Поточный измеритель водности

 

1. ПОТОЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВОДНОСТИ по авт.св. № 777611, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений за счет автоматизации подстройки режима его работы, он снабжен электромеханическим приводом с блокирунвдим узлом, усилителем постоянного тока, выход которого соединен с управляющей цепью привода, усилителем переменного тока, выход которого подключен к управляющей цепи блокирующего узла, причем электромеханический привод кинематически связан с подвижным контактом переменного резистора, а входы усилителя постоянного тока и усилителя переменного тока подключены к выходу пострянного тока нуль-органа основной измерительной цепи. о о оо 00 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 Ф/ 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 777611 (2l) 3481205/18-10 (22) 11.08. 82 (46) 23 ° 01 84. Бюл. Р 3 (72) Т.A.Ëoáà и A.Í.Håâçîðoâ (71) Центральная аэрологическая обсерватория (53) 551.508.9(088.8) (56).1. Авторское свидетельство СССР

9 777611, кл. G 01% 1/00, 13. 09. 78. (54) (57) 1. ПОТОЧНЬ1Й ИЗМЕРИТЕЛЬ ВОДНОСТИ по авт.св. 9 777611, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений эа счет автоматизации

„„SU„„1068864 A подстройки режима его работы, он снабжен электромеханическим приводом с блокирукщим узлом, усилителем постоянного тока, выход которого соединен с управлякщей цепью привода, усилителем переменного тока, выход которого подключен к управлякщей цени блокирукщего узла, причем электромеханический привод кинематически связан с подвижным контактом переменного резистора, а входы усилителя постоянного тока и усилителя переменного тока подключены к выходу постоянного тока нуль-органа основной измерительной цепи.

1068864

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что электродвигатель электромеханнческого привода включен а диагональ введенного уравновешенного резистивного моста, другая диагональ которого снабжена источником питания, параллельно од1

Изобретение относится к метеорологическим измерениям, конкретнее

F. измерителям водности облаков, например, с самолета.

По.основному авт. св. В 777611 5

О 01 % 1/00 известен поточный измеритель водности, основанный на иэмереник мощности, затрачиваемой непосредственно на испарение воды, осаждающейся иэ потока на нагретый чувствительный элемент. Этот измеритель содержит два чувствительных элемента с термоэавискмым сопротивленкем « основной к вспомогательный, защищенный от воздействия облачного аэрозоля, - включенных в замкнутые цепи

15 стабилизации температуры кх подогрева. Каждая цепь состоит иэ резистивного моста, включающего в себя чувствительный элемент в качестве одного из плеч, нуль-орган и исполнительный 20 усилитель мощности, н усилитель мощности основной цепи измерителя выполнен с выходом на постоянном токе, являющимся информационным выходом измерителя и нагруженным на со->5 ответствующий мост, а усилктель мощности .вспомогательной цепи - с выходом на переменном токе, нагруженным на оба моста. Для обеспечения необходимого начального подогрева 30 основного чувствительного элемента, при котором сигнал на информационном выходе зависит только от водности потока, в цепь питания резистивных . мостов перемениьэя током включен под- 35 строечный переменный резистор. С помсщью этого переменного резистора па показаниям визуальных индикаторов добиваются, чтобы при заведомо чулевой водности управляющее напряжение 40 на выходе нуль органа и соответственно напряжение на информационном выходе были равны нулю fl ).

В условиях стационарного режима потока укаэанная операция является практически разовой. Однако, если режим потока (скорость и направление относительно датчика, плотность воздуха) является изменчивым,, как например, при использовании измерителя на самолете, то з результате непропорциональных изменений ноэффициенному нз плеч моста включен активный элемент выходного каскада усилителя постоянного тока, а последовательно с тем же плечом включен введенный ключевой прерыватель, соединенный с выходом усилителя переменного тока.

2 тов теплоотдачи чувствительных элементов, находящихся в разных аэродинамических условиях, возникает дрейф управляющего напряжения на выходе нуль-ардагана, снижающий чувствительность и точность измерений. Регулярная (по мере необходимости) подстройка нулевого выхода позволяет повысить эти показатели, однако ручной характер операции требует от оператора определенного навыка и внимания, делает его работу трудоемкой к создает предпосылки для субъективных ошибок измерений, вызванных, в частности, отсутствием точной и объективной индикации нулевой водности. Все зти недостатки проявляются тем сильнее, чем быстрее изменяются водность и режим потока и чем ниже измеряемая водность.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерейий одновременно с облегчением труда оператора в сложных условиях измерений например прн использовании измерителя водности на самолете, за счет автоматкэацик подстройки режима работы измерителя.

Для достижения поставленной цели поточный измеритель водности снабжен электромеханическим приводом с блокирующим узлом, усилителем постоянного тока, выход которого соединен с управлякщей цепью привода, усилителем переменного тока, выход которого подключен к управляющей цепи блокирующего узла, причем электромеханический привод кинематическк связан с подвижным контактом переменного резистора, а входы усилителя постоянного тока и усилителя переменного тока подключены к выходу постоянного тока нуль-органа основной измерительной цепи.

Кроме того, электродвигатель электромеханического привода включен а диагональ введенного уравновешенного

1 еэистивного моста, другая диагональ которого снабжена источником питания, параллельно одному из плеч моста включен активный элемент выходного каскада усилителя постоянного тока, а последовательно с тем же плечом включен введенный ключевой прерыва

1068864 тель, соединенный с выходом усилителя переменного тока.

На фиг. 1 представлена общая функциональная схема предлагаемого измерителя водности; на фнг. 2 пример выполнения схемы управления 5 электромеханическим приводом.

Поточный измеритель водности содержит два чувствительных элемента с термозависимым сопротивлением: основной 1, открытый для осаждения 10 воды из потока, и вспомогательный (экранированный) 2, защищенный от осаждения водного аэрозоля. Оба чувствительных элемента 1 и 2 включены в плечи мостов 3 и 4, к измери- )5 тельным д»диагоналям которых подключены нуль-органы, составленные из усилителей 5 и t> переменного напряжения синхронных детекторов 7 н 8, фильтров

9 и 10 остаточного переменного напря-20 жения. К нуль-органу основной цепи измерителя подключен исполнительный усилитель ll постоянного тока с высокоомным выходом, нагруженным на питающую диагональ. моста 3 основного чувствительного элемента 1, а к нуль-органу вспомогательной цепи— генератор 12 переменного напряжения управляемой по входу амплитуды. 3апуск генератора 12 и синхронных детекторов 7 и .8 производится от общего задающего генератора 13. К выходнь»м зажимам генератора 12 через конденсатор 14 включены последовательно по питанию оба моста 1,3 и 2,4.

В цепь питания мостов включен переменный резистор (потенциометр) 15, с помощью которого регулируется мощность переменного тока через основной чувствительный элемент 1.

C подвижным контактом потенцио- 40 метра 15 кинематическн связан через редуктор 16 электромеханический привод, выполненный в виде реверсивного электродвигателя 17 постоянного тока, включенного в дифференциальный 45 выход усилителя 18 постоянного тока.

В цепь электродвигателя 17 включен блокирующий узел, выполненный в виде прерывателя 19 (напрнмер, контактного реле), управляемый с выхода уси"50 лителя 20 переменного напряжения.

Входы обоих усилителей поцключены к выходу постоянного тока нуль-органа основной цепи, т.е. к выходу, управляющему током усилителя 11.

Информационный сигнал измерителя снимается с зажимов чувствительного элемента 1 и через фильтр 21 переменного напряжения подается на регистрирующее устройство 22.

В схеме управления злектромеха- 60 ническим приводом (фиг. 2) вместо усилителя 18 используется цепь из »инейного усилителя 23 и стоянного тока, линейного выходного каскада, состоящего из активного элемента 65 (транзистора) 24 и нагрузки 25, и резнсторного полумоста 26. Электродвигатель 17 включен между выходным каскадом 24 и 25,и полумостом

26. Резистор 27, включенный последовательно с прерывателем (ключом)

28, дополняет цепь резисторов 26 и 25 до уравновешенного моста (при, замкнутом ключе 28). Ключ 28 управляется е выхо»»а усилителя 20 переменного напряжения через пиковый детектор 21.

Работа измерителя водности сводится к подогреву основиогс чувствительного элемента 1 протекакицим током до,постоянной температуры, например, 80-100 С таким образом, чтобы начальные (конвектные и другие) потери тепла компенсировались мощностью переменного тока питания, а потери тепла на нагревание и испарение осаждающейся из потока воды — мощностью постоянного тока, служащей мерой измеряемой водности..

Возможность осуществления предлагаемого способа измерений обусловлена принципом аддитивности мощностей некогерентных токов (в данном случае постоянного и переменного), выделяй шихся в общей нагрузке °

Постоянный ток питания чувствительного элемента 1 вырабатывается в замкнутой цепи его термостабилизации, составленной контуром 1-3-57-9-11, а переменный — в аналогичной вспомогательный цепи стабилизации температуры экранированного чувствительного элемента 2, образуемой контуром 2-4-6-8-10-12-14, в исполнительную цеп» которого включен мост 1 и 3. Мосты 1,3 и 2,4 сбалансированы при сопротивлениях соответствукщих чувствительных элементов, которые они гринимают при одинаковой рабочей температуре.

Для правильной работы измерителя необходимо, чтобы в условиях сухого потока (нулевой водности) мост l u

3 находился в равновесии .и нулевое напряжение на входе усилителя 11 совпадало с порогом отпирания последнего. Необходимый для этого следящий переменный ток подогрева чувствительного элемента l устанавливается с помощью потенциометра 15, путем подбора соотношения сопротивлений плеч ° шуитирующих мосты 1,3 и 2,4 по цепи питания. В предлагаемом измерителе эта операция производится автоматически.

Когда исследуемый поток ие содержит водного аэрозоля (сухой поток), на выходе фильтра 9 выделяется сигнал разбаланса моста 1 и 3 в виде постоянного напряжения. При этом сигнал управления ключом 19 иа выходе усилителя 20 отсутствует и ключ 19 замкнут. Сигнал раэбаланса

1068864

"усиливается усилителем 18 постоянного тока и питает электродвигатель

17, при вращении которого подвижный контакт потенциометра 15 перемещается в направлении уменьшения разбаланса моста 1 и 3. При-наступлении баланса моста 1 и 3, т.е. при нулевом выходе нуль-органа 5-7-9 электродвигатель 17 останавливается, фиксируя подвижный контакт потенциометра 15 в положении готовности к 10 измерениям.

При наличии в потоке частиц водного аэрозоля, осаждающихся на чувствительный элемент 1, не только повышается его теплоотдача, но и появля- 15 ются флуктуации его температуры и в итоге напряжения разбаланса моста.

Эти флуктуации вызываются дискретным характером теплового воздействия на чувствительный элемент со стороны о индивидуальных частиц,осаждающихся на чувствительный элемент за малый промежуток времени, а также пространственными .флуктуациями самой величины водности Обусловленная этими причинами переменная составляющая на выходе фильтра 9 усиливаетсяусилителем 20 и вызывает срабатывание .(размыкание) ключа 19, вследствие чего электромеханический привод потенциометра 15 блокируется в фиксированном положении его подвижного контакта. Поскольку теплоотдача экранированного чувствительного элемента 2 и, следовательно, мощность переменного тока питания основного чувствительного элемента 1 не зависят от водности потока, при отличной от нуля водности мощность переменного тока уже не в состоянии скомпенсировать тепловые потери основного 4О чувствительного элемента 1, и возникающий разбаланс моста 1 и 3 приводит к отпиранию усилителя 11 по,стоянного тока, питающего этот мост постоянным током. Информационным выходом измеритвля служит постоянная составлякщая напряжения на выходе чувствительного элемента 1, выделяемая с помощью фильтра 21.

В схеме управления электромеханическим приводом (фиг. 2), при нулевой водности ключевой прерыватель

28 разомкнут„ и при изменениях постоянного напряжения на входе усилителя 23 напряжения питания двигателя

17 меняется в обеих полярностях, по-прежнему обеспечивая перемещение подвижного контакта потенциометра

15 в обе стороны в зависимости от направления разбаланса моста. При появлении переменного напряжения 60 на входе усилителя 20 его выходное напряжение детектируется пиковым детектором 21 и замыкает ключевой прерыватель 28. Теперь при запертом каскаде 24 напряжение на выводах электродвигателя, подсоединенных к диагонали уравновешенного моста, равно нулю, а при отпирании каскада

24 напряжение питания двигателя меняется только в одной полярности °

При этом каскад 24 отпирается тем же напряжением на входе усилителя

23, которое запирает усилитель 11, и в результате этого отработка положения подвижного контакта переменного резистора 15 при нулевом выходе усилителя 11 происходит независимо от состояния ключа 28, т.е. независимо от наличия водного аэрозоля в потоке.

Такое управление электромехани.ческим приводом позволяет корректировать температуру основного чувствительного элемента не только при нулевой водности, но также .и при наличии водного аэрозоля в потоке, если при этом выходной информационный сигнал в результате повышения температуры чувствительного элемента становится равным нулю (это иногда наблюдается при малых значениях измеряемой водности) . Таким образом, предлагаемая схема управления элек- трическим приводом (фиг. 2) позволяет дополнительно повысить чувствительность устройства в обнаружении малых значений водности исследуемой среды.

Испытания предлагаемого поточного измерителя водности на самолете показали, что переменная составляющая напряжения на выходе нуль-органа является более чувствительным индикатором водности потока, чем сигнал на информационном выходе и тем более результаты визуальных наблюдений оператора. Подстройка нуля выхода измерителя, подготовка его к измерениям. производится в автоматическом режиме значительно более оперативно и качественно, чем вруч- . ную оператором.

Использование изобретения в сложо ных условиях измерений, например на самолете, позволяет повысить качество инструментальных наблюдений (чувствительность и точность измерений) главным образом за счет обеспечения их объективной достоверности и стандартизации методики и при этом облегчить условия труда оператора, снизить требования к его квалификации, освободить его от постоянных трудозатрат по обеспечению работы измерителя водности.

1068864

Составитель В.Агапова

Техред И.Метелева Корректор Ю.Макаренко

Редактор О.Юрковецкая

Филиал ППП Патент, г. Уигород, ул. Проектная, 4

Заказ 11458/41 Тирам 715 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, (осква, Ж-35, Раувская наб,, д.4/5