Пленочный термоанемометр

 

ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕРМОАНЕМОМЕТР, по основному авт. св. № 770349, о гличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на защитный слой диэлектрика нанесень две дополнительные терморёзистивйые пленки, которые подключейь соответственно к первой и второй электрич еским следящим системам. W с СО ел со ел ю ел

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ)УБЛИН (19) (11) Ш4 с 01 Р 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

) Х

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 770349 (21) 2998622/18-10 (22) 30. 10. 80 (46) 07.06.86. Бюл. Н 21 (72) В.В.Троицкий и Ю.Л.Шехтер (53) 532. 574 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 770349, кл.. G 01 P 5/12,03,05.79. (54) (57) ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕРИОАНЕИОИЕТР, по основному авт. св. 11 770349, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це» лью повышения точности измерения, иа защитный слой диэлектрика нанесены две дополнительные терморезистивиые пленки, которые подключены соотвЕтственно к первой и второй электрическим следящим системам.

959525. Изобретение относится к области измерительной техники и может быть .использовано для измерения скорости и касательных напряжений в неизотефмических потоках газа и жидкости при 5 исследованиях в аэродинамике, гидравлике, вентиляционной технике.

По основному авт.свид. У 770349 пленочный термоанеиометр содержит терморезистивные пленки, одна из ко- 1о торых присоединена к первой следящей системе и нанесена на диэлектрическую подложку, покрытую эащитныи слоем диэлектрика, на который нанесена другая терморезистивная пленка, подключенная ко второй электрической следящей системе.

Известный териоанемомент не позволяет осуществить автоматическую компенсацию показаний при изменении 20 температуры потока газа и жидкости, что, в свою очередь, ке позволяет производить измерения скорости илк касательного напряжения в потоках с быстроизиеняющейся so времени температурой и ухудшает точность измерейий в потоках с медленно меняющейся . температурой.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности за счет 30 обеспечение автоматической темпера" туркой компенсации.

Для достижения поставлеккой цели в пленочном термоанемометре ка слой диэлектрика нанесены две дополнительные терморезистивные пленки, которые подключены соответственно к первой и второй электрическим следящим системам.

На чертеже изображена схема пред- 40 лагаемого устройства.

Пленочный термоанемометр содержит .две следящие систеиы 1, 2 и датчик 3,-. включающий диэлектрическую подложку

4, на которой нанесена терморезистив- 4 кая пленка 5, подсоединенная электрическими проводами 6 к измерительноФ иу мосту 7 следящей электрической системы 1, покрытая слоем диэлектрика 8, на котором расположены термо- у реэистивные пленки 9,10 н 11. Термореэистивные пленки 9 и 10 подключены электрическими проводами 12 и 13 к измерительному мосту 14 следящей системы 2.

Термореэистнвная пленка 11 подключена электрическими проводаик 15 к измерительному мосту 7 следящей системы 1,.

Измерительный мост 7 образован терморезистивнымк пленками 5 и 11, регулируемым резистором 1б и резистором 17.

Измерительный мост 14 образован терморезистивными пленками 9 и 10, регулируемым резистором 18 и резистором 19.

Выход 20 следящей системы 1 является основным выходом устройства.Выход 21 следящей системы 2 является дополнительныи выходом.

Пленочный термоанемометр работает следующим образом.

Для измерения скорости датчик 3, диэлектрическая подложка 4 которого может быть выполнена в ниде клина или конуса, размещают в потоке газа или жидкости таким образом, чтобы терморезистивные пленки 9, 10 и 1( обтекались нормально набегающим потоком и условия обтекания этих пленок быпн одинаковыми.

Для .измерения касательных напряжений диэлектрическая подложка 4 выполняется плоской н заделывается заподлкцо с поверхностью, прк этом по-, ток обтекает пленки 9, 10 и 11 тангекциально.

Геометрические размеры, электрические сопротивления терморезистнвных пленок 5,9,10 к 11 конструкция мостовых схем (7 и 14) выполняются таким образом, чтобы перегрев терморезистивных пленок 5 и 9, нагреваемых ра бочими токами мостовых схем (соответственно 14 и 7) относительно потока газа бьвт много больше, чем перегрев терморезистивкых пленок 10 и 11.

В режиме измерения злектрического сопротивления, при котором электрический ток мостовых схем 7 и 14 настолько мал, что практически не ня ревает пленок 5,9,10 и 11, настраивают баланс сначала измерительного моста 7, а потом измерительного моста

1,4.

Электрические сопротивления пленок

9, 10 и 5, 11 связаны с температурой следующими формулами

R,=а,(1.P,t)

R, =й„(1+9„t)

:Р = Й„(1+ „ )

5 5 ) 5

959525

rpe R> R,ð R1 и R>. — электрические сопротивления соответственно пленок 9,10,11 и 5; p,, p, P„и температурный электрический коэффициент сопротивления материала S соотзетственно пленок 9,10,11,5 при

"базисной" температуре 0"C t - -тем пература пленок в режиме измерения сопротивления (принимается равной температуре потока и одинаковой для всех пленок), При полном балансе мостовых схем

14 и 7 выполняются следующие соотношения

5 16

011

Й г,е

1Ь 19

Изменив в измерительном мосте 14 регулируемый резистор 18 в m раз, включают следящую систему 2. При этом восстанавливается баланс измерительного моста 14 путем нагрева пленки 9 электрическим током и выполняется следующее соотношение:

19

Затем, изменив в измерительном мосте 7 регулируемый резистор 16 в К раз, включают следящую систему 1.При этом восстанавливается баланс иэмериг тельного моста 7 путем нагрева пленки 5 электрическим током. Аналогичное соотношение запишется так:

Г1Ь

=Р К т

5» Г т

1т

Здесь как и в дальнейшем, пренебрегается нагревом электрическим током пленок 10 и 11. 40

Из уравнения теплового баланса пленки 9, пренебрегая потерями тепла вдоль пленки, зависимостью коэффициента теплоотдачи в поток газа и зависимостью коэффициента тепло- 45 передачи материала подложки от температуры, можно вывести условия независимости тока нагрева пленки 9 от температуры потока газа

50 дТ,= т, (1.P,t) Т,-а (Р

Здесь л Т = Т вЂ” t — перегрев пленки 9, Т = Т вЂ” t перегрев, $5, пленки 5, ьТ,, лТ - перегревы пленок 9 и 5 при "базисной" темпера. туре газа 0 С.

Подставив соотношения 10 и 9 в левые части уравнений 8 и 7 и учтя соотношения 1 и 3, которые выполняют;ся при любой температуре потока газа, ! толучим соотношения

R (1+ ЬТ ) К (1+ 4)тъ1 иЛН 19

) 9 9 ) 9 9 1ь Г1р

"1ф

5(1 Т ) =Й (p„4) К млът

R,(1 Р t)(«P т ) К (1+Р 0К

Если пленка 9 выполнена из того же материала, что и пленка 10 т,е., а пленка 5 выполнена из

9 того же материала, что и пленка 11, т.е. P .P,, то уравнения можно представить в виде

r «+p, дт, 1

1П

Г1 \ 19

Г

)("лт

R, (1 Р,,т, )=

Эти соотношения уже не будут зависеть от температуры потока газа, а значит и электрические токи, проходящие через мостовые схемы 14 и 7, не будут изменяться при изменении температуры газа.

С другой стороны, электрический ток мостовой схемы 14 не будет зависеть от изменения температуры подложки, так как изменения температуры изолирующей подложки 4 будут скомпенсированы изменением мощности нагрева электрическим током пленки 5.

Использование устройства при изменении скорости касательного напряжения. в потоках жидкости и rasa позволяет производить измерения скорости или касательного напряжения в потоках с быстро изменяющейся температурой потока газа или жидкости и с изменяющейся температурой подложки (стенки), потоках с медленно меняющейся температурой применение предложенного устройства за счет автоматической температурной компенсации повьппает точность измерения скорости

959525

5 или касательного напряжения. В зависимости от реяяма погрешность измерения мошно снизить от 2 до 10 раз

Кроме того, за счет автоматизации настройки по температуре уменьшается время, необходимое для измерений.

РецактоР П.ГоРькова ТехРед Г.ГеРбеР КоРРектоРВ.Вутяга

ЮФ М б Ф

Заказ 3313/1 Тираа 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий

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

Фй

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Уагород, ул. Проектная, 4