УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ ЗВУК

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЪЕКТОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ ЗВУК.
Полезная модель относится к устройствам для бесконтактного измерения температуры объектов излучающих звук, в частности, поверхностей деталей и узлов транспортных средств, в процессе их стендовых испытаний.
В практике исследовательских и доводочных работ по виброакустике транспортных средств существует необходимость в определении температуры поверхности излучающих звук элементов исследуемых объектов. Как известно, виброакустические свойства многих конструктивных материалов, выполненных из резины и различных полимерных материалов, применяемых в транспортных средствах (типа резиновых элементов шин, буферных уплотнителей, чехлов, шлангов систем впуска и топливоподачи, упругих элементов подвесок, подушек опор силового агрегата, демпферов крутильных колебаний коленчатого вала, динамических виброгасителей агрегатов трансмиссии и силовых элементов кузова, вибродемпфирующих покрытий - типа битумных или полимерных ламинатов, смонтированных на панелях кузова, волокнистых или пенистых изделий шумоизоляции кабины и/или моторного отсека транспортного средства, полимерных материалов типа полиамида, полипропилена в виде конструкций кожухов, щитков, корпусов воздухоочистителей систем впуска, корпусов отопителя) - имеют большую зависимость от температурных воздействий. Поэтому, важна регистрация температуры исследуемых, например, деталей двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС), трансмиссии, ходовой части при определении акустических свойств деталей, механизмов и агрегатов транспортного средства с целью учета условий эксплуатации и режимов работы транспортного средства (режим запуска, прогрева, частичной нагрузки, максимальной нагрузки, эксплуатации в холодное и жаркое время года и т.д.).
Как известно, любое тело излучает тепловую энергию в зависимости от температуры его поверхности. Интенсивность этого излучения изменяется при изменении температуры тела. В зависимости от материала и свойств
..„. mill 11111 Mill ПИ III
I Hill Ml - 3 ,
МПК7 G01J 5/08; G01K 7/24; G01M 17/00.
поверхности, излучаемая энергия лежит в диапазоне длин волн спектра между, примерно, 1...20 цм. Интенсивность инфракрасной (тепловой) радиации зависит от материала. Для большинства материалов данная зависимость известна. Ее называют излучательной способностью тела или коэффициентом черноты. Для измерения излучения тепла применяются оптико-электронные приборы - инфракрасные термометры (далее - ИК-термометры). ИК-термометры состоят из линз, спектральных фильтров, датчиков и систем обработки сигнала. Спектральный фильтр пропускает только те волны спектра, чьи длины заданы данным фильтром. Датчик преобразует инфракрасное излучение в электрический сигнал. Встроенная электроника прибора преобразует электрический сигнал для его дальнейшей обработки. Так как интенсивность излучения зависит от материала, то обычно можно устанавливать заданный коэффициент излучения на датчике. Преимуществом ИК-термометров является возможность измерять температуру без контакта с объектом. Следовательно, можно легко измерить температуру поверхности движущихся (вращающихся), сильно нагретых или труднодоступных объектов. ИК-датчик обеспечивает стандартное 2-х проводное токовое подключение. Как правило, используемое программное обеспечение позволяет оперативно программировать различные параметры непосредственно с пульта управления: диапазон измерений, точность и т.д.
Для преобразования выходного сигнала датчика температуры по инфракрасному излучению в значения температуры в цифровой форме и индикации ее на дисплее предназначен цифровой прибор (далее - монитор). Принцип действия монитора основан на измерении параметров на его входе (ток, напряжение), расчете значений температуры по измеренным параметрам в соответствии с номинальными статическими характеристиками подключенных первичных преобразователей и индикации в цифровой форме рассчитанных значений температуры, тока и напряжения, а также выдачу выходного сигнала для систем автоматического контроля. Монитор состоит из печатной платы, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, клавиш управления и силовых устройств, вмонтированных в корпус панельного исполнения.
Очень часто в практике виброакустических исследований транспортных средств необходимо определять температуру вращающихся деталей например, демпфера крутильных колебаний коленчатого вала ДВС (конкретно его вязкоупругого слоя), элементов ременной передачи привода газораспределительного механизма ДВС, вращающихся резинокордных муфт приводных трансмиссионных валов, шин и т.д. В ряде случаев, это необходимо для выявления эффективного температурного диапазона, при котором обеспечивается функциональное подавление (ослабление) виброакустической активности данной детали или узла, в других случаях - решаются задачи оптимизации, связанные с расширением рабочего температурного диапазона, при котором эффективно гасится виброакустическая энергия данным полимерным элементом узла или же производится резонансная настройка (или расстройка) устройства виброшумоподавления (типа динамического виброгасителя, демпфера, опоры и т.п.). В этих случаях, использование контактных термодатчиков практически невозможно или связано с очень большими техническими, временными и стоимостными затратами. Именно поэтому, для определения температуры вращающихся деталей широкое применение нашли бесконтактные ИК-термометры. Одним из важных свойств, которыми должен обладать ИК-термометр, используемый при акустических исследованиях в безэховой (полубезэховой) камере, с точки зрения обеспечения качества и объективности исследовательских акустических работ, является минимальное искажение свободного звукового поля в камере, вызываемое помещением ИК-термометра в зону измерения акустических сигналов. Т.е., требуются минимальные габариты, специальная геометрия корпуса с низкой способностью отражать звуковые волны, выполнение внешних поверхностей стенок корпуса с высокой способностью поглощать падающие звуковые волны.
Известно, в частности, устройство для бесконтактного контроля температуры испарителя в вакуумных установках, описанное в авторском свидетельстве СССР №1241839. Устройство содержит оптически связанные излучатель, отражатель и пирометр излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, на отражатель нанесено покрытие из материала испарителя, а между пирометром излучения и излучателем введен защитный экран. Наличие отражателя с покрытием и защитного экрана
затрудняет исследование акустических свойств деталей и механизмов транспортного средства в испытательных безэховых и полубезэховых камерах, вследствие неизбежных искажений звукового поля, вносимых отражателем и защитным экраном.
Известно устройство для дистанционного измерения температуры, описанное в патенте Российской Федерации №2193169 (дата начала действия патента 27.06.2000). Данное устройство содержит термочувствительные элементы, импульсный преобразователь сигналов термочувствительных элементов, бронированный кабель связи, габаритный наземный блок обработки информации. Область применения устройства ограничивается проведением геотермических исследований, и, вследствие его конструктивных особенностей, не может быть применено в технике исследований акустических характеристик транспортных средств, в первую очередь, ввиду увеличенных габаритов с большими звукоотражающими поверхностями данного устройства.
Известно устройство для измерения температуры во вращающемся объекте (патент Российской Федерации №2047851). Устройство содержит термопару, установленную на вращающемся объекте, измерительный прибор с двумя входами, две токопроводящие лыжи, закрепленные на вращающемся объекте с помощью токоизолирующих стоек и соединенные с соответствующими концами термопар, две гибкие токопроводящие ленты, снабженные натяжными устройствами на свободных концах и жестко закрепленные с других концов на неподвижных токоизолирующих стойках. При этом, лыжи и ленты расположены перпендикулярно оси вращения объекта. Ленты соединены с соответствующими входами измерительного прибора. Данное устройство используется в металлургии, а именно - для измерения температуры во вращающихся печах. Устройство контактного типа, содержит множество элементов, отличается сложность монтажа и не может использоваться при определении температуры вращающихся с большой угловой скоростью деталей транспортных средств без вносимых существенных виброакустичеких помех.
Известна конструкция оптического пирометра, описанная в патенте Российской Федерации №2176386 (дата начала действия патента 1999.07.21), принимаемая в качестве ПРОТОТИПА. Оптический пирометр предназначен для замера излучения от рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя,
содержит наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений. Данная конструкция имеет крупногабаритные корпусные элементы с большой звукоотражающей поверхностью, существенно искажающей звуковое поле исследуемых объектов, что делает ее неприемлемой в практике качественных исследовательских работ по виброакустике транспортного средства.
Именно, для бесконтактного измерения температуры в области акустических исследований транспортных средств, с целью минимизации влияния самого измерителя температуры на звуковое поле исследуемого объекта, и направлено использование предлагаемого технического решения, заявляемого в виде полезной модели.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве для бесконтактного измерения температуры поверхностей деталей и узлов транспортных средств, излучающих звуковую энергию в процессе их стендовых испытаний, содержащем оптический датчик, монитор, соединительный кабель - вышеназванные составляющие скомпонованы в едином корпусе (далее - измерительном модуле) конусообразной формы с вершиной, ориентируемой (направляемой) в сторону источника излучения звука. При этом, внешняя поверхность измерительного модуля футерована слоем звукопоглощающего материала. Измерительный модуль установлен на треножную стойку, имеющую возможность регулировки по высоте и углу наклона в направлении исследуемого источника звукового и теплового излучения.
Сущность полезной модели поясняется графически.
На фиг. 1 представлена схема полубезэховой акустической камеры, оборудованной динамическим стендом, с установленным на беговых барабанах динамического стенда исследуемым транспортным средством, устройством измерения звукового излучения и устройством для бесконтактного измерения температуры, установленным в районе вращающихся шин транспортного средства, как объекта исследований. Позициями на фиг. 1 обозначены:
1- полубезэховая акустическая камера;
4- измерительный микрофон (устройство измерения звукового излучения);
5- устройство для бесконтактного измерения температуры в виде измерительного модуля с низкой звукоотражающей поверхностью корпуса модуля.
На фиг. 2 представлены элементы устройства для бесконтактного измерения температуры до момента их монтажа в единый измерительный модуль с несущим корпусом заданной геометрической формы и улучшенной звукопоглощающей способностью. Позициями на фиг. 2 обозначены:
6- оптический датчик;
7- линза оптического датчика;
8- монитор;
9- лицевая панель монитора;
10- соединительный кабель.
На фиг. 3, 4 и 5 представлена конструкция заявляемого в качестве полезной модели устройства для бесконтактного измерения температуры поверхностей деталей и узлов транспортных средств, излучающих звуковую энергию в процессе стендовых испытаний.
Элементы устройства для бесконтактного измерения температуры в виде измерительного модуля скомпонованы в едином несущем корпусе заданной геометрической формы и улучшенной звукопоглощающей способностью. Нижняя часть 11 корпуса имеет конусообразную форму с вершиной, направленной к исследуемому источнику излучения звука (например, вращающейся шине). В нижней части 11 корпуса устанавливается оптический датчик 6, закрываемый кожухом 12 цилиндрической формы. В верхней части 13 корпуса монтируется монитор. При этом, угол наклона а плоской поверхности верхней части 13 относительно плоской поверхности нижней части 11 является тупым, что, таким образом, обеспечивает более слабое отражение звуковых волн, попадаемых на корпус от излучаемого звук исследуемым объектом (например, исследуемой шиной), от поверхности верхней части корпуса 11. Внешние поверхности
несущего корпуса футерованы самоклеющимся звукопоглощающим пористым волокнистым или открытоячеистым пенистым материалом 14 (см. фиг. 5), содержащим внешний защитный звукопрозрачный слой 15. Конусообразная форма нижней части корпуса и заданный угол наклона верхней части, а также применение слоистой футеровки внешних поверхностей несущего корпуса звукопоглощающим материалом, позволяют ослабить звукоотражающие эффекты, возникающие в результате падения звуковых волн, излучаемых исследуемым объектом транспортного средства, на поверхности устройства для бесконтактного измерения температуры. Ослабление звукоотражающих эффектов обусловлено как более плавным согласованием волнового сопротивления в зоне падения звуковых волн на конусообразную часть несущего корпуса, так и дополнительным поглощением звуковой энергии пористым слоем звукопоглощающей футеровки несущего корпуса, и, как следствие, ослабляется искажение звукового поля в зоне расположения измерительных микрофонов в испытательной камере. Измерительный модуль имеет компактную форму, малые габариты и устанавливается на основании 16, закрепленном к корпусу посредством винтов 17. В центре основания 16 жестко зафиксирована винтами 18 монтажная гайка 19, для возможности установки устройства для бесконтактного измерения температуры на треножной стойке 20, регулируемой по высоте и углу наклона по направлению к источнику звукового и теплового излучения, что позволяет дополнительно минимизировать звукоотражающие эффекты.
Предлагаемая конструкция устройства для бесконтактного измерения температуры поверхностей деталей и узлов транспортных средств, излучающих звуковую и тепловую энергию в процессе стендовых испытаний, является удобной в эксплуатации, портативной (не требующей стационарной прокладки длинномерных соединительных кабелей), и позволяет минимизировать искажение звукового поля в полубезэховой или безэховой камере при проведении качественных и объективных виброакустических испытаний деталей, узлов и агрегатов транспортных средств.