Изобретение относитс к области температурных измерений и предназначено дл многоканального измерени температуры вращающегос объекта с помощью термопар. По основному авт.св. № 972265 известно многоканальное устройство дл измерени температуры вращающегос объекта, включающее инду.чтивный токо съемник с числом вращающихс обмоток равным числу каналов устройства, ген ратор сигнала подстройки, подключенный к неподвижной обмотке индуктивно го токосъемника, и содержащее в каждом канале измерени термопару, расположенную на вращающемс объекте, магнитомодул ционный токосъемник, включающий магнитопровод и неподвижные измерительную, модул ционную обмотку и обмотку обратной св зи, а также вращающуюс обмотку, подключен ную через соответствующую вращающуюс обмотку индуктивного токосъемника к термопаре, генератор переменного ток подключенный к модул ционной обмотке последовательно соединенные согласующий блок, подключенный к измеритель ной обмотке, второй управл емый ключ и режекторный фильтр, последовательн соединенные фильтр верхних частот, подключенный к выходу режекторного фильтра, первый полосовой фильтр, демодул тор и первый интегратор, пос ледовательно соединенные фильтр низких частот, подключенный к выходу ре жекторного фильтра, второй .полосовой фильтр, первьй управл емый ключ, вто . рой интегратор и управл емый усилитель , нагруженный через регистратор на обмотку обратной св зи магнитомодул ционного преобразовател , последовательно соединенные умножитель частоты, подключенный к выходу генератора переменного тока, делитель частоты и преобразователь напр жение ТОК, выход которого подключен к изме рительной обмотке магнитомодул ционного токосъемника, а также одновибратор , вход которого подключен, к выходу делител частоты, а выход соединен управл ющим входом второго управл е мого ключа, причем выход первого интегратора подключен к управл ющему входу управл емого усилител , а выходы умножител и делител частоты подключены к управл ющим входам первого управл емого ключа lj . Температура холодных спаев вращающихс термопар контролируетс с помо942 щью тер юрезистора, расположенного на холодном спае одной из термопар, второго индуктивного токосъемника, вращающа с обмотка которого подключена к терморезистору, и блока измерени температуры холодного спа , подключенного к неподвижной обмотке второго индуктивного токосъемника. Недостатками описанного устройства вл ютс невысока точность преобразовани и сравнительно больша сложность вторичной аппаратуры. Это объ сн етс тем, что. при дополнительной модул ции магнитного сопротивлени магнитомодул ционных токосъемников пр моугольным током, подаваемым в измерительную обмотку, на фильтры вторичной аппаратуры поступает сигнал, представл ющий собой. сумму пр моугольного напр жени и гармоники частоты тока модул ции. А.МПлитуда пр моугольного напр жени при этом соизмерима с амплитудой суммарного сигнала первой и высшихгармоник частоты тока модул ции. В итоге на фильтры подаетс фактически ступенчатое напр жение. Это приводит к возникновению переходных процессов, параметры которых завис т от амплитуды тока дополнительной модул ции и добротности полосовых фильтров, и частичной потере информации. Поскольку частота основной модул ции обычно не превышает 100 Гц, то дл четкого, вьиелени информативной гармоники, например второй, необходимо использовать высокодобротные фильтры. Однако получать высокодобротный фильтр на одном активном злементе нельз , позтому приходитс использовать последовательное включение нескольких низкодобротных полосовых фильтров, что существенно усложн ет вторичную аппаратуру. Кроме того, при увеличении коэффициента преобразований магнитомбдул ционньгк токосъемников путем увеличени числа витков измерительных обмоток соответственно возрастают в Ч раз индуктивности этих обмоток, где И - число витков обмотки. Это приводит к увеличению длительности пеоеодных процессов на обмотках при поаче в них пр моугольного тока дополительной модул ции, вырезка которых помощью второго управл емого ключа величивает разрывы между импульсами ыходного сигнала последнего. Полосоые фильтры при увеличении зтого раз3 11 рыва начинают возбуждатьс , что ведет к по влению дополнительной погрешности преобразовани тем большей, чем больше длительность вырезаемых вторым управл емым ключом переходных процессов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени и упрощени устройств. Поставленна цель достигаетс тем, что измерительна обмотка магнитомодул ционцого токосъемника каждого канала измерени выполнена в виде двух секций, а вход согласующего блока и выход преобразовател напр же ние-ток подключены раздельно к соответствующим секци м этой обмотки. Наличие второй секции измерительной обмотки в магнитомодул ционном токосъемнике и ее подключение к выходу преобразовател напр жение - ток позвол ет исключить ступенчатое изменекие выходного сигнала токосъемника, сни1 1аемого с первой секции измеритель ной обмотки, так как в последнюю могут трансформироватьс только фронты пр моугольного тока и, следовательно, его вли ние про вл етс только в коротких выбросах, наложенных на информационный сигнал. Эти выбросы практически не вызывают переходных процессов на полосовых фильтрах, даже если не осуществл етс их вырезка вторым управл емым ключом .Тем самым уменьшаетс погрешность преобразовани информационного сигнала , так как переходные процессы на фильтрах на работу вторичной аппарату ры уже не вли ют. Кроме того, по вл етс нозможность уменьшить число последовательно включенных фильтров с низкой добротностью, заменив их одним с высокой добротностью, что позвол ет резко уменьшить аппаратурные затраты . В р де случаев при определенны соотношени х параметров магнитомодул ционного токосъемника и параметров. пр моуг льного тока дополнительной модул ции возможно исключение из соетава вторичной аппаратуры второго управл емого ключа и одновибратора, что также существенно упрощает вторич ную аппаратуру. На чертеже приведена блок-схема предложенного многоканального устройства дл измерени температуры вращающегос объекта (вторична аппаратура 94 показана дл одного канала преобразовани ) . Ус,тройство содержит магнитомодул ционные токосъемники 1, число которых равно числу каналов измерени температуры вращающегос объекта, индуктивный токосъемник 2 дл передачи сигнала подстройки, индуктивный токосъемник 3 дл контрол температуры холодного спа термопар и вторичную . аппаратуру, одинаковую дл каждого канала измерени . Каждьй магнитомодул ционный токосъемник 1 В1слючает магнитопровод 4 вращающуюс обмотку 5, неподвижные обмотки: модул ционную 6 и обратной св зи 7 и две секции 8 и 9 измерительной обмотки. Индуктивный токосъемник 2 включает магнитопровод 10, неподвижную обмотку 11 и р д вращающихс идентичных обмоток 12 (например, выполненных скрученными из нескольких изолированных жил проводов), число которых равно числу каналов устройства. Индуктивньш токосъемник 3 вклю4ает- магнитопровод 13, неподвижную обмотку 14 и вращающуюс 15. Все токосъемники 1-3 могут выполн тьс на одном валу в виде единого блока, стыкуемого с валом вращающегос объекта или расположенного на проходной части вала вращающегос объекта , или в виде отдельных секций, валы которых механически соедин ютс между собой и вращающимс объектом муфтами. На вращающемс объекте расположены термопары 16, число которых равно числу каналов измерени , терморезис;тор 17 и дополнительные резисторы 18. Резисторы 18 обеспечивают требуемый режим работы термопар 16, например режим заданного тока, в случае, если активное сопротивление вращающихс обмоток 5 и 12 токосъемников 1 и 2 соответственно и соединенных проводов мало.. Терморезистор 17 располагаетс непосредственно на холодном спае одной из термопар 16, и его сопротивление однозначно соответствует температуре спа . Терморезистор 17 может выполн тьс в виде медной или платиновой проволоки, намотанной непосредственно на холодный спай термопары 16. При небольших температурах окружающей среды и холодного спа т ермопары 16 возможно использование полупроводниковых терморезисторов. Холодные спаи термо пар 16 целесообразно располагать в непосредственной близости друг от друга, чтобы они могли иметь более близкие значени температур. Терморезистор 17 подключен к вращающейс обмотке 15 индуктивного токосъемника 3 . Термопары 16 включены последовательно с вращающимис обмотками 12 индуктивного токосъемника 2 и резисторами 17 соответственно и соединены с вращающимис обмотками 5 соответст магнитомодул ционных токосъемников 1 . Неподвижна обмотка 14 индуктивного токосъемника 3 подключена к блоку 19 измерени температурыхолодного , спа термопары 16. Неподвижна обмотка 11 индуктивного токосъемника 2 подключена к выходу генератора сигнала подстройки 20, представл ющего собой генератор переменного напр жени стабильной частоты (2-3 кГц) и стабильной амплитуды, ток которого не вли ет существенно на положение рабочей точки магнитопроводов магнитомодул дионных токосъемников 1 (единицы - дес тки милливольт), Вторична аппаратура обработки измерительного сигнала магнитомодул ционного токосъемника 1 одинакова дл каждого канала измерени (на чертеже показана аппаратура только одного канала .), включает в себ генератор переменнЬго тока модул ции 21 стабильпой частоты и амплитуды тока, согласующий блок 22, второй управл емый ключ 23, режекторньй фильтр 24, фильт верхних частот 25, первый полосовой фильтр,, 26, демодул тор 27, первый интегратор 28, выход которого соединен с управл ю щ-1м входом управл емого усилител Z, фильтр низких частот. 30, второй полосовой фильтр 31, перт вый управл емый ключ 32,второй интегратор 33, выход которого соединен с входом управл емого усилител 29, умножитель (удвоитель) частоты 34, делитель частоты 35,, преобразователь напр жение-ток 36, одновибратор 37 и регистратор 38, например стрелочный или цифровой прибор. Режекторньй фильтр 24 настроен на частоту тока модул ции генератора 21 Фильтр верхних частот 25 настроен так, что полоса его пропускани начинаетс с частоты превьииающей в несколько раз (в 3-4 раза) частоту тока модул ции генератора 20. Первый полосовой фильтр 26 настроен на частоту сигнала подстройки. Фильтр низких частот 30 настроен так, что не пропускает гармоники с частотой, превьшающей удвоен ную частоту тока модул ции генератора 20 в 2,2-2,5 раза. Второй полосовой фильтр 31 настроен на удвоенную частоту тока модул ции генератора 20. Первый управл емый ключ 32 имеет два управл ющих входа, подключенных к выходам умножител частоты 34 и делител частоты 35.В случае, если выходной сигнал магнитомодул ционного токосъемника 1 снимаетс не по второй гармонике ток модул ции генератора 21, а по другой, например четвертой, то умножитель часТОТБ1-24 должен производить умножение частоты входного сигнала в 4 раза, а фильтры 30 и 31 должны быть перестроены соответствующим образом. Устройство работает следующим образом (рассматриваетс работа од ,ного канала). Генератор переменного тока 21 создает в обмотке модул ции 6 магнитомодул ционного токосъемника 1 ток, амплитуда которого достаточна дл введени магнитопровода 4 или части его в насыщение. Одновременно через секцию 9 измерительной обмотки пропускаетс пр моугольньй ток дополнительной модул ции со скважностью 2 и частотой в 15-20 раз меньшей, чем частота токагенератора 21. Указанньй ток дополнительной модул ции формируетс с помощью цепи, включающей блоки 21, 34, 35 и 36. Кроме того, сигнал подстройки генератора 20 передаетс с помощью индуктивного токосъемника 2 во вращающуюс цепь термопары 16 (термопара 16, вращающиес обмотки 5 и 12 и резистор 18) . При отсутствии разницы температур ежду рабочим и холодным спа ми теропары 16 развиваема ею ЭДС равна улю и посто нный ток во вращающейс епи не протекает. При этом с первой екции 8 неподвижной измерительной бмотки магнитомодул ционного токоъемника 1 наводитс ЭДС,состо ща из армоники частоты подстройки, гармоик ЭДС частоты тока модул ции и выросов , наводимых в секции 8 фронтаи пр моугольного тока дсдалпнитбльНОИ модул ции, протекающего в секции 9. Указанный проходит согласу ющий блок 22 и поступает на вход BTQ рого управл емого ключа 23, который управл етс одновибратором 37, синхронизированным от делител частоты 35, Ключ 23 оказываетс запертым на часть периода пр моугольного тока.до полнктельной модул ции,, формируемого блоком 36. Поэтому выбросы, наводимые в секции 8 фронтами пр моугольно го тока дополнительной модул ции, вы резаютс . Длительность вырезаемой части периода регулируетс с помощью подстройки одновибратора 37. При определенных режимах работы (невысока крутизна фронтов пр мо;угольно модул ции В секции 9, опре деленное соотнощение чисел витков секций 8 и 9) амплитуда и длительность выбросов, вызываемых фронтами тока дополнительной модул ции, оказы ваютс небольшими. Позтому они не Ъказывают заметного вли ни «а работ остальной части вторичной аппаратуры и необходимость в их вырезке отпадает . В этом случае блоки 37 и 23 не нужны и их можно исключить из состава вторичной аппаратуры, осуществлено ее упростив. Разрывы выходного сигнала второго управл емого ключа 23, как правило, невелики и на работе фильтров 24, 25, .26, 3.0 и 31 практически не сказы ваютс , а наличие интеграторов 28 и 33 полностью исключает вли ние этик разрывов на работу устройства в целом . Сигнал с выхода блока 23 поступает на вход режекторного фильтра 24, который подавл ет первую гармонику тока модул ции генера.тора 21. Далее сигнал поступает на входы фильтра верхних частот 25 и фильтра низких частот 30. Фильтр верхних частот 25, первый полосовой -фильтр 26, демодул тор 27 и интегратор 28 вьдел ют модулирован ньш по амплитуде сигнал частоты подстройки , вьздел ют и сглаживают его огибающую, котора затем подаетс на управл ющий вход управл емого уси лител 29. Значение коэффициента уси лени усилител 29 определ етс сред ним значением амплитуды огибающей сигнала подстройки. 11 АS Одновременно фильтр низких частот 30 и второй полосовой фильтр 31 выдел ют вторую гармонику тока модул ции генератора 21, промодулированную низкочастотным пр моугольным напр жением тока дополнительной модул ции, формируемым блоком 36. Модул ци осуществл етс посредством взаимодействи магнитных полей основной и дополнительной модул ции в магнитопроводе 4 магнитомодул ционного токосъемника 1. Вьщеленное напр жение второй гармоники тока модул ции генератора 21 поступает на вход первого управл емого ключа 32. На управл ющие входы его подаютс низкочастотное пр моугольное напр жение с выхода делител частоты 35 и пр моугольное напр жение удвоенной частоты модул ции с выхода умножител частоты 34. Поэтому ключ 31 в течение одного полупериода низкочастотного напр жени работает как инвертирующий детектор, а в течение другого полупериода - как неинвертирующий . Форма напр жени на входе первого управл емого ключа 32 при отсутствии разности температур между спа ми термопары 16 и отсутствии остаточной намагниченности материала магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1 представл ет собой отрицательные и положительные пр моугольники низкочастотного напр жени дополнительной модул ции, заполненные полуволнами синусоид напр жений второй гармоники частоты тока модул ции генератора 20. При указанных услови х площади положительной и отрицательной полуволны должны быть одинаковы, поэтому на выходе второго интегратора 33 присутствует нулевой сигнал. Соответственно через регистратор 38 ток по обмотке обратной св зи 8 магнитомодул ционного токосъемника 1 не протекает. В случае, если остаточна намагниченность материала магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1 отлична от нул , то остаточный магнитный поток либо суммируетс в один из полупериодов низкочастотного магнитного потока, создаваемого пр моугольным током в секции 9, либо вычитаетс из него в.другой полупериод. Это приводит к по влению разности площадей положительного и отрицательного пр --. мругольников низкочастотного напр жени после первого управл емого ключа 32. Пропорциональное разности этих площадей напр жение с выхода интегра тора 33 усиливаетс усилителем 29, и ток, протекающий через регистратор 38 по обмотке обратной св зи 7 магни томодул ционного токосъемника 1, компенсирует этот ложный сигнал. Поэтому после прогрева аппаратуры перед началом измерений должен выставл тьс ноль у регистратора 38, При по влении разности температур между спа ми термопары 16 во вращающейс цепи протекает посто нный ток, пропорциональный этой разности. В со ответствии с принципом работы магни-. томодул ционного токосъемника 1 это вызывает изменение уровн второй гар моники тока модул ции генератора 21 в спектре его выходного сигнала на секции 8 неподвижной измерительной обмотки. Изменение амплитуды второй гармоники приводит к соответствующему изменению глубины модул ции ее низкочастотным пр моугольным током в секции 9. Соответственно соотношение площадей отрицательного и положительного пр моугольников низкочастотного напр жени на входе второго управл емого ключа измен етс , на выходе второго интегратора 33 по вл етс посто нное напр жение, значение которого пропорционально разности площадей пр моугольников на выходе второго управл емого ключа 32 (или разности температур между спа ми термопары 16), а знак зависит от направлени посто нного тока термопары 16 во вращающейс обмотке 5. Это напр жение преобразуетс управл емым усилителем 29 в ток, которьм через регистратор 38 заводитс в обмотку обратной св зи 7 магнитомодул ционного токосъемника 1, компенсиру магнитный поток, развиваемьй током термопары 16 во вращающейс обмотке 5. Значение посто нного тока, протекающего через регистратор 38 в обмотке обратной св зи 7, однозначно соответствует разности температур между спа ми термопары 16. Окончательное определение темпепатуры вращающегос объекта в месте закладки термопары 16 производитс с учетом значение температуры холодного токосъемника 3 и блока измерени 19. Блок измерени 19 температуры холодного спа .термопары 16 может быть выполнен по известной схеме с трансформацией сопротивлени или с емкостными токосъемниками. Изменени коэффициентов.преобразовани индуктивного токосъемника 2 или магнитомодул ционного токосъемника 1 при изменени х температуры окружающей среды, привод щих к изменению активных сопротивлений обмоток, изменению магнитных свойств материала магнитопроБода, воздушных зазоров и т.п., компенсируютс с помощью цепи преобразовани сигнала подстройки, включающего блоки 22-29. При этом изменени уровн огибающей cifrHassa. подстройки на входе первого интегратора 28 с обратным знаком подаютс на управл ющий вход управл емого усилител 29, измен его коэффициент усилени таким образом, чтобы коэффи1щент передачи тракта, включающего магнитомодул ционный токосъемник 1, линию св зи, блоки 22, 23, 24, 30, 31, 32, 33 и 29, оставалс Посто нным. Тем самым в получающейс компенсационной схеме исключаетс вли ние мультипликативных составл ющих погрешности преобразовани . Аддитивна составл юща погрешности преобразовани магнитомодул ционнЬго токосъемника 1 устран етс с помощью дoпoлнитeльнdй модул ции, осуществл емой с помощью цепи, состо щей из блоков 21, 34, 35, 36 и секции 9 измерительной обмотки. При этом используетс симметри кривой намагничивани магнитопровода магнитомодул ционного токосъемника 1, что обеспечивает одинаковое изменение площадей отрицательного и положительного пр моугольников после первого управл емого ключа 32 (.одинаковое уменьшение или одинаковое увеличение) при изменении магнитных свойств при колебани х температуры , так что разность их остаетс посто нной. Таким образом, предложенное устройство имеет повышенную точность преобразовани по сравнению с прототипом и более простую структуру вторичной аппаратуры благодар исключению переходных процессов на полосовых фильтрах и возможности их упрощени , а в р де случаев и исключени одновибратора и второго управл емого ключа. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позвол ет повысить очность и достоверность определени запасов прочности у разрабатываемых
11. 110309412
объектов новой техники специальногодвигателестроение и т.п.), позвол ет
назначени , газотурбинных двигателей,оптимизировать производственные провращающихс печей, ультрацентрифуг ицессы,и получить значительное колит .п. при проведении их эксперименталь-чество дополнительной продукции без
ных исследований и доводке. Использо- 5капитальных вложений, вание устройства в различных отрас-.
л х промыишенности, где требуетс Погрешность измерени температуры осуществл ть непрерывньй контрольвращающегос объекта с помощью предтемпературы вращающихс объектовлагаемого устройства меньше погрешнос (энергетика, промьщшенность строи- JQти прототипа на 0,5-0,6% в типичных тельных материалов, нефтехими , хими ,режимах работы.