Способ обнаружения обледенения поверхности и устройство для предупреждения об образовании льда

(51)4 С 08 В НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ НТУ ЛЕДЕНЕНИЯ Я ПРЕДУП ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛРЕЖДЕНИЯ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЛЬДА(57) Изобретение касается обнаружения образования льда. Целью изобретения является повьппение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности. Устройство для предупреждения об образовании льда содержит диафрагму 2, которая отрегулирована на одну из своихрезонансных частот с помощью пьезоэлектрического преобразователя З.Диафрагма 2 термически связана с металлической пластинкой 4, которая поочередно охлаждается и нагревается соот-ветственно ниже и вьппе температурыокружающей среды с помощью элементовПельтье 8, которые соединены с генератором 11 постоянного тока, Блокуправления 12 измеряет изменение резонансной частоты, которое вызывается образованием и отложением льдана диафрагме 2 в течение периодов охлаждения или нагревания, и формируетсигнал тревоги каждый раз, когда изменение в этбй частоте достигаети/или превьппает заранее установленную величину, Блок управления 12 также регулирует длительность, величинуи направление тока от генератора 11постоянного тока в зависимости оттемпературы окружающей среды и температуры самой диафрагмы 2. 2 с.2 з,п. ф-лы, 3 ил.Изобретение касается обнаруженияобразования льда,Целью изобретения является повыше ние функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности полученияпредупреждающей информации.На Фиг. приведена схема устройства; на фиг. 2 и 3-датчик устройства, варианты,Устройство (йиг.1) содержит датчик 1, который содержит чувствительный элемент в виде диайрагмы 2,пьезоэлектрический преобразователь 3, 15металлическую пластинку 4, изолирующие кольца 5 и б, ребристый тепловод 7, элементы 8 Пельтье. Устройство также содержит автогенератор 9,проводы 10, с помощ которых осуществляется соединение диайрагмы 2и пьезоэлектрического преобразбвателя 3 с автогенератором 9, которыеобразуют блок возбуждения колебаний(не показан). Устройство содержит 25также генератор 11 постоянного тока,который вместе с элементами 8 Пельтьеобразует регулятор температуры (непоказан), блок 12 управления, который может быть выполнен, например,на микропроцессоре Фирмы АИЛПЯ(1%О, Р РУ 5293), датчик 13 температуры окружающей среды, датчик 14 температуры диафрагмы.Датчик 1 (йиг.2) содержит электродинамический преобразователь,выполненный в виде индуктивного устройства 15Датчик 1 (йиг.3) содержит магнитострикционный преобразователь (не 40показай), выполненный на магнитострикционном элементе 16 и катушке 17.Блок 12 управления имеет первыйинформационный вход 18, соответствующий входу А 5 В микропроцессораАИЮБ, второй информационный вход 19,соответствующий входу А 4 С микропроцессора, управляющий вход 20, соответствующий входу А 4 В микропроцессора, информационный выход 21, соответствующий выходу А 9 В микропроцессора, управляющий выход 22, соответствующий выходу В 14 С микропроцессора.55Резонансная частота диафрагмы 2вместе с пьезоэлектрическим преобразователем 3 выражается через зависимость где ы - пульсация = 27 (частота); 1 - упругая постоянная; ш - масса.Из формулы имеются в виду два раз-,личных случая: когда диафрагма установлена (отрегулирована) на вибрацию на своей основной частоте резонанса и когда диайрагма 2 установлена на вибрацию на более высокой гармонике, чтобы поверхность вибрирующей диайрагмы 2 составляла какое-токонкретное число узлов и антиузлов.В первом случае, если на диафрагме 2образуется слой. льда, тогда из-за скапливания здесь льда увеличивается общая масса ш диайрагмы 2 и пьезоэлектрического преобразователя 3, а в соответствии с указанной Формулой частота автогенератора 9 уменьшается, Во втором случае слой льда, который образуется на диайрагме 2, повышает ее жесткость, а следовательно, и увеличивает величину Г. Этот эфйект предопределяет ситуацию, когда соответствующее увеличение массы ш приводит к соответствующему повыше нию частоты автогенератора 9.Второй случай как бы Фиксирует факт отложения льда только на диафрагме 2,что обязательно обуславливает повышение частоты автогенератора 9, тогда как отложение здесь же других веществ, например воды, масла или грязи,всегда обуславливает уменьшение частоты автогенератора 9, что связано в дан.ном случае с неизбежным увеличением массы ш. Следовательно, изобретениепроводит четкую грань и различие между образованием льда, о чем всегда (за исключением первого случая) свидетельствует повышение частоты автогенератора,9, и присутствием здесь других элементов, например воды,масла или грязи, о чем свидетельствует понижение частоты автогенератора 9.Любое изменение в частоте автогенератора 9 измеряется с помощью блока 12 управления, если это колебание достигает и/или превышает заранее установленную величину, тогда блок 12 управления формирует сигнал тревоги, который предупреждает о большой вероятности образования естественногольда на поверхности, когда температура окружающей среды близка к точкезамерзания, или о наличии кристаллов5 52 льда, которые прилипают к поверхности, когда температура окружающей среды ниже точки замерзания. Является предпочтительным удерживать резонансную частоту диайрагмы в пределах 1 - 20 кГц.Генератор 11 постоянного тока соединен с элементами 8 Пельтье и выдает электрический ток, длительность, величина и направлениекоторого определяются блоком 12 управления в виде йункции результатов измерения температуры окружающей среды датчиком 13 температуры окружающей среды и температуры диафрагмы; измеряемой датчиком 14 температуры диайрагмы. Для какого-то конкретного направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока элементы .8 Пельтье охлаждают диафрагму 2 на несколько градусов ниже температуры окружающей среды Т, а если температура окружающей среды находится около точки замерзания, тогда на диафрагме 2 может образоваться слой льда, который повышает или понижает частоту автогенератора 9, По истечении какого-то периода времени полярность направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока изменяется на обратную, и .элементы 8 Пельтье теперь уже нагревают диафрагму 2 до температуры, которая на несколько градусов вьнпе температуры окружающей среды, чтобы обеспечить таяние ранее образовавшегося на диафрагме 2 льда, Чередование йаз охлаждения и нагревания может быть периодическим, а длительность этих йаз равна, например, нескольким десяткам секунд. Это будет обеспечивать периодическое повторение измерения частоты автогене-, ратора 9. Датчик 1 имеет относительно небольшие размеры, благодаря чему его тепловая инерция малая, а Фазы охлаждения и нагревания диафрагмы 2 ,практически мгновенно следуют за изменениями направления потока электрического тока от генератора 11 постоянного тока на обратное, что дает возможность устройству подавать сигнал тревоги еще до момента образования естественного льда.На практике образование льда может происходить при очень низких температурах, например, при - 20 или -40 С, причем образование естествен"1294 6 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного льда происходит не в течение йазы охлаждения диафрагмы 2, а в те-чение фазы нагревания. И тем не менее, во всех случаях частота автогенератора 9 понижается, если диафрагма 2 находится в вибрирующем состоянии на своей основной частоте резонанса, частота автогенератора 9 повышается, если эта диайрагма 2 начинает вибрировать на более высоких гар- мониках. Если температура окружающей среды повьппается вьппе заранее установленной величины, при которой нет никакого риска естественного образования льда, тогда вся система выклю" чается блоком.12 управления.На йиг.1 показан момент, когда диайрагма 2 находится в состоянии вибрации, причем эта вибрация вызвана пьезоэлектрическим преобразователем 3, На йиг,2 показан момент, когда диафрагма 2 также может начать вибрировать электродинамическим образом в результате воздействия индуктивного устройства 15, прикрепленного к металлической пластинке 4, которая соединена с автогенератором 9,индуктивное устройство 15 отделено от диайрагмы 2 зазором, а сама диафрагма 2 может быть представлена каким-то магнитным материалом. На Фиг. 3 показан еще один вариант устройства, которое может вызывать вибрирование диафрагмы, В данном случае к диафрагме 2 крепится магнитострикционный элемент 16, который отрегулирован на вибрирование в результате воздействия на него катушки 17, котораясоединена с автогенератором 9. Обраяуемые в магнитострикционном элементе 16 механические вибрации передаются на диафрагму 2 с той же частотой. В данном случае имеется также возможность нагревать диайрагму 2 с помощью электрического тока с относительно высокой интенсивностью или с помощью горячего газа, который подается к датчикам 1 через систему трубопроводов. Подобную же систему трубопроводов можно использовать и для охлаждения диайрагмы 2, причем по этим трубопроводам циркулирует либо охлаждающий газ, либо охлаждающие жид- кости формула изобретения1. Способ обнаружения обледенения поверхности, основанный на раз1521294 Составитель О,Богомолова Техред А. Кравчук Редакто Максимишинец орре ул Заказ 67 У 158НИИПИ Государственно11303 518 Подписноеи открытиямб., д. 4/5 при ГКНТ СС комитета по изобретенияМосква, Ж, Раушская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гага 101 мещении на контролируемом объекте чувствительного элемента в виде диафрагмы, характеризующейся резонансной частотой колебаний, возбуждения в диафрагме колебаний указанной резонансной частоты, контроле параметров резонансных колебаний диафрагмы путем сравнения параметров резонансных колебаний диафрагмы с заданными значениями и при их отклонении от заданного значения - Формировании сигнала тревоги, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения Функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности получения предупреждающей информации, одновременно измеряют температуру окружающей среды,а в зоне поверхности диафрагмы измеряют температуру диафрагмы, формируют управляющее воздействие на диафрагму в виде поочередного и неоднократного охлаждения ниже температуры окружающей среды и нагрева диафрагмы выше температуры окружающей среды, если она близка или ниже точки замерзания.2 Устройство для предупреждения об образовании льда, содержащее чувствительный элемент в виде диафрагмы, соединенной с контролируемым объектом в области, подверженной естественному обледенению, и с блоком возбуждения колебаний, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения Функциональной надежности устройства, в него введены датчик температуры окружающей среды, датчик температуры диафрагмы, регулятор температуры, блок управления, выход датчикатемпературы окружающей среды соединен с первым информационным входомблока управления, датчик температурыдиафрагмы соединен с диафрагмой, аего выход соединен с вторым информа- .ционным входом блока управления, выход блока возбуждения колебаний соединен с управляющим входом блока управления, управляющий выход которогосоединен с управляющим входом регулятора температуры, информационныйвыход блока управления подключен киндикатору.3, Устройство по п.2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок возбуждения колебаний содержит автогенератор и либо пьезоэлектрический,либо магнитострикционный, либо элект родинамический нреобразователь,который подключен к входу управления автогенератора, выход которого является выходом блока.4, Устройство по п,2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что регулятортемпературы содержит генератор постоянного тока и элементы Пельтье,управляемый вход элементов Пельтьесоединен с выходом генератора постоянного тока, вход генератора постоянного тока является входом регулятора,