Устройство для измерения нестационарного теплового потока
Изобретение касается теплофизических измерений и позволяет повысить точность измерения тепловых потоков. Устройство содержит два термопреобразователя 1 и 2, размещенных на противоположных сторонах пластины 3, широкополосный усилитель-формирователь 4, фильтр 5, схему вычитания 6 и масштабный усилитель 7. Широкополосный усилитель-формирователь 4 и фильтр 5 имеют определенные передаточные функции, приведенные в описании изобретения. Схема предложенного устройства обеспечивает лучшее приближение его выходной характеристики к реальной зависимости теплового потока от температуры термопреобразователей 1 и 2 за счет более точного учета динамических составляющих теплового потока. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
mcnvüëèк рц5 G 01 К 17/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н вто скоММ СвиДктеЛьСтвМ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
fO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
flPH ГННТ СССР
1 (21) 4289531/24-10 (22) 27.07.87
,46) 15.06.90. Бюл. У 22 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72). С.А.Сергеев (53) 536.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 1024751 кл. С 01 К 17/08, 1981.
Авторское свидетельство СССР
Р 1236335, кл. С 01 К 17/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (57) Изобретение касается теплофизических измерений и позволяет повысить точность измерения тепловых по„.SU„„1571434 А1
2 токов. Устройство содержит два термопреобразователя 1 и 2, размещенных на противоположных сторонах пластины 3, широкополосный усилитель-формирователь 4, фильтр 5, схему вычитания 6 и масштабный усилитель 7, Широкополосный усилитель-формирователь 4 и фильтр 5 имеют определенные передаточные функции, приведенные в опи-. сании изобретения. Схема предложенного устройства обеспечивает лучшее приближение его выходной характеристики к реальной зависимости теплового потока от температуры термопреобраэо" вателей 1 и 2 за счет более точного, учета динамических составляющих теплового потока. 1 ил ° 3
1571434 а широкополосный усилйтель-формиро.ватель 4 — функцию вида
1 + S/2 +...+ S "/(2n), 10 (Р) = — — — — - Э
1 + S/6+...+ S /(2п+ 1)1 (2)
= Ро /а, а = Ъ/С вЂ” коэффици г ент температуропроводности пластины 3; С вЂ” удельная теплоемкость плас. тины; P — аргумент преобразования по
Лапласу; n — - целое число.
Широкополосный усилитель-формирователь 4 с вышеуказанной передаточной функцией (2) в широком диапазоне частот реализуется с помощью, например, операционного усилителя с частотнозависимой обратной связью, образованной цепочками пассивных эле" ментов-резисторов, конденсаторов и индуктивностей (RCL-цепочками).
Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано при исследовании процессов теплообмена в теплофизике.и различных отраслях народного хозяйства.
Цель изобретения — повышение точности измерения нестационарных теп;ловых потоков.
На чертеже приведена структурная 10 ,,схема предложенного устройства.
Устройство содержит первый и вто, рой термопреобразователи 1 и 2, например термоэлектрические, установ ленные на противоположных границах 15 первичного преобразователя 3, выполненного в виде пластины толщиной о с теплопроводностью ф и температуропроводностью а, широкополосный усили тель-формирователь 4, фильтр 5, схе- 20 му 6 вычитания и масштабныи усилитель 7. Выход термопреобразователя 1 подключен ко входу широкополосного усилителя-формирователя 4, выход которого подключен к первому входу схе- 25 мы 6 вычитания, к второму входу которой через фильтр 5 подключен выход термопреобразователя 2. Выход схемы 6 вычитания подключен к входу мас1штабкого усилителя 7, выход которого 30 является .выходом устройства.
Коэффициент усиления масштабного усилителя 7 устанавливается равным ф /II. Фильтр 5 должен иметь переда-: точную функцию вида
11 Уи() 1 + S/6 +... S / (2п + 1)!
При этом следует учитывать, что в
:области низких частот (S 0) коэф-! Ф фициент усиления усилителя 4 должен соответствовать требованию 1 im (Р) <
5 -«О Т
1, а в области высоких частот
limp& = 2n + 1, т.е. на максимальной шр рабочей частоте коэффициент усиления должен быть равен (2n + 1).
Фильтр 5 для и = 1 может быть реализован в виде интегрирующей RC-цепочки с параметрами RC h /Ga. Для и Ъ 1 фильтр 5 может быть реализован с помощью RCL-цепочки.
При реализации устройства значения параметров следует выбирать из условия обеспечения допустимой погрешности Е на максимальной рабочей частоте Я
1 и3г
n — (3)
2 аЕ, Устройство работает следующим образом.
С выхода термопреобразователя 1 сигнал t, равный температуре на одной стороне пластины 3, поступает на. вход широкополосного усилителя формирователя 4, на выходе которого формируется сигнал, который в операторной форме имеет вид
W= t, 1д„,„(Р) (4)
С выхода термопреобразователя 2 сигнал t< равный температуре на другой стороне пластины 3, поступает на вход фильтра 5, на выходе которого формируется сигнал, который в операторной форме имеет вид:
Pi = 1д „(Р), (5)
Сигналы g, P с выходов широкополосного усилителя-формирователя 4 и фильтра 5 поступают на входы схемы 6 вычитания и далее на вход масштабного усилителя 7, на выходе которого формируется сигнал
Ф ч = (<-tl) — = — ILt Ю (Р)—
Т 3 " >р
t< g „(Р)). (6)
Предложенное устройство в приблиA жении S реализует точную зависимость
I связывающую тепловой поток на первой границе с температурами на первой и второй границах преобразователя (пластины) 3, «С1 Б г- -Б" )
Ч <, — 1S ц Я 2 я .Я) (7) 571434 6
Формула из об ре тения
Устройство для измерения нестационарного теплового потока, содержащее первый и второй термопреобразователи, 5 установленные соответственно на дву противоположных Границах первичного преобразователя, выполненного в виде пластины, масштабный усилитель, схе10 му вычитания и фильтр, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен широкополосный усилитель-формирователь, вход которого подключен к выходу первого термопреобразователя, а его выход - к первому входу схемы вычитания, к второму входу которой через фильтр подключен выход второго термопреобразователя, при этом вход масштабного усилителя соединен с выходом схемы вычитания.
Указанная зависимость (7) получается при точном решении задачи распространения теплового потока через пластину с заданными параметрами. С учетом известных разложений
СЬ3 * 1 +$/2+...+S "/(2n) +...
ВЬЮ
1 + S/6 +... + S /(2n + 1)1+ .Б (8) сравнив вид выражений (1), (2), (6) и (7),.легко убедиться в том, что в приближении 5 справедливы следующие равенства — — «Е= Ъ2,„(Р), — — "- „(Р) °
Составитель В. Голубев
Техред М.Дидык Корректор С.Шевкун
Редактор А,Долинич
Заказ 1505
Тираж 494
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101
