Κεφάλαιο 6 Ανάκτηση θερμοκρασιακού πεδίου σε περιστρεφόμενο (εν κινήσει) ρότορα Η σύνδεση του στρεφόμενου τμήματος της μηχανής με την μετρολογική διάταξη (αναλογικά όργανα μέτρησης ή υπολογιστή) παρουσιάζει δυσκολίες Η κλασική προσέγγιση στο θέμα είναι η χρήση δακτυλίων μέσω των οποίων οι τάσεις των θερμοζευγών του ρότορα εξάγονται στη σταθερή διάταξη μέτρησης Η λύση αυτή παρουσιάζει στη πράξη δυσκολίες λόγω των τάσεων θορύβου που αναπτύσσονται στους δακτυλίους κατά την περιστροφή και οι οποίες επηρεάζουν τις μετρήσεις σε σημαντικό βαθμό Για το λόγω αυτό ο χειριστής της διάταξης είναι υποχρεωμένος να σταματάει τη μηχανή προκειμένου να μετρήσει σωστά τις θερμοκρασίες στο ρότορα Με τον τρόπο αυτό όμως δεν είναι δυνατή η μέτρηση του θερμοκρασιακού πεδίου της μηχανής υπό συνθήκες μεταβαλλόμενου φορτίου, η μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς, της αδράνειας κλπ Εναλλακτική λύση στο πρόβλημα αυτό είναι η μετάδοση της πληροφορίας από το ρότορα με χρήση υπέρυθρης ζεύξης ( IrDA Link ) Για να γίνει η μετάδοση είναι απαραίτητη πρώτα η μετατροπή των τάσεων των θερμοζευγών σε ψηφιακό σήμα το οποίο στη συνέχεια θα σταλεί στη διάταξη μέτρησης με ένα πομποδέκτη 56
υπερύθρων Έως καταγραφικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας προσωπικός υπολογιστής με το κατάλληλο λογισμικό Το κύκλωμα πρέπει να έχει μικρές διαστάσεις και να είναι καλά στερεωμένο στον άξονα, διότι αναπτύσσεται φυγόκεντρος δύναμη κατά την περιστροφή Επίσης η κατανάλωση του κυκλώματος πρέπει να είναι μικρή διότι είναι αναγκαστική η τροφοδότηση του μέσω μπαταρίας 61 Η κλασική διάταξη μεταφοράς τάσεων μέτρησης μέσω δακτυλίων και ζεύξης Η διάταξη μέτρησης στο περιστρεφόμενο τμήμα φαίνεται στο σχήμα 61Οι τάσεις εξόδου των έξι θερμοζευγών αφού ενισχυθούν από τους ενισχυτές AD595 μετατρέπονται σε ρεύμα και οδηγούνται σε ισάριθμα δακτυλίδια που είναι στερεωμένα στον άξονα Επίσης υπάρχουν άλλα δύο δακτυλίδια για την τροφοδοσία +24 και την γείωση του κυκλώματος 1-6 Θερμοζεύγοι 1 7 2 3 8 9 4 10 5 6 11 12 7-12 : ενισχυτές AD595CD Περιστρεφόμενο άξονας Δακτύλιοι Σχήμα 61 57
Στο σταθερό της διάταξης, οι ψήκτρες παραλαμβάνουν το ρεύμα και αυτό μετατρέπεται πάλι σε τάση ρέοντας μέσα από μια αντίσταση γνωστής τιμής Η μέτρηση της τάσης στα άκρα των αντιστάσεων γίνεται με αναλογικά πολύμετρα ψήκτρες +24 Σταθερό 24 + - Σχήμα 52 Τα μειονεκτήματα της μεθόδου αυτής είναι η δύσκολη μηχανολογική κατασκευή και το υψηλό κόστος Αυτό οφείλεται στο μεγάλο αριθμό από δακτυλίους που απαιτούνται για τη κατασκευή Έτσι η μέθοδος αυτή δεν εφαρμόζεται σε μικρούς κινητήρες με πολλά θερμοζεύγη Επίσης προβλήματα θορύβου μπορεί να εμφανιστούν στις επαφές στην εν κινήσει καταγραφή θερμοκρασιών Οι καταγραφές αυτές είναι απαραίτητες για την μελέτη της δυναμικής μεταβολής του θερμοκρασιακού πεδίου, των συναρτήσεων φορτίου κα 62 Μεταφορά ηλεκτρικών-θερμοκρασιακών δεδομένων του ρότορα μέσω υπέρυθρης ζεύξης IrDA Εναλλακτική λύση στην καταγραφή των θερμοκρασιακών δεδομένων του ρότορα είναι η χρήση της υπέρυθρης ζεύξης IrDA Το σύστημα περιλαμβάνει ένα κύκλωμα Α στερεωμένο στον άξονα του κινητήρα και ένα κύκλωμα Β καταγραφής των δεδομένων στο σταθερό τμήμα της διάταξης Το μπλοκ διάγραμμα του κυκλώματος Α σχεδιάζεται στο σχήμα 63 58
1-6 Θερμοζεύγοι 1 7 2 8 3 9 Μετατροπέας A/D πολλών εισόδων πομποδέκτης υπερύθρων IrDA 4 10 5 11 6 12 7-12 : ενισχυτές AD595CD Ελεγκτής Συστήματος Περιστρεφόμενο Σχήμα 63 Η λειτουργία του κυκλώματος Α παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 7 Ως καταγραφικό Β μπορεί να χρησιμοποιηθεί η διάταξη του σχήματος 64 πομποδέκτης υπερύθρων IrDA Αποπολυπλέκτης Μετατροπέας D/A Καταγραφικό Μηχάνημα ή PC Σταθερό Ελεγκτής Συστήματος Σχήμα 64 Ο πομποδέκτης υπερύθρων IrDA περιλαμβάνει LED υπερύθρων καθώς και ειδικά κυκλώματα διαμόρφωσης-αποδιαμόρφωσης Οι μετρήσεις εξέρχονται σειριακά από το κύκλωμα μετατροπής A/D και διαμορφώνονται από το κατάλληλο ολοκληρωμένο κύκλωμα (όπως το HSDL-7000 της Hewlett Packard ή το TOIM3000/3032 της Temic) προκειμένου να σταλούν με υπέρυθρη δέσμη φωτός στο σταθερό της διάταξης 59
Σαν led υπερύθρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί το HSDL-1000 IR της Hewlett Packard ή το TFDS3000 της Temic Τα εξαρτήματα αυτά είναι συμβατά με το πρότυπο υπέρυθρης μετάδοσης IrDA 10 Η επικοινωνία είναι αμφίδρομη και ξεκινάει από ταχύτητες 1,2 Kbit/sec και φθάνει έως 115,2 Kbit/sec για το παραπάνω πρότυπο μετάδοσης Οι ταχύτητες αυτές υπερκαλύπτουν τις ανάγκες της συγκεκριμένης εφαρμογής Το ολοκληρωμένο κύκλωμα SDL-7000, για παράδειγμα ακολουθεί τον τρόπο κωδικοποίησης που φαίνεται στο σχήμα 65 Η διάρκεια εκπομπής ενός bit πληροφορίας είναι 16 κύκλοι ρολογιού Ο κωδικοποιητής στέλνει ένα παλμό για κάθε bit 0 που φθάνει στη γραμμή TXD Κατά τη μεταβολή από υψηλή σε χαμηλή στάθμη της γραμμής TXD, η δημιουργία του παλμού καθυστερείται για 7 κύκλους ρολογιού, έπειτα στέλνεται ο παλμός που διαρκεί 3 κύκλους και στη συνέχεια μεταβαίνει πάλι στο λογικό 0 Σχήμα 65 Διαδικασία κωδικοποίησης Για να γίνει η κωδικοποίηση όπως φαίνεται στο σχήμα 65 χρειάζεται ένα clock με συχνότητα 16 φορές τη συχνότητα μετάδοσης των δεδομένων Στη περίπτωση που δεν είναι διαθέσιμο πρέπει να σχεδιαστεί κύκλωμα που να παράγει το σήμα αυτό Το block διάγραμμα και η διάταξη των ακροδεκτών του ολοκληρωμένου HSDL-7000 φαίνεται στο σχήμα 66α και 66β αντίστοιχα 60
(α) Σχήμα 66 (β) Η αποστολή και η λήψη δεδομένων γίνεται από τα pin TXD και RC αντίστοιχα Στα pin IR_RC και IR_TXD υπάρχουν τα διαμορφωμένα σήματα που επικοινωνούν με το led υπερύθρων HSDL-1000 Τέλος το σήμα NRST χρησιμοποιείται για να αρχικοποιήσει (λειτουργία reset) το τμήμα του κωδικοποιητή Μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί για να εμποδίσει προσωρινά την λήψη δεδομένων από το υπέρυθρο led Η διαδικασία της αποκωδικοποίησης είναι παρόμοια και φαίνεται στο σχήμα 67 Σχήμα 67 Διαδικασία αποκωδικοποίησης Η μεταβολή από υψηλό σε χαμηλό λογικό του σήματος IR_RXD από το led δηλώνει ένα παλμό πλάτους 3/16 Κάθε παλμός που λαμβάνεται μεταφράζεται σε ένα 61
bit 0 στη γραμμή RXD που διαρκεί 16 κύκλους ρολογιού όσο χρειάζεται δηλαδή για τη μετάδοση ενός bit Με τη χρήση υπέρυθρης ζεύξης (IrDA link) εξασφαλίζεται η μέτρηση των δεδομένων του δρομέα σε πραγματικό χρόνο χωρίς να είναι απαραίτητο να σταματήσουμε τη μηχανή πριν την μέτρηση Η επεξεργασία των δεδομένων αυτών θα γίνεται από ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω κατάλληλου λογισμικού Σε μελλοντική φάση θα είμαστε σε θέση να παρακολουθούμε ταυτόχρονα πολλά αισθητήρια ακόμα και κατά την διάρκεια μεταβατικών φαινομένων όπως κατά την εκκίνηση του κινητήρα Ο αριθμός των θερμοστοιχείων δεν αποτελεί κατασκευαστικό περιορισμό στη περίπτωση χρήσης υπέρυθρης ζεύξης Επίσης σε μεγάλους κινητήρες των εκατοντάδων KW μπορώ να πληροφορούμε για τυχόν υπέρβαση θερμοκρασίας και με ειδικά κυκλώματα να τους ασφαλίζω από υπερβολικές φορτίσεις 62