Устройство для измерения температуры и скорости потоков

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений ЗА счет улучшения частотной коррекции термодатчика . Устройство содержит преобразователь 1 температуры с резистивным термодатчиком 2, термоанемометр 3 постоянной температуры с резистивным термодатчиком 4,,. корректирующий усилитель 5, инвертор 6, умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12. Введение новых элементов и образование-новых связей между элементами устройства позволяют производить перестройку цепей коррекции при изменении параметров термодатчика 4 или исследуемой среды лишь изменением постоянной времени интегратора 8. Скорректированньм температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилителя 5. 1 ил. i (Л ff fo GO СП 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1315834

Дц,4 G 01 К 13/02 G 01 P 5 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,/"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4015011/24-10 (22) 30.01.86 (46) 07.06.87. Бюл. ¹ 21 (71) Донецкий государственный университет (72) П.И.Савостенко и С.П.Сербии (53) 536.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 528460, кл. G 01 К 7/14, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 618655, кл. G 01 К 13/02, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ПОТОКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель иэобретения— повышение точности измерений за счет улучшения частотной коррекции термодатчика. Устройство содержит преобраэователь 1 температуры с резистивным термодатчиком 2, термоанемометр 3 IIo стоянной температуры с резистивным термодатчиком 4 „ корректирующий усилитель 5, инвертор 6, умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12. Введение .новых элементов и образование-новых связей между элементами устройства позволяют производить перестройку цепей коррекции при изменении параметров термодатчика 4 или исследуемой среды лишь изменением постоянной времени интегратора 8. Скорректированный температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению . Ж к входу корректирующего усилителя 5.

1 ил.

Т

9 $5 (2) 1 131583

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения быстроменяющихся в больших динамических диапазонах температур и скоростей потоков в 5 системах автоматического контроля и управления теплотехническими процессами.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет 16 улучшения частотной коррекции термодатчика измерительного преобразователя температуры.

На чертеже приведена блок-схема устройства. 15

Устройство содержит измерительный преобразователь 1 температуры с резистивным термодатчиком 2, термоанемометр 3 постоянной температуры с резистивным термодатчиком 4, кор- 20 ректирующий усилитель 5, инвертор 6, умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12.

Устройство работает следующим об- 25 разом.

В исследуемый поток помещаются.

I термодатчики 2 и 4, Изменения сопротивления термодатчика 2, пропорциональные изменению температуры 8 по- ЗО тока, преобразуются в соответствующие изменения напряжения на выходе измерительного преобразователя 1, а изменения величины теплосноса потоком с нагретого термодатчика термоанемометра 3 — в изменения напряжения на его выходе, пропорциональные скорости v потока. С выхода измерительного преобразователя .1 температурный сигнал, имеющий динамическую 40 погрешность, обусловленную термической инерционностью микропроволочного термодатчика 2, поступает на термокомпенсирующий вход термоанемометра постоянной температуры (ТАПТ) 3 и одновременно на один из входов корректирующего усилителя 5, который по другому входу охвачен цепочкой обратной связи, состоящей из интегратора Н и умножителя 7, один Вход ко- 50 торого подключен через резистор 10 к выходу усилителя 5, а другой вход (управляющий) — к последовательно соединенным термоанемометру 3, сустрактору 11 и квадратору 12. Сустрак- 55 тор 11 обеспечивает компенсацию начального (нулевого) уровня (при скорости потока v=O) термоанемометра 3, а квадратор"12 приводит в соответст4 2 вие управляющий сигнал умножителя 7 закону изменения постоянной времени

Т@ термодатчика 2 в зависимости от скорости потока ч.

Значение выходного сигнала Ег трепт те1-моанемометра 3 при v=0, которое необходимо компенсировать, определяется по градуировочным зависимостям т Рт тора 11 зависит. от скорости v.ñîãëàñно выражению

Е Я(в Ь vë )2, (1) где  — постоянный коэффициент; значение которого зависит от свойств потока и определяется расчетным или эмпирическим путем;

Ь вЂ” коэффициент, зависящий от значений резисторов моста

Уитстона (не показйн),в плечо которого включен термодатчик 4 термоанемометра 3;

m — эмпирическая константна, причем m является функцией ч.

Постоянная времени Т@ простых микропроволочных термодатчиков,у которых во избежание концевых эффектов отношение диаметра d к длине 1 чувствительного элемента мало, определяется выражением где С и $ — соответственно полная теплоемкость и поверхность теплообмена чувствительного элемента;

Ы вЂ” коэффициент теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи Ы зависит от скорости потока при условиях, не очень отличающихся от нормальных,и определяет частоту среза f чувствиср тельного элемента термодатчика по уровню 3 дБ следующим образом:

ЫБ IlhS ЧР

-= — — = — — —,-(- ) (3)

2ТТ 2TiC 27Сй" " 9 где d — диаметр чувствительного элемента; в,Д и — соответственно плотность, теплопроводность и динамическая вязкость газа;. п и и — эмпирические числа, зависящие от критерия Рейнольдса (Re)„

Для используемых термодатчиков с диаметром нити порядка единиц микрометров Re равняется 0,81.

1315834

Uw Ку

17Т, /K„40 i T„.w4(p) gp)v„(p где W (p) и W„(p) P

КЕ

2Ти.

2Ти

1+К + ".р к (5) 1+Тк Р

Тк

)+ -- р

Ку

3

Из (1)-(3) видно, что f u EI. »,T при условии идентичной конструкции термодатчиков 2 и 4 одинаково зависят от ч, что и обусловливает данную структуру цепи управляющего сигнала умножителя 7.

Управляющий сигнал, пропорциональный Е „„,изменяет коэффициент передачи умножителя 7 К»» по такому же закону, т.е. К„ч . Это, в свою оче- 10 редь, вызывает изменение частоты среза корректирующего усилителя 5, и цепь обратной связи, которой он охвачен, обеспечивает необходимый подьем частотной характеристики; компен сирующий соответствующий ее спад у системы термодатчик 2 — измерительный преобразователь 1, .составляющий для микропроволочных датчиков 20 дБ/декада. При этом достаточно обеспечить 20 выполнение равенства постоянных времени Т> и корректирующего усилителя

5 Т„, т ° е. Т =Т„.

Передаточная функция системы тер.модатчик 2 — измерительный преобразо-25 ватель 1 — корректирующий усилитель

5 записывается следующим образом:

)= — — 1 (p) (4)

К с»

1+Т р

30 — соответственно передаточные функции измерительного преобразователя 1 с TppMopGT чиком 2 и корректирующего усилителя 5; — оператор Лапласа; — коэффициент пере40 дачи системы тер" модатчик 2 — измерительный преобразователь 1.

Если сопротивления резисторов 9 и

10 цепи обратной связи усилителя 5 .по постоянному току равны, то W„(p) имеет вид

Ку Ку

i+@ (р) К 1

0ос Р ч 1+ — — — — рК гт. " °

Кп где Кч — коэффициент усиления разомкнутого усилителя 5;

Д

T„ — постоянная времени интегратора 8;

W„ (г) — передаточная функция цепи обратной связи усилителя 5.

Из (4) и (5) видно, что подбирая

2Ти 20Тк

Т =T- т.е. Т = — -- = — -- =T (v) к 8» ° к 1, 11 g ь и ч где К„=0,1 Пч (Uq — напряжение на выходе квадратора), можно осуществить коррекцию инерционности датчика температуры вплоть до частот а значит уменьшить Т, так как K ) 1, Перестройка цепей коррекции при изменении параметров термодатчика или исследуемой среды осуществляется лишь изменением постоянной времени интегратора, что позволяет заранее легко программировать и затем переключать устройство в соответствии с исследуемой средой либо постоянной времени термодатчика.

Скорректированный температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилителя 5 °

Сигнал, пропорциональный измеряемой скорости потока, снимается с выхода сустрактора.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры и скорости потоков, содержащее два резистивных термодатчика„ один из которых включен в термоанемометр постоянной температуры, а другой — в измерительный преобразователь температуры, выход которого подключен к входу термокомпенсации термоанемометра постоянной температуры, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет улучшения частотной коррекции термодатчика измерительного преобразователя температуры, в него введены сустрактор, квадратор, умножитель» интегратор, первый и второй резисторы, корректирующий усилитель и инвертор, к входу которого подключен выход корректирующего усилителя и Второй резистор, последовательно соединенный с первым резистором и первым входом умножителя, второй вход которого через последовательно соединенные сустрактор и квадратор подключе1315834

Составитель В.Голубев

Техред А.Кравчук (Корректор И.Муска

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 2352/44

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, ул, Проектная, 4 ны к выходу термоанемометра постоян ной температуры, при этом выход умножителя соединен через интегратор с первым резистором и первым входом

6 корректирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя температуры.