Способ измерения скорости потока жидкости или газа

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, заключающийся в пропускании через термоанемометрический датчик электрического тока со ступенчатым фронтом и измерении временного интервала, связанного с тепловым переходным процессом в термоанемометрическом датчике, по которому судят о скорости потока жидкости или газа, отличающийс я тем, что, сцелью повышения точности измерений за счет линеаризации градуировочной характеристики и повышения быстродействия термоанемометрического датчика, конец временного интервала определяют в момент достижения перегрева термоанемометрического датчика относительно температуры потока ДТд, равного йТ, 0,5893PDVo ., где Р - тепловая мощность, выделяемая в термоанемометрическом датчике; СУо - конвективное тепловое сопротивление J Б,т - коэффициенты; (Л Vo величина скорости потока, находящаяся в середине выбранного линейного диапазо- , на измерений. . 00 1 со со 4;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С 01 Р 5/12

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ т -4 топй, +Я

+2

+7

08

-3 у

l/g

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21) 3664710/24- 10 (22) 27.07.83 (46) 30.01.85. Бюл. N - 4 (72) С.Е. Дукор и Е.В. Воробьев (53) 532.574(088.8) (56) 1. Ференц В.А. Полупроводниковые струйные термоанемометры. М., "Энергия", 1972, с. 7-9.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 637676, кл. G 01 P 5/12, 1979 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, заключающийся в пропускании через термоанемометрический датчик электрического тока со ступенчатым фронтом и измерении временного интервала, связанного с тепловым переходным процессом в термоанемометрическом датчике, по которому судят о скорости потока жид,,BLI„„ А кости или газа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений эа счет линеаризации градуировочной характеристики и повышения быстродействия термоанемометрического датчика, конец временного интервала определяют в момент достижения перегрева термоанемометрического датчика относительно температуры потока Q Т » равного То = 0»5893 PDVo» где Р— тепловая мощность, выделяемая в термоанемометрическом датчике;

М конвективное тепловое сопротивление;

D,m — коэффициенты; о — величина скорости потока, находящаяся в середине выб- ранного линейного диапазо- . на измерений.! 1137

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано при измерении скорости газовых и жидких сред.

Известны способы измерения скорости газовых и жидких сред, основанные на определении стационарной температуры нагретого датчика, помещенного в исследуемую среду, с последующим преобразованием в соответст- 1б вующий сигнал (1) .

Недостатками этих способов являются значительное время измерения, а также необходимость линеаризации выходного электрического сигнала.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения скорости потока жидкости или газа, заключающийся в пропускании через термоанемометрический датчик электричес- 20 кого тока со ступенчатым фронтом и измерении временного интервала, связанного с тепловым переходным процессом в термоанемометрическом датчике, по которому судят о скорости потока жидкости или газа (2) .

Однако известный способ обладает невысокой точностью, так как трудно точно определить конец теплового переходного процесса. Кроме того, про-Зо тотип предполагает значительное время измерения, которое для окончания переходного теплового процесса обычно составляет 3 (точность установл ления " 5 ) где — тепловая постоо

35 янная датчика. Cr oñîá ле позволяет получить электрический сигнал, линейно связанный со скоростью потока, что затрудняет считывание показаний. прибора и требует создания специальных линеаризатором.

Целью изобретения является повышег ние точности измерений за счет линеаризации градуировочной характеристики и повьппения быстродействия термо- 45 анемометрического датчика.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости потока жидкости или газа, заключающемуся в пропускании через термо- 50 анемометрический датчик электрического тока го ступенчатым фронтом и измерении временного интервала, связанного с тепловым переходным процессом в термоанемометрическом датчике, 55 по которому судят о скорости потока жидкости или газа, конец временного интервала определяют в момент дости394 жения перегрева термоанемометрического датчика относительно температуры потока Т, равного То 0 5893 P Q V() где P — тепловая мощность, выделяемая в термоанемометричесЮ ком датчике;

Э о — конвективное тепловое сопротивление;

O,ì — коэффиЦиенты;

V — скорость потока, находящаяся в середине выбранного линейного диапазона измерений.

Регулярньж тепловой переходной процесс любого датчика, определяемый теплоемкостью датчика и внешним тепловым сопротивлением, описывается формулой где С вЂ” теплоемкость термоанемометрического датчика;

Э вЂ” аппроксимирующее выражение для внешнего, конвективного тенлового сопротивления; — скорость исследуемого потока; — время;

h — величина перегрева датчика относительно температуры среды

Анализ формулы (1) показывает, что на время измерения 1 скорость потока влияет через изменение тепловой постоянной процесса СРМ "1 и через изменение конечной температуры датчика Р2 V . Эти влияния взаимно противоречивы и определяют перегиб функциональной зависимости т

= (ч ) ° Анализ зависимости показывает, что перегиб осуществляется при условии

ЕТо = 05895 PQN o где Ч определяет точку перегиба, в окрестностях которой функциональная зависимость по формуле (1) близка к линейной, которую можно определить как касательную в точке V по формуле

4 ) о 0 1962 Ч + 0,6937 о

На чертеже представлены графики указанных зависимостей.

Кривая 1 построена по формуле (1), прямая 2 — по формуле (3), а кривая

3 представляет собой разность кривой 1 и прямой 2, увеличенную в

100 раз °

Кривая 3 является графиком погрешностей аппроксимации формулы (1)

5 формулой.(3).

Как показывает анализ графика 3, аппроксимация осуществляется с приемлемой точностью в достаточно широ,ком интервале скоростей потока. На- 1p пример, заданная нелинейность на уровне 1Х получаем диапазон работы

- датчика по скорости V/V от 0,27 до

i 93; что вполне приемлемо для практики. 15

Способ измерения осуществляется следующим образом.

На реверсирующем (работающем на вычитании из начальной величины) измерителе временных интервалов устанавливается значение д

1137394 4 . интервалов. При этом измерение временных интервалов производится в л единицах, кратных о

7 = О, 1 962 С 1) Ч о (6) д, = 0,6937СЗЧ„ (4) д о = 0 5893 1 3 Ч о ) (5) 30 прекращается подача мощности и останавливается измеритель временных

Составитель Ю. Власов

Редактор М. Веселова Техред А.Кикемезей Корректор О. Луговая

Заказ 10515/33 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Затем подается на датчик тепловая мощность и одновременно запускается измеритель временных интервалов.

Когда перегрев датчика(достигнет величины g Т

На цифровом табло прибора получаем скорость исследуемого потока. Например, если в качестве термоанемометрического датчика используется монолитный серебряный шар диаметром 4,25 мм для измерения воздушного потока при величине — 1 м/с, то начальный временной интервал д о составляет 14 6 с. При

tf) нагреве РЗ Чо, равном 50 С, величина перегрева д Т, при котором прекращается подача мощности на датчик соо

Э ставляет 29,5 С. При скорости М время действия импульса мощности равно

18,8 с. При этом для получения скорос ти потока непосредственно на табло прибора время необходимо измерять в единицах,, кратных 4,14 с.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет получить величину скорости потока непосредственно на табло измерителя временных интервалов, причем эта операция соответствует самой сущности способа.

При этом отпадает необходимость в специальных линеаризаторах, что упрощает прибор и увеличивает его точность.