應用於旋轉體多點溫度測量的裝置的製作方法
2023-04-27 19:29:41 1
專利名稱：應用於旋轉體多點溫度測量的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械加工部件溫度測量，特別是涉及一種應用於旋轉體多點溫度測量的裝置。
背景技術：
機械裝備運行中，很多部件是旋轉體，有些情況下需要對這些旋轉體的若干點進行溫度測量。比如，機械切削機理研究中需要測量車削旋轉工件或銑削旋轉刀具的溫度。目前只見刀具-工件組成的自然熱電偶用集流器或頂針、電刷引出一端信號，另一端是在非旋轉體上，這些方法都基於電導體將旋轉體的熱電勢信號引出到外部靜止的測量電路。如水銀集流器是通過一根導線在水銀液體中旋轉來解決旋轉狀態下信號輸出導線的扭轉問題，頂針或電刷式是通過靜止硬導體接觸旋轉硬導體即「刷」的作用來解決旋轉狀態下信號輸出導線的扭轉問題。用標準熱電偶測量旋轉體的溫度，熱電偶兩端都在旋轉體上，兩端必須彼此絕緣，因此必須解決兩根導線的分別引出扭轉問題。若用水銀或頂針、電刷，則每個標準熱電偶需要兩套彼此絕緣的引出裝置，這樣的結構勢必非常複雜，如果同時輸出多個標準熱電偶的信號，其輸出裝置就更難以實現。更重要的是，這些方法都存在導體之間摩擦的現象，會產生附加熱電勢，嚴重影響測量精度。熱電偶是目前可靠和常用的測溫傳感器。在裝備製造和運行中，要對旋轉體應用熱電偶測溫，特別是多點測溫，必須要解決多個微弱熱電勢信號同時傳輸的問題。旋轉狀態下，標準熱電偶採集到的熱電勢信號的目前常用輸出方法有水銀集流器、銅頂針和電刷式等。這些方法的缺點在於(1) 一個標準熱電偶的兩端分別會採集到一個熱電勢信號，每輸出一個熱電勢信號需要一套信號引出裝置，如果用熱電偶同時測量η點的溫度就要2η套裝置，其結構勢必非常複雜；(2)旋轉狀態下，信號傳輸導體動、靜體之間的摩擦會產生附加熱電勢，也即熱電信號的輸出保真困難，影響測量精度。目前只見刀具-工件組成的自然熱電偶用水銀集流器或頂針、電刷引出一端信號，另一端是在非旋轉體上，還未見其他人研究旋轉體標準熱電偶的信號的引出問題，因為兩端都在旋轉體上，而兩端必須彼此絕緣。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的問題，提供應用於旋轉體多點溫度測
量的裝置。本實用新型包括多個熱電偶、多點測溫信號的分時採集和實時濾波、放大、A/D轉換、無線發射的電路模塊，將之固定在旋轉工件或旋轉刀具上適當位置，在旋轉體之外設置相應的無線接收器以及串行信號處理電路模塊、顯示儀表或計算機，由無線傳輸的方式解決旋轉體上多個熱電偶測溫信號轉移到外部非旋轉儀器電路的問題。旋轉體上多點的溫度熱電信號，被安置在各點的K型熱電偶1採集，並通過一個多路電子開關輪流送到放大電路及濾波電路放大及濾波，再進入A/D轉換電路轉換為數位訊號，然後通過無線發射裝置向外界發射，外部靜止的無線接收模塊接收到信號，輸往顯示儀表或PC機進行顯示或處理、儲存。本實用新型目的通過如下技術方案實現—種旋轉體多點溫度測量熱電勢信號無線輸出裝置，包括K型熱電偶、熱電勢信號採集與發射模塊、無線接收模塊和PC機；所述熱電勢信號採集與發射模塊包括多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路、CPU、無線發射模塊和電池，多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路和CPU依次信號連接，CPU還分別與多路電子開關、無線發射模塊和電池連接，電池還分別與多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路和無線發射模塊連接；所述無線接收模塊通過導線與PC機連接，無線發射模塊與無線接收模塊信號連接；多個K型熱電偶分別設置在待測溫的旋轉體上，K型熱電偶通過導線與多路電子開關連接；所述電勢信號採集與發射模塊固定在旋轉體尾部中心，或者勢信號採集與發射模塊套在旋轉體上，使電勢信號採集與發射模塊的重心與旋轉體旋轉軸同心。為進一步實現本實用新型目的，所述旋轉體為車削工件，車削工件通過三爪卡盤固定在車床上，且隨三爪卡盤旋轉，K型熱電偶固定在車削工件上，位於車刀的加工部位附近，電勢信號採集與發射模塊通過螺栓和銅柱墊片直接固定在車削工件的尾端。所述旋轉體為銑刀，銑削工件固定在銑床上不動，銑刀通過刀夾固定在銑床上，電勢信號採集與發射模塊為空心的環形裝置，電勢信號採集與發射模塊通過強力膠水固定在刀夾，銑刀穿過環形電勢信號採集與發射模塊中間通孔，K型熱電偶固定在銑刀的前端，靠近銑削工件。本實用新型相對於現有技術具有如下優點(1)應用無線技術替代過去有線技術實現旋轉體信號的引出，使得信號引出裝置簡單，同時避免了動靜摩擦產生附加熱電勢而影響測量精度問題；(2)切削狀態下，特別是旋轉刀具溫度的測量，溫度熱電信號採集模塊10和刀具固定在一起，如果溫度熱電信號採集模塊10的質心不處在旋轉軸上，旋轉狀態下勢必產生離心力，旋轉速度越高離心越高，這必然影響工具機的性能，為此本實用新型把溫度熱電信號採集模塊10的PCB板做成環形，讓刀具穿過溫度採集模塊10的PCB板中心，並通過靜平衡實驗使得溫度熱電信號採集模塊的質心就在環的中心，這樣就確保溫度熱電信號採集模塊的質心處在旋轉軸上，避免了高速旋轉離心力的問題。
圖1為應用於旋轉體多點溫度測量的裝置電路原理圖；圖2為車削狀態下旋轉工件多點溫度測量裝置結構示意圖；圖3為銑削狀態下旋轉刀具多點溫度測量裝置結構示意圖；圖4為車削時採集與發射模塊固定在車削工件上的示意圖；圖5為銑削時採集與發射模塊固定在銑刀上的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明，但本實用新型要求保護的範圍並不局限於實施方式表述的範圍。如圖1所示，一種應用於旋轉體多點溫度測量的裝置，包括K型熱電偶1、熱電勢信號採集與發射模塊10、無線接收模塊8和PC機9 ；熱電勢信號採集與發射模塊10包括多路電子開關2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉換電路5、CPTO、無線發射模塊7和電池21， 多路電子開關2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉換電路5和CPTO依次信號連接，CPTO還分別與多路電子開關2、無線發射模塊7和電池21連接，電池21還分別與多路電子開關2、放大電路3、濾波電路4、A/D轉換電路5和無線發射模塊7連接；無線接收模塊8通過導線與 PC機9連接，無線發射模塊7與無線接收模塊8信號連接。多個K型熱電偶1分別設置在待測溫的旋轉體上，K型熱電偶1通過導線把熱電信號輸入電勢信號採集與發射模塊10的多路電子開關2 ；電勢信號採集與發射模塊10通過螺栓固定在旋轉體13尾部中心，或者把電勢信號採集與發射模塊10套在旋轉體15 ；電勢信號採集與發射模塊10的重心與旋轉體旋轉軸同心，避免高速旋轉時離心力的產生。電勢信號採集與發射模塊10把K型熱電偶1採集到的熱電勢進行了濾波、放大和模數轉換，並把信號通過無線發射模塊7發射出來；無線接收模塊8接收從無線發射模塊7 發射出的信號；CPTO控制電勢信號採集與發射模塊10中各個電子元件工作；PC機9把無線接收模塊8接收到的來自電勢信號採集與發射模塊10的信號進行復原、電勢與溫度值的匹配，也就是說把數據進一步的整理，並把電壓值轉換為溫度值，並按要求顯示出來；電勢信號採集與發射模塊10中多路電子開關2的作用是把從多個K型熱電偶1採集到的信號輪流輸入放大電路3 ；放大電路3的作用是把來自K型熱電偶1採集的信號進行放大；濾波電路4是把採集到的原始信號中的雜波過濾掉；A/D轉換電路5是把模擬信號轉換為數位訊號；無線發射裝置7把來自A/D轉換電路5的信號發射出去。如圖2、4所示，車削狀態下，車刀11固定在車床上，車削工件13通過三爪卡盤12 固定在車床上，且隨三爪卡盤12旋轉。要測量旋轉工件的溫度時，把K型熱電偶1、電勢信號採集與發射模塊10都固定在車削工件13上，其中，K型熱電偶1固定在車削工件13上， 位於車刀11的加工部位附近，電勢信號採集與發射模塊10通過螺栓18和銅柱墊片19直接固定在車削工件13的尾端，電勢信號採集與發射模塊10的重心與旋轉軸同心，避免高速旋轉時離心力的產生。如圖3、5所示，銑削狀態下，銑削工件14固定在銑床17上不動，銑刀15作為旋轉體加工要銑削工件14，銑刀15通過刀夾20固定在銑床上，電勢信號採集與發射模塊10製成空心的環形裝置，電勢信號採集與發射模塊10通過強力膠水22固定在刀夾20，銑刀15 穿過環形電勢信號採集與發射模塊10中間通孔，K型熱電偶1固定在銑刀15的前端，靠近銑削工件14。K型熱電偶1、電勢信號採集與發射模塊10都固定在銑刀15上，電勢信號採集與發射模塊10的重心與銑刀15旋轉軸同心，避免高速旋轉時離心力的產生。測溫工作時，啟動電勢信號採集與發射模塊10，CPTO控制多路電子開關2，使得電勢信號採集與發射模塊10從多個K型熱電偶1採集到的熱電勢信號輪流進入放大電路 3及濾波電路4，進行熱電勢信號的放大及濾波；經過放大及濾波電路放大及濾波後的熱電勢模擬信號進入A/D轉換電路5，CPU6把熱電勢模擬信號轉換為數位訊號；經CPTO處理得到的熱電勢數位訊號通過無線發射模塊7發送到外部靜止態的無線接收模塊8，無線接收模塊8受PC機9的控制，接收無線發射裝置7發射出的信號，無線接收模塊8把接收到的熱電勢信號輸入到PC機9中處理、儲存和顯示出來。PC機9把經過電勢信號採集與發射模塊10放大、A/D轉換的信息進行還原，還原後就得到K型熱電偶1採集的初始值。再根據K型熱電偶電勢——溫度值對應表，把電勢信號轉換為溫度值，從而實現各點溫度的採集、傳輸和顯示。 本實用新型信號採集的起始時間、每次採集的時間間隔、採集信號的通道和這些通道採集信號的順序是由控制程序事先設定的，這樣PC機把採集的信號，根據通道的多少，整理成各個通道在不同時間點採集到的熱電勢信號序列，並把獲得的各通道熱電勢值還原到原始值，再根據標準熱電偶電勢值與溫度值的對應關係表，把熱電勢信號轉換為溫度值。從而實現旋轉體多點溫度的實時採集、輸出和顯示。很好地解決了旋轉狀態下標準熱電偶測量多點溫度時，多信號的引出和避免附加熱電勢產生問題。本實用新型提出把多個標準熱電偶採集到的熱電勢信號通過固定在旋轉體上的熱電勢採集模塊內的無線發射電路輸出到外部靜止態的無線信號接收電路，最後輸入到計算機。
權利要求1.一種應用於旋轉體多點溫度測量的裝置，其特徵在於，包括K型熱電偶、熱電勢信號採集與發射模塊、無線接收模塊和PC機；所述熱電勢信號採集與發射模塊包括多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路、CPU、無線發射模塊和電池，多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路和CPU依次信號連接，CPU還分別與多路電子開關、無線發射模塊和電池連接，電池還分別與多路電子開關、放大電路、濾波電路、A/D轉換電路和無線發射模塊連接；所述無線接收模塊通過導線與PC機連接，無線發射模塊與無線接收模塊信號連接；多個K型熱電偶分別設置在待測溫的旋轉體上，K型熱電偶通過導線與多路電子開關連接；所述電勢信號採集與發射模塊固定在旋轉體尾部中心，或者勢信號採集與發射模塊套在旋轉體上，使電勢信號採集與發射模塊的重心與旋轉體旋轉軸同心。
2.根據權利要求1所述的應用於旋轉體多點溫度測量的裝置，其特徵在於所述旋轉體為車削工件，車削工件通過三爪卡盤固定在車床上，且隨三爪卡盤旋轉，K型熱電偶固定在車削工件上，位於車刀的加工部位附近，電勢信號採集與發射模塊通過螺栓和銅柱墊片直接固定在車削工件的尾端。
3.根據權利要求1所述的應用於旋轉體多點溫度測量的裝置，其特徵在於所述旋轉體為銑刀，銑削工件固定在銑床上不動，銑刀通過刀夾固定在銑床上，電勢信號採集與發射模塊為空心的環形裝置，電勢信號採集與發射模塊通過強力膠水固定在刀夾，銑刀穿過環形電勢信號採集與發射模塊中間通孔，K型熱電偶固定在銑刀的前端，靠近銑削工件。
專利摘要本實用新型公開了應用於旋轉體多點溫度測量的裝置，該裝置包括K型熱電偶、熱電勢信號採集與發射模塊、無線接收模塊和PC機；無線接收模塊通過導線與PC機連接，多個K型熱電偶分別設置在待測溫的旋轉體上，K型熱電偶通過導線與多路電子開關連接；所述電勢信號採集與發射模塊固定在旋轉體尾部中心，或者勢信號採集與發射模塊套在旋轉體上，使電勢信號採集與發射模塊的重心與旋轉體旋轉軸同心。本實用新型PC機把串行採集的信號，根據通道的多少，整理成各個通道在不同時間點採集到的熱電勢信號序列，實現旋轉體多點溫度的實時採集、輸出和顯示，很好地解決了旋轉狀態下多信號的引出和避免附加熱電勢產生問題。
文檔編號G01K13/08GK201955174SQ20112002294
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者全燕鳴, 劉志軍, 劉漢瑞 申請人:華南理工大學