Устройство для измерения температуры

(72) Ю. М, Гу М, К. Гизатул (53) 536.53(0 (56) Авторско У 773454, клАвторское У 1136033, кл А, Семеран,М. Макухо сев, В ин и И 88.8) льство СС /14 ство СССР 13/02, 19 е свиде 001 К етел 01 К РЕНИЯ ТЕМПЕ 4) УСТРОЙСТВ АТУРЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Бюл. Ф 25рдена Ленина авиациоСерго Орджоникидзе(57) Изобретение относится к термометрии и может использоваться в системах автоматического контроля и регулирования температуры газового потока газотурбинного двигателя. Цельюизобретения является повышение точности измерения путем устраненияпогрешности, обусловленной временным запаздыванием переключения перестраиваемого фильтра нижних частот с одно го температурного режима работы надругой, Устройство снабжено вторым фильтром, датчиком 9 давления, третьимдифференцирующим усилителем, связанными друг с другом и с другими блоками устройства определенным образом. 2 ил,1 1Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температур, например, в системах автоматического контроля и . регулирования температуры газового потока газотурбинного двигателя (ГХД).Цель изобретения - повышение точности измерения температуры путем устранения погрешности, обусловленной временным запаздыванием переключения перестраиваемого фильтра нижних частот с одного температурного режима работы на другой вследствие того, что сигнал управления этим фильтром формируется с временной задержкой, связанной с инерционностью фильтра.На Фиг, 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - пример реализации перестраиваемого фильтра нижних частот.Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные термопреобразаватель 1, усилитель 2, перестраиваеьый фильтр 3 нижних частот, первый и второй дифференцирующие усилители 4 и 5, блоки 6 деления и 7 умножения, сумматор 8, последовательно включенный датчик 9 давления, второй фильтр 10, третий дифференцирующий усилитель 11, пороговую схему 12, элемент 13 задержки и схему И 14,причем выход усилителя 2 соединен свходом перестраиваемого фильтра 3нижних частот и с первым входом сум-матора 8, выход которого связан с выходом устройства, а второй вход - свыходом блока 7 умножения, выход первого дифференцирующего усилителя 4соединен с первым входом блоковумножения и 6 деления. При работе ГТД возможны два режима изменения температуры его газового потока: режим медленного изменения температуры (например установившийся режим), когана скорость изменения температуры Т газового потока атН-4 (0,1-0,2) ( - "-) щс, (1) и переходной режим, для которого характерно быстрое изменение температуры газового потока (например, в ре. - . жиме разгона или дросселирования 1 1 Д), когдаЯ- (.-о,нД ), . м 242726 2Устройство работает следующим образомПри скачкообразном изменении тем-.пературы контролируемого объекта навыходе термодатчика 1, являющегосяинерционным звеном первого порядка,по истечении времени Т появляетсясигнале -к, (т, + а ( 1 -9)1, ( э )1 б где Е - выходной сигнал термопреобразователя 1;Т - начальное значение температуры,К - коэффициент передачи термо 15 преобразователя;дТ - скачок температуры;Ч. - постоянная времени термопреоб 1)азователя.Напряжение с выхода усилителя 2поступает на первый вход сумматора 8и вход перестраиваемого Фильтра 3,нижних частот (ПФНЧ). Применениев устройстве фильтра 3 обуславливается наличием двух режимов из 25 менейия температуры. Подавлениепомех тем эффективнее, чем вьшепорядок используемого фильтра, т,е.чем выше порядок многочлена ввыражении для передаточной Функции К (р) фильтра 3, которая можетбыть представлена в виде:к р -- ,(4)Л",Ъ- коэффициент многочлена.Однако филътр высокого порядкавносит большое запаздывание (динамическую ошибку) при быстроменяющихсяпроцессах, что, в частности, отрицательно сказывается на качестве процессов регулирования температуры газового потока в системах автоматического регулирования ГТД. Поэтому . врежиме быстрого изменения температуры ПФНЧ 3 представляет собой фильтрнизкого порядка, вносящий наименьшеезапаздывание в сигнал термодатчика 1.В режиме сравнительно медленного изменения температуры, когда динамичес".кая ошибка, обусловленная запазды 55 ванием вносимым фильтром мала посравнению с ошибкой, обусловленнойвлиянием помех, ПФНЧ 3 представляетсобой Фильтр высокого порядка. Для124272 б Сигнал с выхода ПФНЧ 3 поступаетна вход первого дифференцирующего усилителя 4. Выходной сигнал дифференцирующего усилителя 4 в блоке 9 эффективного подавления помех ПФНЧ 3должен отвечать следующим требованиям. При быстром изменении температуры его порядок должен быть минимальным (первого-второго порядка), чтобыне вносились большие фазовые и амплитудные искажения в полезный сигнал,а при медленном изменении температуры - третьего-четвертого порядка,что повышает эффективность подавления 10помех (дальнейшее повышение порядкафильтра 3 приведет к существеннымискажениям полезного сигнала).ПФНЧ 3 состоит (фиг. 2) из первого фильтра 15 нижних частот, второго фильтра 16 нвкних частот и двухпозиционного переключателя 17.Фильтры 15 и 16 нижнихчастотмогут быть выполнены на основе операционных усилителей по стандартным 20схемам и должны быть первого-второго порядка.. Формирование сигнала управленияпереключением ПФНЧ 3 осуществляетсяцепью, состоящей из следующих элементов: датчика 9 давления, второгофильтра 10, третьего дифференцирующего усилителя 11, пороговой схемы 12, элемента 13 задержки и схемы И 14. Давление и температура водном сечении ГТД изменяются одновременно. При этом постоянная времени датчика 9 давления на порядокменьше постоянной времени термодатчика 1. Кроме того, в отличие от по 35следней, постоянная времени датчика давления не зависит от изменения параметров газового потока.Поэтому, в предлагаемом устройстве управление ПФНЧ 3 осуществляется не сигналом, пропорциональным. ско. рости изменения температуры, а сигналом пропорциональным скорости избфменения давления т,е. в ", ПриЫэтом достигается повьппение точности 45 измерения температуры, так как устраняется существовавшая при управлении ПФНЧ 3 по сигналу, пропорциональному скорости изменения температуры, погрешность. Эта погрешность обусловО лена временным запаздыванием переклю чения ПФНЧ 3 с одного температурного режима работы на другой вследствие того, что сигнал управления фильтром 3 (пропорциональный скорости из менения температуры) формируется с временной задержкой, связанной с инерционностью фильтра 3. В момент 4перехода с режима медленного измене-ния температуры на режим ее быстрогоизменения временное запаздывание переключения ПФНЧ 3 приводит к внесенко дополнительной динамической ошибки (запаздываниях в последний сигналтермодатчика 1 к канале дифференцирования), а в момент перехода с режима быстрого изменения температурына режим ее медленного изменения -к снижению качества подавления помех фильтром 3 (так как порядокПФНЧ 3 ниже требуемого для данноготемпературного режима).Второй фильтр 1 О (фильтр нижнихчастот стандартной структуры) служитдля подавления высокочастотных помех,присутствующих в сигнале датчика 9давления, Информация о производнойЬР кдавления по времени (т.е. и оскорости изменения температуры) свыхода третьего дифференцирующегоусилителя 11 поступает на вход пороговой схемы 12. Если величина сигнала на выходе третьего дифференцирующего .усилителя 11 меньше величины411 о порога срабатывания пороговойсхемы 12, т,е. выполняется условие(1) то на выходе пороговой схемыформируется сигнал переключения перестраиваемого фильтра 3 нижнихчастот в состоянйе фильтра высокого порядка. При достижении сигналом свыхода третьего дифференцирующегоусилителя 11 порога срабатывания Ц, пороговой схемы, т,е. при выполнении условия (2), на выходе пороговой схемы формируется сигнал переключения ПФНЧ 3 в состояние фильтра низкого порядкаЭлемент задержки и схема И используются для устранения влияния импульсных кратковременных помех в сигнале датчика давления при переключение ПФНЧ 3, т.е. управление переключением ПФНЧ 3 осуществляется в предлагаемом устройстве сигналами, длительность которых превьппает определенную величину (равную временной задержке элемента 13 задержки. Это повьппает помехозащищенность канала форсирования сигнала управления переключением ПФНЧ 3.деления делится на выходной сигнал второго дифференцирующего усилителя 5, в результате чего на выходе блока б формируется сигнал, пропорциональный постоянной времени 1- термодатчика 1. В блоке 7 умножения сигналы с выхода блока б делений и первого дифференцирующего усилителя 4 перемножаются, а результирующий 1 О сигнал поступает на второй вход сумматора 8 с противоположным знаком. При этом на выходе сумматора 8 формируется сигнал, в котором отсутствует динамическая ошибка, обусловленная инерционностью термодатчика, т,е. выходной сигнал устройства пропорционален величине (То+А)Термопреобразователь 1, датчик 9 2 О давления, дифференцирующие усилители 4, 5 и 11, сумматор 8, блок 7 умножения и блок б деления, второй фильтр 10 являются стандартными блоками. Пороговая схема и элемент за держки могут быть выполнены по любым схемам.Формула изобретения.ЗОУстройство для измерения температуры, содержащее последовательно включенные термопреобразователь и усилитель, выход которого соединен с входом перестраиваемого фильтранижних частот и первым входом сумма-,тора, выход которого является выходом устройства а второй вход соединен с выходом блока умножения, входыкоторого .соединены соответственно свыходом и первым входом блока деления, первый дифференцируюший усилитель, вход которого соединен с выходом перестраиваемого фильтра нижних частот, а выход подключен к первому входу блока деления и черезвторой дифференцирующий усиительсоединен с вторым входом блока деления, пороговую схему, о. т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения погрешности, обусловленнойвременным запаздыванием переключения перестраиваемого фильтра нижнихчастот с одного температурного режима работы на другой, в него введеныпоследовательно включенные датчикдавления, второй фильтр, третий дифференцирующий усилитель, .выход которого соединен о входом пороговойсхемы, элемент задержки и схема И,выход которой соединен с управляющим входом перестраиваемого фильтранижних частот, первый вход в , с выходом элемента задержки, а второйвход - с входом элемента задержки ивыходом пороговой схем..г тор Н 78 Подписно аказ митета СССР осударственного лам изобретенийсква, Ж, Рауш ткрытии я наб.,4/5 с роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Укгород, ул . Проектная,О/37ВНИИПИпо д3035, М Составитель В. Куликова Техред О. Гортвай Корректор . СиРохман