Способ обнаружения обледенения поверхности и устройство для предепреждения об образовании льда

БЕЛАРУСЬ пдтент гесоюз советских СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИНГОСУДАРСТВЕННЫЙ номитЕт по изоБРЕтЕниям и отнгытиям ПРИ ГННТ СССР(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЛДННЯ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПРЕЖДЕНИЯ ОБ ОБРАЗОВАНИ-ПЬДА(57) Изобретение касается обнаружения образования льда Целью изобретения является повышение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности. Устройство для предупреждения об образова-нии льда содержит диафрагму 2 котос рая.отрегулнрована на-одну из своих резонансных частот с помощью пьезоэлектрического преобразователя 3.Ди афрагма 2 термически связана с металлической пластинкой д, которая пооче редно охлаждается и нагревается соотд ветственно ние и выше температуры окружающей среды с помощью элементов Пельтъе 8, которые соединены с генератором 1 Г постоянного тока. Блок управления 12 измеряет изменение резонансной частоты, которое вызываетсн образованием и отложением льда на диафрагме 2 в течение периодов ох лаждения или нагревания, н формируетсигнал тревоги каждый раз, когда изменение в этой частоте достигает и/или превышает заранее установленную величину. Блок управления 12 таке же регулирует длительность, величинутемпературы окружающей СРЕДЫ И ТЕМПЕратуры самой диафрагмы 2. 2 с. 2 зп. флы 3 ил.Изобретение касается обнаружения образования льда, Целью изобретения является повыение функциональной надежности обнаружения образования льда на поверхности за счет возможности получения предУпреждающей информации.На фиг 1 приведена схема устройства на фиг 2 и 3-датчик устройст- 10 ва, варианты.Устройство (фиг 1) содержит датчик 1, который содержит чувствительный элемент в виде диафрагмы 2,пье эоэлектрически преобразователь 3, 15металлическую пластинку 4, изолирующие кольца 5 и 6, ребристьй тепло вод 7, элементы 8 Пельтье Устройст во также содержит автогенератор 9,проводы 10, с помощью которых осу- 20 ществляется соединение диафрагм 2и пьезоэлектрического преобразователя 3 с автогенератором 9, которые образуют блок возбуждения колебаний(не показан) Устройство содержит 25 также генератор 11 постоянного тока,которьй вместе с элементами 8 Пельтье образует регулятор температуры (не показан), блок 12 управления,кото рый может быть выполнен, например, . 30 на микропроцессора фирмы АЫДВ 5Датчик 1 (фигд) содержит электро- 35 динамически преобразователь,выполнениый в виде индуктивного устройст Вг. 15.Датчи 1 (фиг 3) содержит магнитострикционный преобразователь (не 40 показан), выполненный на магнитострикционном элементе 16-и катушке 17Блок 12 управления иеет первьй информационный вход 18, соответст- 45 вующий входу АЗВ микропроцессора АЫЦВ 5 второй информационный вход 19,соответствующий входу АДС микропроцессора, управляющи вход 20, соответствующий входу.А 4 В микропроцессо- 50ра, информационный выход 21, соот ветствующий выходу А 9 В микропроцессора, управляющий выход 22, соответствующий выходу В 14 С микропроцессора Резонансная частота диафрагмы 2вместе с.пьеэоэлектрическим преобра-. зователем 3 выражается через зависимость 7Г упругая постоянная ш - массаь Из формулы имеются в виду два различных случая когда диафрагма установлена (отрегулирована) на вибраци на своей основной частоте резонанса и когда диафрагма 2 установлена на вибрацию на более высокой гармоние, чтобы поверхность вибрирующей диафрагы 2 составляла какое-то конкретное число узлов и антиуэловВ первом случае, если на диафрагме 2 образуется слой льда, тогда из-за скапливания здесь льда увеличиваетсяобщая масса ш диафрагмы 2 и пьезо электрического преобразователя З, а в соответствии с указанной формулой частота автогенератора 9 уменьшается. Во втором случае слой льда,который образуется на диафрагме 2, повышает ее жесткость, а следовательно,д и увеличивает величину Г. Этот эффект предопределяет снтуацикогда соответствующее увеличение массы ш приводит к соответствующему повышению 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 друга веществ,наприер воды, масла или грязи,всегда обуславливает уменьшение частоты автогенератора 9, что связано в данном случае с неизбежным увеличением массы ш Следовательно, изобретение проводит четкую грань и различие между образованием льда, одчем всегда(за исключением первого случая) свидетельствует повышение частоты автогенератора,9, и присутствием здесь других элементов, например воды,масла или грязи, о чем свидетельствует пониение частоты автогенератора 9тора 9 измеряется с помощью блока 12 управления, если это колебание достигает и/или превышает заранее уста новленную величину, тогда блок 12управления формирует сигнал тревоги,который предупреждает о большой вероятности образования естественного льда-на поверхности, когда температу ра окружающей среды близка к точкельда,которые прилипают к поверхности, когда температура окружающей среды нище точки замерзания, Является предпочтительным удерживать резо- . нансную частоту диафрагмы в пределах 1 20 кГц, Генератор 11 постоянного тока соединен с элементами 8-Пельтье и выдает электрически ток, длительность, величина и направление которого определяются блоком 12 управления в виде функции результатов измерения температуры окружающей среды датчиом 13 температуры окружающей среды и температуры диафрагмы Н измеряемой датчиком 14 температуры диафрагмып ДЛЯ какоготто конкретного направления потока электрического тока генератора 1 постоянного тока элементЫ.8 Пельтье охлаждают диафрагму 2 на несколько градусов ние температуры окружающей среды Тп, а если температура окружающей среды находится около точки замерзания, тогда на диафрагме 2 можетобразоваться слой льда, который повышает или поииает частоту автогенератора 9, По истечении какого-то периода времени полярность направления потока электрического тока генератора 11 постоянного тока изменяется наобратную, и элементы 8 Пельтъе те перь уже нагревают диафрагму 2 дотемпературы, которая на несколько градусов вьше температуры окружающей среды, чтобы обеспечить таяние.ранее образовавшегося на диафрагме 2 льда. Чередование фаз охлаждения и нагревания может быть периодическим, а длительность этих фаз равна, например,нескольким десяткам секунда Это будет обеспечивать периодическое ловторение измерения частоты автогенератора 99 Датчик 1 имеет относительно небольшие размеры, благодаря ЧеМУ его тепловая инердия малая, а Фазы охлаждения и нагревания диафрагм 2.практически мгновенно следуют за изменениями направления потока электрического тока от генератора 11 постоянного тока на обратное, что даетВОЗМОЖНОСТЬ УСТРОЙСТВУ ПОДНВЗТЬ СНГнал тревоги еще до момента образования естественного льда.На практике образование льда може происходить при-очень низким температурах, например, при - 20 или-40 С, причем образование естественного льда происходит не в течение фазы охлаждения диафрагмы 2, а в те чение фазы нагревания, И тем не менее, во всех случаях частота автогеНеРаТ 0 ра 9 пониается, если диафрагма 2 находится В вибрирующем состоянии на своей основной частоте резонанса, частота автогенератора 9 повышается, если эта диафрагма 2 начинает вибрировать на более высоки гармоннках Если температура окружающей среды повьшается выше заранее установленной величины, при которой нет. ниакого риска естественного образования льда, тогда вся система выключается блоком 12 управления, На ФИг.1 показан момент, когда диафрагма 2 находится в состоянии вибрации, причем эта вибрация вызвана пьезоэлектрическим преобразователем 3. На фиг 2 показан момент, когда диафрагма 2 также может начать вибрировать злектродинамическим образом В результате воздействия Индуктино го устройства 15, прикрепленного к металлической пластинке 4, которая соединена,с автогенератором 9,индуктивноеустройство 15 отделено от диафрагмы 2 зазором, а сама диафрагма 2 может быть представлена каки-то магнитным материалом. На фиг. 3.локазан еще один вариант устройства,кото рое может вызывать вибрирование диафрагм. В данном случае к диафрагме 2 крепится магнитострикционны элемент Г 6, который отрегулирован на вибрирование в результате воздействия на него катушки 17, котораясое динена с автогенератором 9.чОбраяуе мыс в магнитострикционном элементе 16 механические вибрациипередаются на диафрагму 2 с той же частотой. В данном случае имеется также возможность нагревать диафрагму 2 с помощью злектрического 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 диафрагмы-2, причем по этим трубопроводам циркулирует либо охлаждающий газ, либо охлаждающие жидкости. Ф о р м У л а И 3-о б р е т е н ия 1. Способ обнаружения обледене НИЯ ПОВЕРХНОСТИ, ОСНОВВННЫ на размещении на контролируемом объекте чувствительного элемента в виде диафрагмы, характеризующейся резонансной частотой колебаний,возбужденияВ диафрагме колебаний указанной резонансной частоты, контроле параметров резонансных колебаний диафрагмы путем сравнения параметров резонансиьш колебаний диафрагмы с заданными 10 значениями и при их отклонении от заданного значения - формировании сигнала тревоги, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыения функциональной надежности обнаруже- 15 НИЯ Образования льда на поверхности за счет возможности получения предупреждающей информации, одновременно измеряют температуру окружающей Средыэа В зоне поверхности диафрагМЫ Измеряют температуру диафрагмы,ФОРМИРУЮТ управляющее воздействиенеоднократного охлаждения ние температуры окружающей среды и нагрева 25 диафрагмы вьше температуры окружающей Среды, если она близка или ние точки замерзания, 2-Устройство для предупреждения об образовании льда, содержащее чув-30 ствительный элемент в виде диафраг М, соединенной с контролируемым объектом в области, подверженной естественному обледенению и с блоком возбуждения колебаний, о т л и ч а-ю 35 Щ е е с я тем, что, с целью повьше.ния функциональной надежности устройства, в него введены датчик температуры окружающей среды, датчик температуры диафрагмы регулятор температуры, блок управления, выход датчика температуры окружающей среды соединен с первьш иформационнвш входом блока управления, датчик темпераТУРЫ диафрагмы соединен с диафрагмой, а его выход соединен с вторым информа ционным входом блока управления, вьг ход блока возбуждения колебаний соединен с управляющим входом блока управления, управляющий вьшод которого соединен с управляющим входом регулятора температуры, информационньй выход блока управления подключен к индикатору,3 УтфтсшопопДотд 3 иа ю щ е е с я тем, что блок возбуждения колебани содержит автогенератор и либо пьезоэлектрический,либо магнитострикциониьй либо электродинамический нреобразователь,который подключен к входу управления автогенератора, выщод-которого является выходом блока. 4 Устройство по п 2 о т п И ч а ю Щ е е с я тем, что регулятор температуры содержит генератор постоянного тока и элементы Пельтъе,управляемъй вход элементов Пельтье соединен с выходом генератора постоянного тока, вход генератора постоянного тока является входом регулятораВШППП Государственного комтета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., Д. 4/5