устройство для определения интенсивности обледенения
Классы МПК: | B64D15/20 средства для обнаружения обледенения или средства включения антиобледенительных устройств |
Автор(ы): | Пикман Я.М. |
Патентообладатель(и): | Пикман Яков Маркович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-06-06 публикация патента:
20.06.2001 |
Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов. Устройство содержит датчик обледенения, к первому выводу которого подсоединен своим выходным положительным выводом регулятор мощности нагревания, и индикатор. Датчик обледенения выполнен в виде металлической пластины, электроизоляционной пленки и электропроводной термочувствительной дорожки. Электроизоляционная пленка расположена на поверхности металлической пластины. На верхней поверхности электроизоляционной пленки расположена электропроводная термочувствительная дорожка. Последняя подсоединена своим первым выводом к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания, вторым выводом через термостабильное сопротивление - к отрицательному выходному выводу регулятора мощности нагревания и к первому выводу его второго входа. Вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания подсоединены к его отрицательному выходному выводу. Индикатор подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания. Предложенное устройство позволит с наименьшими затратами энергии точнее и быстрее измерить интенсивность обледенения. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Устройство для определения интенсивности обледенения, содержащее датчик обледенения, регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим выходным положительным выводом к первому выводу датчика обледенения, и индикатор, отличающееся тем, что датчик обледенения выполнен в виде металлической пластины, электроизоляционной пленки, расположенной своей одной из поверхностей на поверхности металлической пластины, и расположенной на верхней поверхности электроизоляционной пленки электропроводной термочувствительной дорожки, подсоединенной своими первым выводом к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания, вторым выводом через термостабильное сопротивление - к отрицательному выходному выводу регулятора мощности нагревания и первому выводу его второго входа, вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания подсоединены к его отрицательному выходному выводу, а индикатор подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания. 2. Устройство для определения интенсивности обледенения по п.1, отличающееся тем, что металлическая пластина выполнена из сплава алюминия и магния, электроизоляционная пленка выполнена из окислов алюминия и магния толщиной 10-80 мкм, а электропроводная термочувствительная дорожка выполнена в виде плоской спирали никеля, при этом отношение длины L электропроводной термочувствительной дорожки к ее ширине (Ш) выбрано: L/Ш
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое решение относится к области авиационной техники и может быть использовано для более быстрого и точного определения интенсивности обледенения с меньшими затратами электроэнергии. Аналогичные технические решения известны, см., например, авторское свидетельство СССР N 1135690, которое содержит:- датчик обледенения с узлом нагрева, выполненный в виде спирали, расположенной и закрепленной внутри корпуса датчика обледенения и мерной поверхности, выполненной в виде сетки, закрепленной внутри корпуса датчика обледенения и расположенной у поверхности спирали;
- сигнализатор обледенения, расположенный и закрепленный внутри корпуса датчика обледенения;
- источник постоянного напряжения, подсоединенный своим положительным выводом к первому контакту сигнализатора обледенения;
- пороговое устройство, выполненное в виде электромагнитного реле, подсоединенного одним концом своей обмотки к второму контакту сигнализатора обледенения и другим концом своей обмотки к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, своим первым контактом к одному из концов спирали узла нагрева, подсоединенной своим другим концом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, а вторым контактом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- формирователь сигнала индикации, выполненный в виде диодной развязки, подсоединенный своим входом к первому контакту электромагнитного реле и фильтра, подсоединенного своим входом к выходу диодной развязки;
- индикатор, подсоединенный своим входом к выходу диодной развязки формирователя сигнала индикации. Общими признаками аналога описанного выше и предлагаемого решения являются:
- датчик обледенения;
- источник постоянного напряжения;
- индикатор. Технический результат, который невозможно достичь вышеописанным аналогом, заключается в получении максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения. Причиной невозможного достижения технического результата является то, что в процессе образования льда на поверхности обледенения и в процессе нагревания отдельным нагревателем этой поверхности, нагреватель и поверхность обледенения разнесены друг от друга на достаточно большое расстояние, что в широком диапазоне температур не позволяет получить максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения, а средства для максимального сближения поверхности обледенения к поверхности нагревателя отсутствуют, что в свою очередь приводит к значительному расходу электроэнергии, к небольшому быстродействию и низкой точности определения интенсивности обледенения. Известно также устройство для определения интенсивности обледенения, см. , патент Российской Федерации N 2005666, который выбран в качестве прототипа и который содержит:
- датчик обледенения, выполненный в виде двух поверхностей, разделенных между собой теплоизоляционными прокладками, расположенными и закрепленными внутри корпуса датчика обледенения и двух разделенных и встроенных внутрь поверхностей первого и второго нагревателей;
- первый датчик температуры, расположенный и закрепленный на корпусе первой поверхности;
- второй датчик температуры, расположенный и закрепленный на корпусе второй поверхности;
- датчик температуры торможения воздушного потока, расположенный и закрепленный на верхней части корпуса датчика обледенения;
- первый регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим входом к выходу первого датчика температуры, а первым выходом к входу первого нагревателя;
- второй регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим входом к выходу второго датчика температуры, а первым выходом к входу второго нагревателя;
- формирователь сигнала индикации, выполненный в виде вычислителя и подсоединенный своим первым входом к второму выходу первого регулятора мощности нагревания, своим вторым входом к второму выходу второго регулятора мощности нагревания и своим третьим входом к выходу датчика температуры торможения воздушного потока;
- индикатор, подсоединенный своим входом к выходу формирователя сигнала индикации. Общими признаками прототипа и предлагаемого решения являются:
- датчик обледенения;
- регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим положительным выводом к первому выводу датчика обледенения, и индикатор. Технический результат, который невозможно достичь прототипом, заключается в получении максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения. Причиной невозможного достижения указанного технического результата является то, что при образовании льда на поверхности обледенения и в ходе нагревания этой поверхности:
- нагреватель и поверхность обледенения разнесены друг от друга на достаточно большое расстояние, что в широком диапазоне температур не позволяет получить максимально возможной теплопередачи с нагревателя на поверхность обледенения, а средства для максимально возможного сближения поверхностей обледенения и нагревания отсутствуют, что в свою очередь приводит к значительному расходу электроэнергии, низкому быстродействию и невысокой точности измерения интенсивности обледенения. Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств для более быстрого и точного определения интенсивности обледенения с меньшими затратами электроэнергии является актуальной на сегодняшний день. Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в устройстве для определения интенсивности обледенения, содержащем датчик обледенения, регулятор мощности нагревания, подсоединенный своим положительным выходным выводом к первому выводу датчика обледенения, и индикатор: - датчик обледенения выполнен в виде металлической пластины, электроизоляционной пленки, расположенной своей одной из поверхностей на поверхности металлической пластины и расположенной на верхней поверхности электроизоляционной пленки электропроводной термочувствительной дорожки, подсоединенной своим первым выводом к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания и вторым выводом через термостабильное сопротивление к отрицательному выходному выводу регулятора мощности нагревания и к первому выводу его второго входа, вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания подсоединены к его отрицательному выходному выводу, а индикатор подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания. При этом металлическая пластина выполнена из сплава алюминия и магния, электроизоляционная пленка выполнена из окислов алюминия и магния толщиной 10 - 80 мкм, а электропроводная термочувствительная дорожка выполнена в виде плоской спирали никеля, при этом отношения длины (L) электропроводной термочувствительной дорожки к ее ширине (Ш) выбрано L/Ш



где




L - длина электропроводной дорожки, мм;
Ш - ширина электропроводной термочувствительной дорожки, мм;
d - толщина электропроводной термочувствительной дорожки, мм. Полагая


L/Ш

d




на фиг. 1 представлена схема устройства для определения интенсивности обледенения;
на фиг. 2 представлена схема порогового элемента;
на фиг. 3 представлена схема формирователя сигнала блокировки;
на фиг. 4 представлена схема нормирующего усилителя. Устройство для определения интенсивности обледенения содержит:
датчик обледенения 1, выполненный в виде металлической алюминиево-магниевой пластины 2, электроизоляционной пленки 3 толщиной 10-80 мкм, состоящей из окислов алюминия и магния и расположенной своей одной из поверхностей на поверхности металлической алюминиево-магниевой пластины 2, расположенной и распределенной на верхней поверхности электроизоляционной пленки 3 электропроводной термочувствительной никелевой дорожки 4 в виде плоской спирали (змеевика), при этом отношение длины "L" электропроводной термочувствительной дорожки 4 к ее ширине "Ш" выбрано:
L/Ш

- регулятор мощности нагревания 5 выполнен в виде: порогового элемента 6; формирователя сигнала блокировки 7, подсоединенного своим входом к выходу порогового элемента 6; регулируемого источника постоянного напряжения 8, подсоединенного своим первым входом к выходу формирователя сигнала блокировки 7 и нормирующего усилителя 9, подсоединенного своим выходом к второму входу регулируемого источника постоянного напряжения 8. При этом электропроводная термочувствительная дорожка 4 датчика обледенения 1 подсоединена своим первым выводом к положительному выходному выводу и к первому выводу первого входа регулятора мощности нагревания 5 и своим вторым выводом к отрицательному выходному выводу через термостабильное сопротивление 10 и к первому выводу второго входа регулятора мощности нагревания 5. Причем, вторые выводы первого и второго входов регулятора мощности нагревания 5 подсоединены к его отрицательному выходному выводу, а индикатор 11 подсоединен своим входом к выходу регулятора мощности нагревания 5. Пороговый элемент 6, представленный на фиг. 2, содержит: операционный усилитель ОУ 12 типа КР544УД (справочник "Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги" серии К544 - К564, том 5, стр.74-78, издательство Радиософт, 1999 год, автор Нефедов А.В.); первый резистор 13, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 12; второй резистор 14, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 12 и другим выводом к корпусу; третий резистор 15, подсоединенный одним своим выводом к источнику питания и вторым выводом к катоду стабилитрона 16, анод которого подсоединен к корпусу; четвертый резистор 17, подсоединенный одним своим выводом к катоду стабилитрона 16 и другим своим выводом к инвертирующему входу ОУ 12; пятый резистор 18, подсоединенный одним своим выводом к инвертирующему входу ОУ 12 и другим к корпусу; шестой резистор 19, подсоединенный своим одним выводом к инвертирующему входу и другим к выходу ОУ 12, и седьмой резистор 20, подсоединенный одним своим выводом к выходу ОУ 12. Формирователь сигнала блокировки 7 (см. фиг. 3) содержит: диод 21; конденсатор 22, подсоединенной одной своей обкладкой к катоду диода 21 и другой к корпусу; первый резистор 23, подсоединенный одним своим выводом к катоду диода 21 и другим к корпусу; транзистор 24, подсоединенный своей базой к катоду диода 21; второй резистор 25, подсоединенный одним своим выводом к эмиттеру транзистора 24 и вторым выводом к корпусу. Коллектор транзистора 24 подсоединен к источнику питания. Нормируемый усилитель 9 (см. фиг. 4) содержит: операционный усилитель (ОУ) 26, выполненный на базе микросхемы типа КР544УД (справочник "Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги" серии К544 - К564, том 5, стр. 74-78, издательство Радиософт, 1999 год, автор Нефедов А.В.); первый резистор 27, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 26; второй резистор 28, подсоединенный одним своим выводом к неинвертирующему входу ОУ 26 и вторым к корпусу; первый конденсатор 29, включенный параллельно второму резистору 28; третий резистор 30, подсоединенный одним своим выводом к инвертирующему ОУ 26 и другим к корпусу; четвертый резистор 31, подсоединенный одним своим выводом к выходу ОУ 26 и другим к инвертирующему входу ОУ 26; второй конденсатор 32, включенный параллельно четвертому резистору 31; переменный резистор 33, подсоединенный своими выводами к выводам ОУ 26. В качестве регулируемого источника постоянного напряжения 8 использован регулируемый стабилизатор напряжения, опубликованный в справочнике "Интегральные микросхемы" издательство Додекс, 1998 год, стр.79, микросхема - К142ЕН. Предлагаемое устройство для определения интенсивности обледенения работает следующим образом. Регулируемый источник постоянного напряжения 8 регулятора мощности нагревания 5, подсоединенный через термостабильное сопротидление 10 к выводам электропроводной термочувствительной дорожки 4 датчика обледенения 1, развивает на ней мощность, позволяющую разогреть датчик обледенения 1 до температуры значительно выше +100oC. Нормированный ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4, определяет необходимую мощность для разогрева датчика обледенения 1 до температуры выше +100oC, задается исходным напряжением на выходе нормирующего усилителя 9 резистором 33. В свою очередь напряжение на выходе нормирующего усилителя 9 однозначно задает величину напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8. Нормируемый ток поддерживается постоянным при разогреве электропроводной термочувствительной дорожки 4 и, соответственно, при изменении от температуры разогрева сопротивления электропроводной термочувствительной дорожки 4. Стабильность нормированного тока обеспечивается за счет действия отрицательной обратной связи по току. Напряжение отрицательной обратной связи с термостабильного сопротивления 10 поступает на неинвертирующий вход нормирующего усилителя 9 через резистор 27 (фиг. 4). При разогреве электропроводной термочувствительной дорожки 4 сопротивление ее будет возрастать, что приводит к уменьшению тока, протекающего через нее, и, соответственно, к уменьшению напряжения на термостабильном сопротивлении 10. Так как термостабильное сопротивление 10 соединено с неинвертирующим входом, на выходе нормирующего усилителя 9 напряжение будет также уменьшаться. Напряжение с выхода нормирующего усилителя 9 поступает на вход (2) управления регулируемого источника постоянного напряжения 8, причем уменьшение напряжения на входе (2) управления приводит к увеличению напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8. Увеличение напряжения на выходе регулируемого источника постоянного напряжения 8 приводит к увеличению тока, протекающего через электропроводную термочувствительную дорожку 4, т.е. в результате протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4 ток не меняется и остается равным нормированному и не зависит от ее разогрева (температуры). Точность поддержания нормированного тока неизменным при изменении сопротивления электропроводной термочувствительной дорожки 4 (нагревании и охлаждении ее) определяется коэффициентом усиления нормирующего усилителя 9 (задаваемым сопротивлениями 31 и 30) и коэффициентом усиления но цепи управления регулируемого источника постоянного напряжения 8. Конденсаторы 32, 29 определяют необходимую полосу пропускания частот. Так как нормированный ток, протекающий через электропроводную термочувствительную дорожку 4, неизменен, то при ее разогреве, на нее воздействует увеличивающаяся мощность вследствие увеличения сопротивления, что в свою очередь приводит к более быстрому разогреву. Напряжение на контактах электропроводной термочувствительной дорожки при разогреве возрастает прямо пропорционально росту ее сопротивления, т.е. росту температуры. Напряжение с контактов электропроводной термочувствительной дорожки 4 поступает на вход порогового элемента 6, на неинвертирующий вход ОУ 12 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 13 и 14 (фиг. 2). На инвертирующий вход ОУ 12 поступает опорное напряжение от стабилитрона 16 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 17 и 18. Когда положительное напряжение на инвертирующем входе больше положительного напряжения на неинвертирующем входе, на выходе ОУ 12 будет низкий уровень напряжения, близкий к "0" вольт, в случае, когда больше напряжение на неинвертирующем входе, на выходе ОУ 12 будет высокий уровень положительного напряжения "+". Порог перехода на выходе ОУ 12 от "0" до уровня "+", при разнице напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах, определяется коэффициентом усиления ОУ 12 (резисторы 17, 18, 19) и напряжением питания ОУ 12. Чем больше коэффициент усиления ОУ 12, тем при меньшей разнице напряжений на входах ОУ 12 будет осуществляться переброс на выходе его напряжения от "0" до "+" и наоборот (порог срабатывания уменьшается). Сопротивления 13, 14, 17 и 18, стабилитрон 16 выбраны такими, чтобы напряжение на неинвертирующем входе ОУ 12, поступающее от электропроводной термочувствительной дорожки 4 при ее температуре +100oC, было равно напряжению на инвертирующем входе ОУ 12 поступающем от стабилитрона 16. При возрастании температуры электропроводной термочувствительной дорожки 4 напряжение на ее выводах возрастает и напряжение на неинвертирующем входе ОУ 12 становится больше напряжения на инвертирующем входе, при этом на выходе ОУ 12 будет плюсовое напряжение. При температуре электропроводной термочувствительной дорожки 4 менее +100oC на выходе ОУ 12 напряжение, соответственно, будет равно "0". Напряжение с выхода ОУ 12 поступает через резистор 20 на вход формирователя сигнала блокировки 7 (фиг. 3), диод 21, емкость 22, резистор 23 и эмиттерный повторитель на транзисторе 24 и резисторе 25. При положительном напряжении на выходе ОУ 12 происходит заряд емкости 22. Постоянная времени заряда







Класс B64D15/20 средства для обнаружения обледенения или средства включения антиобледенительных устройств