Устройство для измерения температуры на вращающихся объектах

Изобретение относится к системам контроля подвижных объектов и может использоваться для дистанционных беспроводных измерений температуры. Устройство содержит микрофон, соединенный с входом анализатора спектра и расположенный против датчика температуры. Датчик температуры выполнен в виде камеры, имеющей щелевое сопло, первую и вторую резонирующие полости, сообщенные с окружающей средой, клиновый рассекатель и подвижную крышку, сопряженную с преобразователями “температура - линейный размер”. При этом выходные отверстия резонирующих полостей закрыты биметаллическими пластинами с насадкой в виде полусферы, расположенными на корпусе датчика. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, а также повысить точность и надежность измерения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к системам контроля подвижных объектов и может использоваться для дистанционных беспроводных (бесконтактных) измерений температуры на вращающихся объектах, например, на колесных парах во время следования подвижного состава, по звуковым каналам.

Известен способ измерения температуры вращающихся тел, который осуществляется с использованием размещаемых в одном корпусе термопреобразователя двух идентичных датчиков теплового потока и нагревателей. Корпус выполняют из высокотеплопроводного материала. Датчики теплового потока располагают в непосредственной близости у вращающегося тела на разных расстояниях от него. В процессе измерения непрерывно отслеживают разность выходных сигналов датчиков теплового потока, изменяя температуру корпуса. Регистрацию температуры корпуса, которую принимают за температуру вращающегося тела, осуществляют в момент равенства нулю разности выходных сигналов датчиков теплового потока (Авторское свидетельство СССР №1649307 A1, G 01 K 13/08, 15.05.91).

Недостатками данного способа являются его инерционность, связанная с нагревом корпуса до температуры вращающегося тела, и необходимость установления этого корпуса в непосредственной близости от контролируемого объекта.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для измерения температуры вращающегося объекта, где на вращающемся датчике, выполненном в виде камеры, имеющей щелевое сопло, установлены резонирующие полости, сообщенные через выходные отверстия с окружающим пространством, клиновой рассекатель и подвижная крышка, сопряженная с преобразователем “температура - линейный размер”. Объем резонирующих полостей камеры изменяется пропорционально изменению температуры вращающегося тела вследствие перемещения подвижной крышки под действием преобразователя “температура - линейный размер”, например, сильфонов, которые изготавливаются из материала с большим коэффициентом линейного расширения. При изменении объема меняется частота генерируемого датчиком звукового сигнала. Звуковой сигнал воспринимается чувствительным элементом, например микрофоном, и передается на анализатор спектра (Авторское свидетельство СССР №1825992 A1, G 01 K 13/08, 07.07.93).

Недостатками данного устройства являются: необходимость расположения предложенного устройства в строго заданном положении для попадания струи газа в щелевое сопло, малая надежность и большая погрешность.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, точности, надежности за счет использования биметаллических пластин.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее микрофон, соединенный с входом анализатора спектра и расположенный против датчика температуры, выполненный в виде камеры, имеющей щелевое сопло, первую и вторую резонирующие полости, сообщенные через первое и второе выходные отверстия с окружающей средой, клиновый рассекатель и подвижную крышку, сопряженную с преобразователями “температура - линейный размер”, причем клиновый рассекатель размещен против щелевого сопла, подвижная крышка установлена в резонирующих полостях, в отличие от прототипа вводятся в качестве чувствительного элемента биметаллические пластины, и выходные отверстия закрыты биметаллическими пластинами с насадками в виде полусферы, расположенными на корпусе датчика.

Существо изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема размещения датчика; на фиг.2 - вид камеры датчика; на фиг.3 - датчик температуры, разрез; на фиг.4 - установка датчика температуры и чувствительного элемента на подвижном составе.

Устройство для измерения температуры вращающегося объекта состоит из датчика 1 температуры, установленного на вращающемся объекте, например на бандаже колесной пары, при помощи клея, и выполненного в виде камеры, имеющей щелевое сопло 2, клиновой рассекатель 3, размещенный против щелевого сопла 2, первую резонирующую полость 4 и вторую резонирующую полость 5 с переменным объемом, крышку датчика 6, первое выходное отверстие 7 и второе выходное отверстие 8, первый 9 и второй 10 преобразователи “температура - линейный размер”, выполненных в виде биметаллических пластин, и подвижной крышки 11. Устройство также включает микрофон 12, анализатор спектра 13. Свободный конец первой биметаллической пластины соединен с подвижной крышкой 11 стержнем 14, свободный конец второй биметаллической пластины соединен с подвижной крышкой 11 стержнем 15. Датчик температуры 1 расположен на бандаже 16, одетом на обод колеса 17 при температуре 250-320°С, а микрофон 12 - на раме тележки подвижного состава 18. Для жесткости конструкции свободные концы первой 9 и второй 10 биметаллических пластин соединены между собой поперечным стержнем 19. Выходное отверстие 7 с наружной стороны закрывает биметаллическая пластина 20, выполненная с насадкой в виде полусферы 21, выходное отверстие 8 с наружной стороны закрывает биметаллическая пластина 22, выполненная с насадкой в виде полусферы 23.

Устройство работает следующим образом.

Крышку датчика 6 и подвижную крышку 11, устанавливаемую в первой 4 и второй 5 резонирующих полостях, изготавливают из того же материала, что и сам бандаж. Все это позволяет увеличить диапазон измерений температуры до 1000°С. Первая 9 и вторая 10 биметаллические пластины расположены таким образом, что исключает влияние центробежных сил на перемещение подвижной крышки 11. Размеры первой 9 и второй 10 биметаллических пластин и величина их рабочего хода, а также соотношения между геометрическими размерами первой 4 и второй 5 резонирующих полостей, щелевого сопла 2, первой 7 и второй 8 выходных отверстий подбираются таким образом, чтобы обеспечить эффективную работу датчика в пределах рабочих температур колесной пары, и в соответствии с описанием излучателя акустических сигналов. Биметаллические пластины 20, 22 выбираются таким образом, чтобы температура, при которой произойдет открытие выходных отверстий, являлась нижней границей диапазона измеряемой температуры.

При вращении объекта поток набегающего воздуха попадает в щелевое сопло 2, далее обтекая клиновой рассекатель 3, он отклоняется в первую резонирующую полость 4, ограниченную сверху подвижной крышкой 11, а снизу днищем камеры, где создается импульс звукового давления, который излучается через первое выходное отверстие 7. Одновременно этот импульс звукового давления из первой резонирующей полости 4 перебрасывает звуковой сигнал во вторую резонирующую полость 5, где импульс звукового давления излучается через второе выходное отверстие 8 и далее этот процесс повторяется.

При изменении температуры вращающегося объекта подвижная крышка 11 первого 9 и второго 10 преобразователей “температура - линейный размер” перемещается под действием биметаллических пластин, которые изгибаются пропорционально повышению температуры, и соответственно, выпрямляются при ее понижении; это приводит к уменьшению или увеличению объема первой 4 и второй 5 резонирующих полостей, а следовательно, и частоты излучаемого устройством звукового сигнала. В общем случае звуковой сигнал воспринимается микрофоном 12 и фиксируется на анализаторе спектра 13, о величине температуры вращающегося объекта судят по показаниям анализатора спектра 13. На экране анализатора 13 спектра фиксируется спектр акустического сигнала, излучаемого датчиком, т.е. распределение амплитуды звукового давления по частоте. Предварительно оттарировав зависимость интегральных характеристик спектра от температуры вращающегося объекта, по их изменению можно судить о температуре объекта. Фильтрация и обработка составляющей спектра, несущей информацию о температуре, от шума и других звуковых помех, имеющих регулярный характер, осуществляется в соответствии с известным способом и с использованием методов функционального диагностирования сложных механических систем.

Устройство отличается использованием в качестве термочувствительного элемента биметаллических пластин, расположенных перпендикулярно направлению центробежных сил, так что и биения объекта не оказывают влияния на работу датчика.

Устройство имеет большую точность, т.к. термопреобразователь находится внутри объекта и никак не связан с внешней средой.

Устройство обладает большей надежностью за счет использования биметаллических пластин вместо сильфонов.

Устройство отличается тем, что если существует опасность загрязнения или засорения резонирующей камеры устройства во время эксплуатации, то для повышения надежности и улучшения работоспособности используются дополнительные биметаллические пластины, закрывающие выходные отверстия, когда нет необходимости в измерении температуры. Биметаллические пластины выбираются таким образом, чтобы температура, при которой произойдет открытие выходных отверстий, являлась нижней границей диапазона измеряемой температуры.

1. Устройство для измерения температуры вращающегося объекта, содержащее микрофон, соединенный с входом анализатора спектра и расположенный против датчика температуры, выполненного в виде камеры, имеющей щелевое сопло, первую и вторую резонирующие полости, сообщенные через первое и второе выходные отверстия с окружающей средой, клиновый рассекатель и подвижную крышку, сопряженную с преобразователями “температура - линейный размер”, причем клиновый рассекатель размещен против щелевого сопла, подвижная крышка установлена в резонирующих полостях, отличающееся тем, что выходные отверстия закрыты биметаллическими пластинами с насадкой в виде полусферы, расположенными на корпусе датчика, при этом биметаллические пластины выбираются таким образом, чтобы температура, при которой произойдет открытие выходных отверстий, являлась нижней границей диапазона измеряемой температуры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователи “температура - линейный размер” выполнены в виде биметаллических пластин.