастотного напр жени  дополнительной модул ции,заполненнЕлх полуволнами , синусоидального напр жени  второй гармоники частоты тока модул ции генератора 20. Причем площади от рицательной и положительной полуволн должны быть при этих услови х одинаковы , поэтому на выходе второго интегратора 31 будет нулевой сигнал. Соответственно, через регистратор 36 ток по обмотке обратной св зи 8 магнитомодул ционного токосъемника I протекать не будет.

В случае если остаточна  намагниченность материала магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1 отлична от нул , то остаточный магнитный notoK будет вычитатьс  из него в другом полупериоде. Очевидно , что это приводит к по влению разности площадей положительной и отрицательнсй полуволн низкочастотного напр жени  после управл емого ключа 30. Пропорциональное разности этих площадей напр жение с выхода второго интегратора 31 усиливаетс  усилите-

лем 27 и ток, протекающий через регистратор 36 по обмотке обратной св зи магнитомодул ционного токосъемника 1, компенсирует этот ложный сигнал

Поэтому после подогрева аппаратуры перед началом измерений долженвыставл т с  ноль у регистратора 36. При по влении разности температур между спа ми термопары 15 во вращающейс  цепи протекает посто нны 5 ток, пропорциональный этой разности. В соответствии с принципом работы магнитомодул ционного токосъемника 1 это вызывает изменение уровн  второй гармоники тока модул ции генератора 20 :В спектре его выходного сигнала на неподвижней измерительной обмотке б. Изменение амплитудь второй гармоники приводит к соответствующему изменению глубины модул ции ее низкочастотным током преобразовател  напр жгние-ток 35. Соответственно,- при этом измен етс  и соотношение площадей отрицательной и положительной полуволн низкочастотного напр жени  на выходе управл емого ключа 30. Тогда на выходе второго интегратора 31. по вл етс  посто нное напр жение, значение которого пропорционально разности площадей полуволн на входе ключа 30 (или разности температур между спа ми термопары 15), а знак заЪиЪит от направлени  посто нного тока термопары 15 во вращающейс  обмотке 5. Это Напр жение преобразуетс  управл емым усилителем 27 в ток, который черезрегистратор36 заводитс  в обмотку обратной св зи 8 магнитомодул г ционного токосъемника 1, компенсиру  магнитный поток, раэви-ваемый током термопары 15 во вращающейс  обмотке 5.

Зна 1ение посто нного тока, протекающего через регистратор 36, в обмотке обратной св зи 8 однозначно соответствует разности температур между спа ми термопары 15.

: Окончательное определение темпера:туры вращающегос  объекта в месте .закладки термопары 15 производитс  с учетом значени  температуры холодно- го спа , определ емого с помощью терморезистора 16, индуктивного токосъемника 3 и блока измерени  18. .,

Claims (1)

1. Блок измерени  18 температуры холодного спа  термопары 15 может быть выполнен по известной измерительной схеме с трансформацией сопротивлени  или с емкостными токосъемниками. . Установка начал5рного нулевого сдвига фазы между напр жением второй гармоники на входе управл емого ключа 30 и коммутирующего напр жени  с выхода умножител  частоты 32 производитс  с помощью фазосдвигающего устройства 28. Сдвиг фазы низкочастотного пр моугольного коммутирующего .напр жени  с выхода делител  частоты 33 относительно напр жени  второй гармоники частоты тока модул ций генератора 20 в данной структуре мал (фазовый сдвиг, вносимый только одним делителем частоты 33) и не оказывает практически никакого вли ни  .на работу системы. Измерени  коэффициентов преобразовани  индуктивного токосъемника 2 или магнитомодул ционного токосъемника 1 при изменении температуры окружающей среды, привод щих к изменению активных сопротивлений обмоток, изменению магнитных свойств материала магнитопровода , воздушных зазоров и т.п., компенсируютс  с помощью цепи преобразовани  тестового сигнала, включающего блоки 21-27. При этом изменени  уровн  огибающей сигнала подстройки на выходе первого интегратора 26 с обратным знаком подстройки на выходе первого интегратора 26 с обратным знаком подаютс  на управл ющий вход управл емого усилител  27, измен   его коэффициент усилени  таким образом , чтобы коэффициент передачи тракта , включающего магнитомодул ционный токосъемник 1, линию св зи, согласующий блок 21, режекторный фильтр 22 фильтр низких частот 28, второй полосовой фильТ|) 29, управл емый ключ 30, второй интегратор 31 и управл емый усилитель 27, оставалс  посто нным . Тем самым в получающейс  компенсационной схеме исключаетс  вли ние мультипликативных составл ющих погрещности преобразовани . Аддитивна  составл юща  погрешности преобразовани  магнитомодул ционного токосъемника 1 устран етс  с помощью дополнительной модул ции, осуществл емой с помощью цепи, состо щей из блоков 37, 38, 32, 33,.34 и 35. При этом используетс  симметри  кривой намагничивани  магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1, что обеспечивает одинаковое изменение площадей отрицательной и положительной полуволн после управл емого ключа 30 (одинаковое уменьшение или одинаковое увеличение) при изменении магнитных свойств и при колебани х температуры, так что разность их остаетс  посто нной. Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным .имеет повышенную чувствительность и точность преобразовани  благодар  исключению потерь информации на управл е-г мом ключе 30. из-за сдвига фаз между напр жением второй гармоники.тока модул ции генератора 20 и коммутирующим напр жением с выхода умножител  частоты 32. Увеличение Уровн  выходного сигнала после второго интегратора 31 при установке нулевого сдвига фазы на ключе 30 (на макете устройства, реализованного в лабораторных услови х) составл ло от В до 22% в зависимости от режима работы магнитомодул ционного токосъемника 1. повышение же чувствительности одновременно позвол ет увеличить точность преобразовани  системы в целом. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точность и достоверность определени  запасов прочности у разрабатываемых газотурбинных двигателей, вращающихс  печей, ультрацентрифуг и т.д., при проведении их экспериментальных исследований и доводке. Использование предлагаемого устройства в различных отрасл х прокелиленности, где требуетс  осу1г1ествл ть непрерывный контроль температуры вращающихс  объектов, позволит оптимизировать производственные процессы и получить значительное количество дополнительной продукции без капитальных-вложений . Использование одного экземпл ра предлагаемого устройства дл  термометрйровани  турбин разрабатываемых газотурбинных двигателей позволит получить но экспертной оценке экономическую эффективность по 22-35 тыс.руб в год. Формула изобретени  Многоканальное устройство дл  измерени  температуры вращающегос  объекта по авт.св. № 924522, о т л и чающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности преобразовани , в каждый канал дополнительно введены последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр и фазосдвигающее устройство, причем вход четвертого полосового фильтра подключен к выходу генератора переменного тока, а выход фазосдвигающего устройства подключен к входуумножител  частоты. Источники информации, .прин тые во внимание при экспертизе j 1. Авторское свидетельство СССР : 924522, кл. G 01 К 13/08, 08.10.80 ( прототип).