Термоанемометрическое устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствиА тельность и точность измерений термоанемометрического устройства. Перед измерением скорости потока производится температурная коррекция устройства, в результате которой управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды. Подогреватель 4 подключается к источнику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая блоком 12, отградуированным в единицах скорости потока. 1 ил. (Л XI СА) XJ СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 P 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ъ (21) 4776439/10 (22) 02.01.90 (46) 30.05.92. Бюл. N 20 . (71) Черноморский филиал Центрального научно-исследовательского института им. акад. А,Н.Крылова (72) В.В.Дубовский (53) 536.53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 834524, кл. G 01 P 5/12, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 1273813, кл. G 01 Р 5/12, 1986. (54) ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувстви„„5U ÄÄ 1737348 А1 тельность и точность измерений термоанемометрического устройства, Перед измерением скорости потока производится температурная коррекция устройства, в результатее которой управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды. Подогреватель 4 подключается к источнику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая блоком 12, отградуированным в единицах скорости потока. 1 ил.

1737348

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока жидких и газообразных сред термоанемометрическими методами с помощью одного датчика. 5

Известны термоанемометры, содержащие включенные в мостовую схему измерительный преобразователь скорости и термокомпенсационный преобразователь, цепь термокомпенсации и регистратор ско- 10 рости(1).

По технической сущности наиболее близким к заявленному устройству является термоанемометрическое устройство, включающее в себя датчик, термометр сопротив- 15 ления, термоанемометр с управляемым сопротивлением, управляемую ключевую схему, два запоминающих блока, сумматор и блок компенсации (2).

Его недостатками являются низкая чув- 20 ствительность и малая точность измерений, обусловленные использованием в качестве датчика линейного терморезистора прямого подогрева, включенного в мостовую схему термоанемометра, 25

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения скорости потока среды.

Сущность изобретения заключается в том, что во всем температурном диапазоне 30 среды независимо от скорости ее движения поддерживается постоянной разность температур 0 подогревателя и контролируемой среды. Поскольку полный тепловой поток Q нагретого тела определяется формулой 35 (S0, где S — поверхность нагретого тела; — коэффициент теплоотдачи, зависящей от геометрических параметров тела, скорости потока среды и ее теплофизиче- 40 ских свойств, то при постоянных значениях S и 0 по количеству подводимого тепла Q можно судить о скорости потока данной среды, Основная техническая задача, решае- 45 мая данным изобретением, — формирование во всем температурном диапазоне среды сигнала, зависящего от перегрева

0подогревателя, и его использование в автоматической системе поддержания задан- 50 ного значения перегрева О > .

На чертеже представлена блок-схема термоанемометрического устройства.

В него входят источник 1 опорного напряжения, управляемое сопротивление 2, 55 датчик 3, подогреватель 4, операционный усилитель 5, следящая схема 6, функциональный преобразователь 7, сумматор 8, усилитель 9, регулируемый источник 10 мощности подогрева, ключевая схема 11 и регистратор 12, отградуированный в единицах скорости потока.

Устройство работает в двух режимах, каждый из которых устанавливается ключевой схемой, а именно: — режим температурной коррекции; — режим измерения скорости потока, Ключевая схема может управляться либо вручную, либо от тактового генератора (на чертеже не показан).

В режиме температурной коррекции ключевая схема находится в состоянии, изображенном на чертеже, когда подогреватель 4 обесточен, первый вход следящей системы. подключен к выходу источника 1 опорного напряжения, а второй — к выходу операционного усилителя 5. Поскольку в этом режиме температура подогревателя совпадает с температурой среды, то сопротивление датчика 3 также соответствует температуре среды. Сигнал рассогласования на входе следящей схемы б будет отличным от нуля и активно воздействовать на нее до тех пор, пока управляемое сопротивление 2 по величине не станет равным сопротивлению датчика 3, Тогда коэффициент передачи усилителя 5 примет значение — 1, напряжение на его выходе станет равным—

U,,а сигнал рассогласования следящей системы — соответственно нулю. На этом заканчивается температурная коррекция устройства.

При переводе ключевой схемы в режим измерения скорости потока выходной сигнал следящей системы фиксируется (запоминается), управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды, т,е.

В = Аехр (-à — ), где А, — постоянные

В ср полупроводникового термодатчика 3;

Тср — температура среды, Подогреватель 4 подключается к источнику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. Напряжение на этом входе будет определяться выражением

В О

Uz = -Uo ехр (где Uo — напряжение опорного источника 1.

Напряжение на первом входе сумматора 8 задается функциональным преобразователем 7 и устанавливается равным

В Оо > =" expli. (T+6 )> где О» — заданный перегрев подогревателя, 1737348

В результате на выходе сумматора 8 формируется-сигнал

В % ил=u.(елр(+ ) -exp(О ср Гср + ) который через усилитель 9 воздействует на. источник 10 мощности таким образом, чтобы свести сигнал 4 к значению, близкому (равному) к нулю. В этом состоянии устройства перегрев 9 близок (равен) заданному в функциональном преобразователе значению Î(. С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая регистратором

12, отградуированным в единицах скорости.

Для повышения точности измеренийпутем исключения статической ошибки замкнутой системы регулирования температуры подогревателя, усилитель 9 может быть заменен интегратором с соответствующей коррекцией динамических свойств устройства.

В качестве следящей схемы б может быть использован автокомпенсатор напряжения с фиксацией выходного сигнала, а функциональный преобразователь 7 может быть выполнен lo схе("е однополярного преобразователя. Построение зависимости, аппроксимируемой функциональным преобразователем, может быть выполнено как расчетным, так и экспериментальным способами. Экспериментальный способ дает более точные результаты, Для этого в устройстве датчик 3 заменяют магазином сопротивлений, Устройство с помощью ключевой схемы последовательно переводят то в режим температурной коррекции, то в режим измерения скорости потока, B режиме температурной. коррекции магазином устанавливают сопротивление, равное расчетному значению сопротивления датчика 3 при определенном значении

В температуры среды: А.ехр (— ), На выхо ср де следящей системы устанавливается напряжение U, при котором управляемое сопротивление 2 по величине равно установленному на магазине, Затем устройство переводят в режим измерения скорости. При этом фиксируется

50 управляемое сопротивление 2 и напряжение U ..

Магазином устанавливают сопротивление, соответствующее сопротивлению датчика при заданном перегреве Оо,вычисляемое

В ло формуле А ехр (т — -). После этого ср+ о измеряют напряжение, которое принимают за абсциссу аппроксимируемой функциональным преобразователям зависимости, и напряжение на выходе операционного усилителя, которое принимают за ординату этой зависимости. Аналогичная процедура выполняется для других значений Т,я в заданном рабочем диапазоне температур контролируемой среды.

Формула изобретения

Термоанемометрическое устройство, содержащее датчик, управляемое сопротивление, ключевую схему и сумматор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введены источник опорного напряжения, подключенный к первому выводу управляемого сопротивления и к первому выводу ключевой схемы, операционный усилитель, включенный между вторым выводом управляемого сопротивления и вторым выводом ключевой схемы, следящая схема, подключенная первым и вторым входами соответственно, к третьему и четвертому выводам ключевой схемы, а выходом соединенная с входом управления управляемого сопротивления, функциональный преобразователь, включенный между входом управления управляемого сопротивления и первым входом сумматора, а также усилитель, подключенный входом к выходу сумматора, источник мощности подогрева и последовательно соединенные регистратор и подогреватель, имеющий термический контакт с датчиком, выполненным в виде полупроводникового терморезистора с косвенным подогревом и включенным в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, второй вход сумматора соединен с пятым выводом ключевой схемы, шестой и седьмой выводы которой соединены соответственно с входом ре.-истратора и выходом источника мощности подогрева, подключенного управляющим входом к выходу усилителя,