Термоанемометр

 

Использоваййе: в измерительной технике для измерения скорости воздушного потока. Сущность изобретения: тёрмоанемо(иетр содержит один термсМувствй-гельный элемент 1. одну термочувствительную схему 2, две ключевые схемы 3, 11. один импульсный источник тока 4. одно устройство сравнения 5, один демодулятор 6, одно запоминающее устройство 7, один широтно-импульсный модулятор 8. один генератор импульсной частоты 9, один фильтр нижних частот 10. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 P 5/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-1 (21) 4724032/10 (22) 27.07.&9 (46) 23.01.93. Б юл. N- 3 .. (71) Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А.Чаплыгина (72) Ю.Н.Кабанов. А.Н.Семенов и А.В.Ар. темьев (56) Авторское свидетельство СССР

N- 834524, кл. G 01 P 5/12, 1 979.

Авторское, свидетельство СССР

М 650014, кл. G 01 P 5/12, 1976.,, Ц,, 1789935 Al (54) ТЕРМ0АНЕМОМЕТР (57) Использование : в измерительной технике для измерения скорости воздушного потока. Сущность изобретения: термоанемометр содержит один термочувствитель ный элемент 1. одну термочувствительную схему 2, две ключевые схемы 3, 11 ° один импульсный источйик тока 4, одно устройство сравнения 5, один демодулятор 6, одно запоминающее устройство 7, один широтно-импульсный модулятор 8. один генератор импульсной частоты 9, один фильтр нижних частот 10. 2 ил.

1789935 первый резистор, образующие с первым " газа рядом.Токпитаниямостовойсхемы не термочувствительным элементом смежные создает их подогрева

Генератор тактовой частоты 15 вырабаплечи мостовой схемы, в противоположные плечи которой включены введенйые второй тывает прямоугольные импульсы, период и, соответственно, третий резисторы, гене- 55 повторения которых пренебрежимо мал по рвтор тока, подключенный к питающей диа- . отношению к величине постоянной времени гонали мостовой схемы, а также генератор Хтермочувствительных элементов 1 и 2, котактовой частоты, демодулятор, широтно- торая, например, при выполнении их в виде импульсный модулятор, ключ и фильтр ниж- тонкой проволоки, может быть определена при помощи формулы них частот. Демодулятор включен между

Изобретение относится к измеритель- выходом устройства сравнения и входом заной технике и может быть использовано для поминающего устройства, Широтно-имизмерения скорости воздушного потока. пульсный модулятор включен сигнальным

Известен термоанемометр, содержа- входом к выходу запоминающего устройстщий две термочувствительные цепи, вклю- 5 ва, а выходом — ко входам управления имченные дифференциально к замкнутой по пульсного источника тока и ключа. цепи питания одной из них системе следя- Генератор тактовой частоты своим выходом щего уравновешивания. Выходом термо- подключен ко входам управления ключевой анемометра. является сигнал, пропор- схемы, демодулятора и широтно-импульсциональный напряжению питания термоце- "0 ного модулятора, Фильтр низких частот свопи, в которую включен разогреваемый тер- - им входом через ключ подключен к выходу морезистор . Зтот термоанемометр имеет импульсного источника тока. а запоминаюнедостаток, связаннйй с влиянием измене- щее устройство выполнено в виде интеграний температуры воздуха на его показания. тора;

Наиболее близким по совокупности "5 Нафиг,1показанафункциональнаясхе- . общих признаков предлагаемому иэобре- ма предлагаемого термоанемометра; на тению является термоанемометр, содержа- фиг. 2 — временная диаграмма работы терщий последовательно соединенные в моанемометра. замкнутый контур чувствительный элемент, Предлагаемый термоанемометр содерключевую схему, устройство сравнения, за-. 20 жит соедийенньге последовательно по питапоминающее устройство и регулируемый нию первый термочувствительный элемент импульсный источник тока, Коммутатор .1 (R4), второй термочувствительный элемент подключен к тактовым входам импульсного 2 (Rs), и первый (R<) 3, а также второй резиисточника тока, ключевой схемы и запоми- стор (Rz) 4, третий резистор (йэ) 5, составлянающего устройства. Недостатком извест- 25 ющие мостовую схему, диагональ питания ного термоанемометра является низкая = которой подключена к генератору тока 6; а точнбсть измерения скорости воздушного измерительная диагональ,-.к ключевой потока при изменении его температуры в . схеме 7. К выходу ключевой схемы 7 подшироком дйапаэоне из-эа невозможности ключены последойательйо соединенные усполной компенсации изменения температу- 30 тройство сравнения 8, демодулятор 9, ры воздуха за счет лйнейной обратной свя-.:; . запоминающее устройство 10, широтно-имзи, примененной в устройстве. Кроме того, пульсный модулятор (LLlNM) 11, регулируеизвестный термоанемометр обладает мый импульсный источник тока 12. Выход низким быстродействием, определяе- источника тока 12 йодключен к термочувстмым процессами циклического изменения 35 вительному элемейту 1 и входу ключа 13, температуры термочувствительного эле- вход управления которого подключен к вымента. ходу LUNM 11., а выход - ко входу фильтра

Цель изобретения — повышение точно- низких частот (ФНЧ) 14, выход которого явсти измерения массовой скорости газового ляется выхддом термоанемометра. Входы потока и быстродействия устройства. ®0 управления" ключевой схемы 7, демодулятоПоставленная цель достигается тем, что ра 9 и ШИМ 11 подключены к выходу генев термоанемометр, содержащий термочув- " ратора тактовой частоты (ГТЧ) 15. ствительнь1й элемент; подключенный пер-, Работает термоанемометр следующим вым выводом к выходу импульсного образом. регулируемого источника тока и к первому 45 В йсходном положении при выключен выводу ключевой"схемы, соединенной вы- .:. ном источнике тока 12 и R>=0 мостовая схеходом со входом устройства сравненйя, а ма сбалансирована, а термочувствительные также запоминающее устройство, дополни- элементы 1 и 2, выполненные иэ резисторов тельно введены последовательно соединен-"; с одинаковыми термическими коэффициенные второй термочувствительный элемент и 50 тами сопротивления, расположены в потоке

1789935 dc

4а где d — диаметр проволоки; р и c — соответственно плотность и Теплоемкость материала проволоки; 5 и — коэффициент конаективной теплоотдачи, зависящий от массовой скорости воздушного потока.

При R>A О, а также при наличии тактового импульса на выходе ГТЧ 15, ключевая 10 схема 7 подключает измерительную диагональ мостовой схемы к устройству сравнения 8. Сигнал разбалайса мостовой схемы, выделенный и усиленный устройством сравнения 8, в виде импульса напряжения, вели- 15 чина и полярность которого определяется величиной и знаком напряжения разбаланса моста, поступает с выхода демодулятора . 9 на вход запоминающего устройства 10, где происходит его интегрирование. При на- 20 личии тактового импульса на выходе ГТЧ 15

LU VIM 11 блокируется, и на его выходе отсутствует импульс включения источника тока

12 и ключа 13. Источник тока 12 в выключен. ном состоянии не оказывает влияния на ба- 25 лансировку моста. При отсутствии .тактового импульса ключевая схема 7 отключает измерительную диагональ моста от входа устройства сравнения 8. При этом на выходе демодулятора 9 сигнал отсутствует, 30 а выходное напряжение запоминающего устройства (интегратора) 10 остается неизменным, ШИМ 11 вырабатывает импульс напряжения, длительность которого îïðåделяется величиной выходного напряжения 35 запоминающего устройства 10. Максимальная длительность широтно-модулированного импульса ограничена временным интервалом между бкончанием и началом тактового импульса, Импульсный источник 40 тока 12 вырабатывает стабильный, независимый от длительности входного широтномодулированного импульса и величины нагрузки, ток разогрева первого термочувствительного элемента 1. При условии й2+ 45

+ Яз» Й1+ R4+ Я5 мощность N, выделяемая на термочувствительном элементе 1, равна

N .0tJpА где 01 — падение напряжения на элементе 1 50 при протекании тока разогрева А;

А — коэффициент заполнения широтномодулированных импульсов.

ФНЧ14, подключаемый ключом 13 к термочувствител ьному элементу 1 одновременно с импульсами разогрева, осредн ет импульсное напряжениЕ U >, что при условии

J>=const дает живых = ф, где Овых — напряжение на выходе ФНЧ14;

k — коэффициент передачи.

В результате разогрева термочувствительного элемента 1 происходит увеличение его сопротивления, что приводит к умень-. шению разбаланса моста. B установившем-. ся режиме благодаря выполнению запоминающегося устройства в виде интегратора отсутствует разбаланс моста, При этом величина перегрева ЬТ термочувствительного элемента 1 относительно температуры потока газа, а значит, и температуры второго термочувствительного элемента 2 определяется формулой

ЛТ= —

R0,5p где R05 — величина сопротивления второго термочувствительного элемента 2 при его температуре, равной О С;

Р— термический коэффициент сопротивления термочувствительных элементов 1 и2, В установившемся режиме имеет место баланс рассеиваемой термочуаствительным элементом 1 а потоке газа и подведенной к нему мощностей:

N=SahT, где S — площадь термочувствительного элемента 1, омываемая потоком газа.

Так как а предлагаемом устройстве обеспечивается условие Л 7=const, то выходное напряжение ФНЧ14 пропорционально коэффициенту конаективной теплоотдачи а, который слабо зависит отизменения температуры газа (воздуха) и практически однозначно определяется массовой скоростью потока газа. Исключение необходимости периодического разогрева и . остывания термочувствительйого элемента

1, позволившее повысить тактовую частоту, дало возможность увеличения быстродействия предлагаемого термоанемометра.

1789935

Ьх

Ь,В

ii ti бл. 7

Внх

6,8

Ьх

4,%

4,с

<,с, Вщф

4,1

Ьых

Ь,1

C,с Фи,й

Составитель Ю.Кабанов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С,Пекарь

Редактор Т.Шагова

Заказ 347 . Тираж: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

>... ° .. с.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я тока, подключенный к питающей диагонали мостовой схемы, демодулятор, включенный

Термоанемометр; сгодержащйй термо- между выходом устройства сравнения и вхочувствительный элемент, подключенный, дом запоминающего устройства, широтнопервым" выводом к"выходу имйульсного ре- 5 импульсный модулятор, включенный между.. гулируемого йсточника тока"и к первому вы"- " выйщбм запоминающего устройства и упводу ключевой схемы, соединенйой равляющим входомимпульсного регулируевыходом с входом устройства сравнения. а мого источника тока, последовательно также запоминающее устройство, о т л и ч а- соединенные ключ и фильтр низких частот и ю шийся тем;-что; с целью повышения 10 генератор тактовой частоты, подключенный точности измерения и быстродействия, в выходом к управляющим входам. широтнонего дополнительнО ВВедЕнй поСледова- импуЛьеного моДулятора, демодулятора и тельно соединенные второй терМочувстви- ключевой схемы, подключенной входом к тельный элемент и первый рбзйстор, измерительной диагонали мостовой схемы, образующие с-первым термочувстеитель- 15 выходиуправляющийвходимпульсногореный элементом смежные плечи мостовой гулируемого источника тока соединены, сосхемы, в"противоположные йлечи которой ответственно"с входом и управляющим включены введенные второй и соответст- exojloM êëe÷ý, азапоминающееустройство ввнно третий резисторы, а также генератор выполнено в виде йнтегратора..

Ф(