Термоанемометр (его варианты)

 

1. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительны спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесен ВСЕСОКОЗЙАЯ 13 13 ть::г -хя;; БИБЛЙОТеКА ных на наружной поверхности сфер кольцевых полос, при этом сфера и кольцевые полосы вьтолнены из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали , витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы. 2. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, с целью повьтения точности путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительный спай дифференциальной термопары вьтолнен в виде стыка двух полусфер из разнородных термоэлектродных . материалов, а нагреватель выполнен виде спирали, витки которой равно- i мерно рассредоточены по внутренней ; поверхности сферы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 111) g(gg G 01 P 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОИМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТН1ИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3638684/ 18-10 (22) 29.08.83 (46) 23.09.84. Бюл. Ф 35 (72) A.À. Иохим (53) 532.574(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

N- 824060, кл. С 01 P 5/12, 1978.

2. Grommelin R.D. Dubbeld M.

Modified anemometers for indoor

climate research "J. Phys.Å. Sci.

Instrum", 1976, 9, Р 11. 1005-1009 (прототип). (54) ТЕРМОАНЕМОМЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ) . (57) 1. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем увепичения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесен1 ных на наружной поверхности сфер кольцевьж полос, при этом сфера и кольцевые полосы выполнены иэ разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы.

2. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, . с целью повышения точности путем увеличения степени нечувствительФ ности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительный спай дифференциальной термопары выполнеч в виде стыка двух полусфер из разнородньж термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен виде спирали, витки которой равно-, мерно рассредоточены по внутренней : поверхности сферы. 1114955 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока жидкости или газа, в частности для измерения скорости воздушного потока в отсеках бортового оборудования летательных аппаратов и при аэродинамических исследованиях.

Известен термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и температурным ком пенсационным спаяли, компенсатор направления потока шарообразной формы, выполненный в ниде меридианных витков одного из электродов дифференциальной термопары (1) .

Недостатком данного термоанемометра является значительная погрешность измерения скорости потбка из-з неидентичиости условий теплообмена витков компенсатора и измерительного спая при изменении направления потока вследствие того, что в вершинах меридианных витков создается зона повышенного нагрева, а .измерительный спай находится вне компенсатора, кроме того, при направлениях потока со стороны нижней полусферы компенсатора измерительный спай дополнительно нагревается тепловым следом компенсатора.

l0

15 а

35

Наиболее близким к изобретению является термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы. Дифференциальная термопара выполнена в виде двух сфер из одного металла, в центре которых расположены спаи термопар. Внутри одной из сфер, являющейся компенсатором направления потока, . помещен нагреватель в виде спирали, намотанной на сердечник. Сферы подвешены на С-образной державке: (2) .

Недостатком известного устройства является значительная погрешность измерения, возникающая при изменении направления потока, из-за области повышенной чувствительности направлению потока вследствие взаимного затенения сфер и С-образной державкой.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости потока путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в термоанемометре, содержащем дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесенных на наружной поверхности сферы кольцевых полос, при этом сфера и кольцевые полосы выполнены из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы.

По второму варианту измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде стыка двух полусфер

1из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой рассредоточены по внутренней поверхности сферы.

Выполнение измерительного спая в виде сферы из одного металла с нанесенными на нее.кольцевыми полосами из другого металла и конструктивное совмещение измерительного спая и компенсатора направления потока позволило получить сигнал,пропорциональный осредненному значению температуры поверхности сферы при обтекании ее потоком. Причем при разных направлениях потока все кольцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерируют каждый

ТЭДС,пропорциональную среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого спая, а суммарная ТЭДС, генерируемая измерительным спаем, пропорциональна среднему значению температуры поверхности сферы, а значит1и измерительного сная. Таким образом, измерительный спай генерирует сигнал, пропорциональный скорости потока, независимо от его направления, что повышает точность -измерения. Выполнение нагревателя в виде сферической спирали, примыкающей вплотную к внутренней поверхности сферы, являющейся измерительным спаем и компенсатором направления потока, позволило создать равномерный нагреВ сферы, уменьшить массу измеритель1114955 ного спая при прочих равных с изве. стным устройством размерах и, следовательно, уменьшить инерционность.

Термоанемометр по второму варианту отличается тем-, что измерительный спай дифференциальной термопары образован по линии соединения двух полусфер из разнородных термоэлектронных материалов, образующих сферу, являющуюся компенсатором направле- 10 ния потока. В этом случае температура поверхности сферы воспринимается единичным кольцевым спаем. При этом быстродействие у термоанемометра по второму варианту выше, чем 1 у термоанемометра по первому варианту, так как масса измерительного спая в термоанемометре по второму варианту меньше, чем в термоанемомет ре по первому варианту. Преимущест- щ во термоанемометра по первому варианту перед термоанемометром по второму варианту состоит в более полном осреднении температуры поверхности измерительного спая, что расширяет диа- 25 пазон нечувствительности к направлению потока. Выполнение измерительного спая в термоанемометре по второму варианту в виде кольцевого спая позволяет получить большее осреднение температуры, чем в известном устройстве, где спай сосредоточенный.

Достоинство термоанемометра по второму варианту состоит в упрощении технологии изготовления из-sa uc35 ключения операции нанесения кольцевых полос

На фиг. 1 представлена схематично конструкция термоанемометра, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

Термоанемометр согласно первому варианту содержит измерительный спай дифференциальной термопары 1, . температурный компенсационный спай

2> нагреватель 3, регистрирующий при- бор 4, стабилизированный источник .5 питания и несущий стержень 6. !

К несущему стержню 6 прикреплены измерительный спай дифференциальной термопары 1 и температурный компенса->О ционный спай 2. Внутри измерительного спая 1 вплотную к его поверхности расположен нагреватель 3 в вйде сферической спирали. Сфера компенсатора направления потока из- SS готовлена из константана. На нее гальваническим способом (по трафарету) с равномерными промежутками нанесены две пблосы из меди, при этом первый слой меди нанесен на часть сферы, противоположную области крепления к несущему стержню, другой параллельно предыдущему, так что образуются три кольцевых спая, образующих совместно со сферой измерительный спай дифференциальной термопары. Выводы измерительного спая располагаются в диаметрально противоположных точках сферы на оси, совпадающей с осью несущего стержня.

Сферическая спираль нагревателя выполнена из манганиновой проволоки.

Термоанемометр по первому варианту работает следующим образом.

От стабилизированного источника

5 питания при помощи нагревателя 3 осуществляется нагрев измерительного спая 1. Температурный компенсационный спай 2 принимает температуру потока и осуществляет температурную компенсацию.-При обтекании потоком измерительного спая 1 на его поверхности образуется неравномерное поле температур, причем изотермы расположены перпендикулярно направлению потока. При разных направлениях пото; ка кольцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерирует каждый ТЭДС, соответствующую среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого сная.

Степень осреднения температуры всей поверхности сферы, а значит и изме-. рительного спая вдоль направления потока зависит от числа кольцевых спаев. Таким образом, генерируемая

ТЭДС соответствует некоторому среднему значению температуры поверхности сферы независимо от направления потока, а регистрирующий прибор 4 регистрирует сигнал,пропорциональный разности средней температуры измерителЬного спая (сферы) и температуры компенсационного спая и со- ответственно величине модуля векто. ра скорости потока.

Работа термоанемометра по второму варианту аналогична описанной.

Выполнение термоанемометра измерительного сная по линии соединения двух полусфер и в виде сферы с нанесенными полосами металла, являющейся компенсатором направления потока, а нагревателя в виде сферической спирали, примыкающей к внутренней поверхности сферы, позl)14955

Составитель 10. Власов

Редактор В. Иванова Техред С.Легеза

Корректор Ю. Макаренко. Заказ б760/30 Тираж 832

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., и. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4 волило получить сигнал ТЗДС пропорциональный осредненному значению температуры поверхности сферы, тем самым уменьшить зависимость этого (значения) сигнала от направления 5 потока, что приводит к повышению точности измерений по сравнению с базовым объектом. Выполнение в предлагаемом термоанемометре измерительного спая дифференциальной термопары конструктивно совмещенным с ком пенсатором направления, потока расширяет область нечувствительности к направлению потока и повышает точность измерений по сравнению с базовым объектом, у которого область повышенной чувствительности к направлению потока ограничена двугранл ным углом в 30 со стороны державки и телесным углом в 0,84 стерадиан со стороны верхней и нижней полусферы, а для предлагаемого термоанемомет- ра эта область меньше и ограничена те лесным углом в 0,84 стерадиан со стороны несущего стержня.

Кроме того, предлагаемый термоанемометр обладает повышенным быстродействием по сравнению с известным устройством, так как при равных размерах измерительного спая обладает меньшей массой, а измерительный спай участвует в теплообмене с потоком непосредственно. В предлагаемом термоанемометре подвод тепла от нагревателя к измерительному спаю происходит при прямом контакте и практически по всей его поверхности, что обеспечивается выполнением нагревателя в виде сферической спирали, вплотную примыкающей к внутренней поверхности сферы, это позволило получить более равномерный нагрев поверхности компенсатора направления потока по сравнению с известным термоанемометром, что также повышает точность измерений с помощью термоанемометра.