DE3312740A1

DE3312740A1 - Auswerteschaltung fuer elektrische pyrometersignale

Info

Publication number: DE3312740A1
Application number: DE19833312740
Authority: DE
Inventors: Stephen Richard Hanham Bristol Seymour
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPH027011B2; GB2119084B; DE3312740C2; JPS593229A; FR2524998B1; US4588954A; FR2524998A1; GB2119084A

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für elektriscne Pyrometersignale nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Einsatz von Pyrometern in Gasturbinentriebwerken zur Messung der Turbinentemperaturen werden die Pyrometerausgangssignale häufig durch zufälliges Auftreten unverbrannter Kohlenstoffpartikel aus der Brennkammer beeinträcntigt, die am Pyrometerfühler vorbeipassieren und fälschlich hohe Temperaturwerte vortäuschen, was zu einem unstetigen Lauf des Triebwerks führen kann.

Es ist bereits bekannt, zwei auf unterschiedliche Strahlungswellenlängen ansprechende Fühler zu verwenden, um das Auftreten von Kohlenstoffpartikeln, deren Strahlungsemmission eine andere W'ellenlängenverteilung als diejenige der Turbine hat, feststellen und das Pyrometerausgangssignal entsprechend korrigieren zu können. Diese bekannte Möglichkeit ist jedoch ziemlich kompliziert und demzufolge

■ "ν'Γ'νν 331 27Α0 -ß -

Pyrometer 2 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, dessen typische Kurvenform in Fig. 2a dargestellt ist. Dieses Pyrometerausgangssignal wird dem Eingang einer Auswerteschaltung 4 zugeführt. Der jeweilige Spannungswert V des Pyrometerausgangssignals stellt die tatsächliche Turbinentemperatur dar, jedoch ist der wahren Meßwertkurve typischerweise eine Anzahl zufälliger Spitzen 6 infolge zufällig auftretender, heißer, Licht aussendender Teilchen unverbrannten Kohlenstoffes überlagert, die von der nicht dargestellten Brennkammer des Triebwerks kommen, Wird das Pyrometerausgangssignal mit diesen zufälligen Spitzen unmittelbar zur Regelung des Triebwerks verwendet, können die Störeinflüsse durch die zufälligen Spitzen 6 zu einem unstetigen Lauf des Triebwerks führen. Die Auswerteschaltung 4 dient der nachstehend noch im einzelnen erläuterten Weise zur Reduzierung der Störwirkungen der zufälligen Spitzen 6 im Pyrometerausgangssignal, um ein korrigiertes, eine stabile Regelung des Triebwerkslaufs ermöglichendes Signal zu erhalten.

Die Auswerteschaltung 4 weist einen ersten Operationsverstärker 8 auf, dessen Eingang über einen Strombegrenzungswiderstand 10 mit dem Schaltungseingang verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist über weitere Strombegrenzungswiderstände 14 und 16 mit dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 12 verbunden. Der Ausgang dieses zweiten Operationsverstärkers 12 ist über einen strombegrenzenden Widerstand 18 zum Eingang des ersteren Operationsverstärkers 8 zurückgeführt. Außerdem ist der Ausgang des Operationsverstärkers 12 über einen Kondensator 20 an seinen eigenen

Ί0 Eingang und über eine Diode 22 an die Verbindungsstelle zwisenen den beiden Widerständen 14 und 16 zurückgeführt. Eine Zenerdiode 24 ist zwischen Masse und den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 16 geschaltet.

teuer, denn sie erfordert zusätzlich zum Einsatz von zwei Fühlern eine tabellenartige Vorprogrammierung der Emmissionsverteilungen von Kohlenstoffpartikeln bei verschiedenen Temperaturen und eine Analog-Digitalschaltung zur Verkörperung dieser vorprogrammierten Tabelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Auswerteschaltung für Pyrometerausgangssignale zu schaffen, die unter zumindest weitgehender Vermeidung des Problems der IQ Meßwertverfälschung' durch zufällige Störeinflüsse eine zutreffende Meßwerterfassung unter Verwendung nur eines einzigen Pyrometerfühlers gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Auswerte-Schaltung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nacnstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer Auswerte-

schaltung nach der Erfindung, und

Fig. 2 die an den Schaltungspunkten A, ü, C

und D der Blockschaltung nach Fig. 1 auftretenden typischen Signalformen.

Zunächst wird auf Fig.1 Bezug genommen.

Ein Pyrometer 2 ist in an sich gekannter Weise zur Temperaturmessung in einer nicht dargestellten Turbine eines ebenfalls nicht dargestellten Gasturbinentriebwerk angeordnet, um Temperaturdaten zur Triebwerksregelung zu liefern. Das

331

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 14 und 16 ist außerdem an den Triggereingang einer durch eine positive Flanke getriggerten monostabilen Kippschaltung 28 angeschlossen. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 12 ist an den Signaleingang einer Abfrage- und Halteschaltung 30 geführt. Der Triggereingang dieser Abfrage- und Halteschaltung 30 ist mit dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung 28 verbunden. Der Ausgang der Abfrage- und Halteschaltung ist mit dem Schaltungsausgang der Auswerteschaltung 4 verbunden.

Die Auswertescnaltung 4 arbeitet folgendermaßen:

Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wird mit Bezug auf das Eingangssignal des Verstärkers 8 invertiert, und die beiden Operationsverstärker 8 und 12 wirken als Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer, wobei der Verstärker 8 jeweils das Ausgangssignal des Verstärkers 12 mit dem Pyrometerausgangssignal vergleicht.

Im folgenden wird auch auf Fig. 2 Bezug genommen.

Wenn das Pyrometerausgangssignal A (siehe Fig. 2a) größer als das Ausgangssignal C des Verstärkers 12 (siehe"2c) ist, schaltet der Verstärker 8 in den positiven Sättigungsbereich (siehe Signal B, Fig. 2b). Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 12 mit einer durch die Durchbruchs spannung V der Zenerdiode 24 und die Vierte C und R des Kondensators 20 und des Widerstands 16 bestimmten Ges'cnwindigkeit ansteigt. Diese durch den Ausdruck V/CR bestimmte Anstiegsgeschwindigkeit ist so gewählt, daß sie gerade etwas größer als die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Pyrometerausgangssignals A während normaler Triebwerksbetriebszustände ist.

Wenn das Pyroiaeteraus gangs signal kleiner als das Ausgangssignal des Verstärkers 12 ist, schaltet der Verstärker 8 in den negativen Sättigungsbereich, was zur Folge hat, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 12 mit einer durcn die Werte der Durchbruchsspannung V der Zenerdiode 24 und der Kapazität C des Kondensators 20 bestimmten Geschwindigkeit abnimmt. In der Praxis bedeutet dies, daß die Abnanme des Aμ3gangssignals des Verstärkers 12 der Abnahme des Pyrometerausgangssignals dicht folgt.

■ · .

Ist das Pyrometerausgangssignal ein stetiges Gleichstromsignal oder ein sich änderndes Signal, dessen Änderungsgeschwindigkeit kleiner als die Begrenzungsgeschwindigkeit des Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers ist, schaltet der Verstärker 8 in den positiven Sättigungsbereich und das' Ausgangssqgnal des Verstärkers 12 steigt mit der Geschwindigkeit V/CR an, bis das Ausgangssignal des Verstärkers 12 geringfügig größer als das Pyrometerausgangssignal ist. Dies hat zur Folge, daß der Verstärker 8 nun in den negativen Sättigungsüereich scnaltet und dann das Ausgangssignal des Verstärkers 12 ziemlich schnell (nämlich mit einer durch V und C bestimmten Geschwindigkeit) auf einen geringfügig unternaljj des Pyrometerausgangssignals liegenden Wert abfällt, wonach der Verstärker 8 wieder in den positiven Sattigungsoereich schaltet. Dieser Vorgang wiedernolt sich ständig.

In der Praxis bildet das Ausgangssignal des Verstärkers 12 eine hinsichtlich seiner Anstiegsgeschwindigkeit begrenzte Darstellung des Pyrometerausgangssignals, welche dem tatsächlichen Pyrometerausgangssignal dicht folgt, solange die Anstiegsgeschwindigkeit des Pyrometerausgangssignals die Begrenzungsgeschwindigkeit des Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers nicht übersteigt, so daß sich dann also nur ein sehr geringer Fehler ergibt.

-fi-

Diese hinsichtlich der Anstiegsgeschwindigkeit begrenzte Darstellung des Pyrometerausgangssignals, d. h. das Ausgangssignal C des Verstärkers 12, wird dem Signaleingang der Abfrage- und Halteschaltung 30 zugeführt. Diese Schaltung 30 befindet sich normalerweise im Haltezustand und wird von der durch positive Flanken getriggerten monostabilen Kippschaltung 28 aus dem Haltezustand in den Abfragezustand getriggert. Die Kippschaltung 28 wird ihrerseits vom Ausgangssignal des Verstärkers 8 getriggert. Die Zeitkonstante der monostabilen Kippschaltung 28 ist auf den Summenwert der Erfassungszeit (derjenigen Zeit, die das Ausgangssignal zum Erreichen seines Endwertes braucht) und der Öffnungszeit (derjenigen Zeit, die zum Umschalten vom Abfragezustand zum Haltezustand notwendig ist) der Abfrage"· und Halteschaltung 30 eingestellt.

Infolgedessen v/ird die Abfrage- und Halteschaltung 30 jedesmal dann vom Haltezustand in den Abfragezustand getriggert, wenn der Operationsverstärker 8 in den positiven Sättigungsbereich schaltet, und die Schaltung 30 hält mindestens den letzten abgefragten Signalwert der hinsichtlich der Anstiegsgeschwindigkeit begrenzten Darstellung des Pyrometerausgangssignals fest, bis der Verstärker ö das nächste Mal in den positiven Sättigungsbereich schaltet. Auf diese Weise folgt das am Ausgang der Abfrage-.und Halteschaltung erscheinende Signal D (Fig. 2d) dem Pyrometerausgangssignal dicht, solange keine Spitze im Pyrometerausgangssignal auftritt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wird jedesmal neu abgefragt, wenn dieses stets um das Pyrometerausgangssignal schwankende Ausgangssignal des Verstärkers 12 unter das Pyrometerausgangssignal abfällt. Beim Auftreten einer Spitze im Pyrometerausgangssignal wird jedoch das Ausgangssignal der Abfrage- und Halteschaltung 30 während der Anstiegsflanke der Spitze (deren Anstiegogescuwindigkeit viel größer

als die usegrenzungsgeschwindigkeit des· Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers ist) auf dem zuvor abgefragten Signalwert gehalten, bis der Signalwert der Spitze wieder unter denjenigen Wert abfällt, auf welchen das anstiegsgeschwinüigkeitsbegrenzte Ausgangssignal des Verstärkers 12 angestiegen ist» Dies hat seinen Grund darin, daß, sobald die Anstiegsflanke der Spitze mit einer die ßegrenzungsgescnwindigkeit des Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers übersteigenden Geschwindigkeit anzusteigen beginnt, der Verstärker 8 im positiven Sättigungsbereich verbleibt und folglicn die durch positive Flanken getriggerte monostabile Kippschaltung 28 nicht mehr getriggert und daher auch die Abfrage- und Halteschaltung 30 am weiteren Abfragen gehindert wird, bis der Wert des Pyrometerausgangssignals bis gerade unterhalb des Wertes abgefallen ist, auf welchen das Ausgangssignal des Verstärkers 12 bis dann angestiegen ist. Der Verstärker 8 schaltet dann in den negativen Sättigungsüereich und anschließend wieder in den positiven Sättigunysbereich, da dann das Ausgangssignal des Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers wieder dem Pyrometerausgangssignal folgt, so. daß die monosLabile Kippschaltung 28 wieder getriggert wird und so veranlaßt, daß die Abfrage- und Halteschaltung 30 das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wieder abfragt. Dieser Abfragebetrieb läuft dann weiter, bis wieder eine Spitze auftritt.

Auf diese Weise folgt das Ausgangssignal D der Abfrage- und Halteschaltung 30 beim Fehlen einer Spitze dicht dem Pyrometerausgangssignal, und beim Auftreten einer Spitze verbleibt das Ausgangssignal D auf dem zuletzt abgefragten »vert, bis die Spitze abgeklungen ist, so daß die Störwirkungen der zufälligen Signalspitzen ausgeschaltet sind und

/IO

γ\ -

das Signal eine stetige Regelung des Triebwerkslaufs ermöglicht.

Die Schaltung nach Fig. 1 wurde mit einer Begrenzungsgeschwindigkeit V/CR des Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzers von 120 V/S und einer Öffnungszeit der Abfrage- und Halteschaltung von 1OlIs getestet und hat sich als sehr genau erwiesen.

Obwohl bei der oben beschriebenen Auswerteschaltung das von der Abfrage- und Halteschaltung abgefragte Signal eine anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzte Darstellung des Pyrometerausgangssignals ist, ist dies nicht notwendig und stattdessen kann ein anderes Signal, nämlich entweder ein das Pyrometerausgangssignal darstellendes Signal oder das Pyrometerausgangssignal setzt, dem Signaleingang der Abfrage- und Halteschaltung zugeführt werden.

-41-

L eersei te

Claims

Patentansprüche

(^ 1. Auswertescnaltung für elektrische Pyrometersignale, gekennzeichnet durch:

a) eine Abfrage- und Halteschaltung (30) , welche

zyklisch das Pyrometerausgangssignal oder ein davon abgeleitetes Signal abfragt und ihrerseits ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert jeweils bis zum nächsten Abfragevorgang auf dem zuvor abgefragten Wert des Pyrometerausgangssignals oder des abgeleiteten Signals gehalten wird, 10

b) eine Triggerschaltung (28) zum Triggern der Abfrage- und Halteschaltung (30) zum Abfragen des Pyrometerausgangssignals oder des angeleiteten Signals, und

c) eine auf die Anstiegsgeschwindigkeit des Pyrometerausgangssignals ansprechende Schaltung (8, 12, 16, 20, 24), welche die Triggerschaltung (2 8) jeweils dann sperrt, wenn die Anstiegsgeschwindigkeit des Pyrometerausgangssignals einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. '
2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrage- und Halteschaltung (30) der als Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer ausgebildeten anstiegsgeschwindigkeitsempfindlichen Schaltung (8, 12, 16, 20, 24) nachgeschaltet ist und jeweils eine and deren Ausgang er-

scheinende anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzte Darstellung des Pyrometerausgangssignals abfragt.
3. Auswerteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzer einen ersten Verstärker (8) zur Verstärkung des Pyrometerausgangssignals, einen diesem nachgeschalteten zweiten Verstärker (12), eine Rückführungsschaltung vom Ausgang (C) des zweiten Verstärkers (12) zum Eingang des ersten Verstärkers (8) und zum Eingang des zweiten Verstärkers (12), und eine zwischen die Signalleitung vom Ausgang des ersten Verstärkers (8) zum Eingang des zweiten Verstärkers (12) und Masse geschaltete Zenerdiode aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Eingangssignal zum ersten Verstärker (8) die algebrai⁴-sehe Summe des Pyrometerausgangssignals und des rückgeführten Ausgangssignals des zweiten Verstärkers (12) ist und das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (8) in Abhängigkeit vom Vorzeichen seines Eingangssignals zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert umschaltet und das Ausgangssigna des zweiten Verstärkers (12) mit einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit um das Pyrometerausgangssignal pendelt.
4. Auswerteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (28) eine monostabile Kippschaltung ist, deren Triggereingang an den Ausgang des ersten Verstärkers (8) und deren Ausgang an den Triggereingang der Abfrage-·und Halteschaltung (30) angeschlossen ist.