Способ измерения скорости потока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сееэ Советскик

Социалистическия

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт..сеид-ву(22) Заявлено 14.04.81 (21) 3272982/18-10 (Я1}М gn з с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетG 01 P 5/10

ГосударствеииыЯ комитет

СССР ио делам изобретениЯ и открытиЯ

Опубликовано 2301 ° 83.Бюллетень Но 3

РЗ) УДК 532.574 (088. 8) Дата опубликования описания 23. 01. 83 (72) Автор . изобретения

B. С. Емельянов /

/ =

/. Ордена Ленина институт прочем управления (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области измерений параметров движения текучих сред с использованием тепловых средств.

Известен способ измерения скорости потока текучей среды, заключающийся в том, что в поток помещают термочувствительный элемент, который непрерывно греют, поддерживая постоян» ное значение затрачиваемой на нагрев мощности, измеряют температуру термочувствительного элемента и по ее значению судят о скорости потока текучей среды Е12

Недостатками этого способа являются значительная нелинейность зависимости температуры термочувствительного элемента от скорости потока сре. ды, большая погрешность измерения скорости потока, .обусловленная неоднозначной зависимостью температуры нагретого термочувствительного эле-, мента от измеряемой скорости и других, неиэмеряемых, параметров текучей среды, а также ограниченный диапазон измерения скорости потока, обусловленный тем, что при значительном увеличении скорости потока падает чувствительность термоэлемента, а при малых скоростях падает точность иэ-эа влияния свободной конвекции среды.

Известен также способ измерения скорости потока, заключающийся в том, что чувствительный элемент приводят в колебательное движение вдоль потока и контролируют энергию взаимодействия чувствительного элемента с потоком среды, при этом как амплитуда, так и частота колебаний постоянны, а при каждом движении чувствительного элемента - термоанемометра — по направлению и против направления потока Регистрируют средние по вРемени значения теплоотдачи. Для каждого периода колебаний вычисляют разность средних значений теплоотдачи, по которой и судят о скорости потока текучей среды (2 3.

Этот способ дает воэможность измерения малых скоростей потока (+20 см/с) однако погрешность измерения при этом все же велика и по данным фирмы "Диэа электроник" достигает +5% ° Это обуславливается тем, что на средние значения теплоотдачи, измеряемые . термоанемометрами, влияет как температура своего теплового следа в по— токе, так и температура и теплопроводность самой измеряемой среды.

991308

l åäîñòàTêoì способа является также узкий рабочий диапазон измерения, что обуславливается переменной чув-,, ствительностью термоанемометров по диапазону измерения и нарушением справедливости параболичного закона, по которому аппроксимируют функцию преобразования анемометра за пределами диапазона измерения +20 см/с.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измере- о ния за счет инвариантности к параметрам текучей среды и получения линейной зависимости между входной и выходной величинами.

Поставленная цель достигается тем, 5 что регулируют параметры колебаний чувствительного элемента до получения экстремума энергии взаимодействия при движении чувствительного элемента по потоку, при этом скорость потока определяют по значениям мгновенной скорости чувствительного элемента, измеренной в моменты времени, соответствующие экстремумам, Этот способ основан на том, что теплоотдача приведенного в движение нагретого термочувствительного элемента только в том случае минимальна в потоке текучей среды, когда скорости термочувствительного элемента и потока равны .и одинаково направлены. ЗО

Суть способа заключается в непрерывном изменении скорости движения.термочувствительного элемента так, чтобы его теплоотдача поддерживалась на минимальном уровне, а применяемым 35 при этом прибором — термоанемометром — только контролируют факт дове- . дения теплоотдачи термочувствительного элемента до минимального уровня, Линейность зависимости между ско- 4Q ростью потока текучей среды и скоростью движения в ней термочувствительного элемента, обусловливающая широкий диапазон измерения скорости потока, объясняется тем, что предла- 45 гаемый способ имеет те же свойства, что и методы измерения, основанные на принципе уравновешивания однородных величин, одна из которых является измеряемой, а другая — регулируемой достаточно точно известной мерой.

Сообщаемое термочувствительному элементу движение может быть осуществлено по различным периодическим законам, одним из которых„ достаточно

55 просто реализуемых, является закон прямолинейных гармонических колебаний. Измерение скорости движения термочувствительного элемента, по значению которой судят о скорости потока, в этом случае возможно осуществить или непосредственно, например, с использованием индукционного или электростатического принципов, или косвенно - по частоте колебаний пры 65 стабилизированной их амплитуде или по амплитуде при стабилизированной их частоте.

На чертеже показана блок-схема одного из устройств, реализующих способ.

Устройство содержит термоанемометр 1, термочувствительный элемент

2, электромеханический преобразователь 3, экстремальный регулятор 4, датчик 5 скорости и блок 6 регистрации.

Термочувствительный элемент 2 жестко связан с электромеханическим преобразователем 3 и подключен к термоанемометру 1. Выход термоанемометра 1 соединен с входом экстремального регулятора 4, который имеет два выхода. Первый из них — регулирующий — соединен с входом электромеханического преобразователя 3, а второй — стробирующий — соединен с управляющим входом блока б регистрации, сигнальный вход которого подключен к выходу датчика 5. скорости.

Устройство работает следующим образом.

Экстремальный регулятор 4 возбуждает механические колебания в электромеханическом преобразователе 3; который передает их нагретому термочувствительному элементу 2. Теплоотдача элемента 2 в этом случае зависит не только от скорости, температуры, теплопроводности и других параметров потока, но и от скорости колебательного движения самого термочувствительного элемента 2. Поскольку колебания элемента 2 направлены вдоль потока, то значения сигнала, поступающего на вход экстремального регулятора 4 с выхода термоанемометра 1, в одни полупериоды колебаний соответствуют движению элемента 2 по потоку, а в другие— против. Экстремальный регулятор 4 воспринимает сигнал от термоанемометра только в те полупериоды, которые соответствуют движению элемента 2 по потоку, при этом он изменяет значение скорости движения термочувствительного элемента 2 так, чтобы этот сигнал принял экстремальное значение, что соответствует минимальной теплоотдаче термочувствительного элемента при равенстве скоростей потока и термочувствительного элемента.

В момент, когда это достигнуто, экстремальный регулятор 4 выдает на управляющий вход. блока б регистрации импульс, фиксирующий на выходе этого блока мгновенное значение сигнала датчика 5 скорости. После прохождения точки экстремума в устройстве устанавливается автоколебательный режим (режим "Рыскание" ): вокруг точки экстремума, и скорость потока определяют по зарегистрированным в блоке

991308

Формула изобретения

Составитель В. Чубиков

Редактор И. Николайчук Техред С.Мигунова с

Корректор Л. Бокшан

Заказ 122/61 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 35, Москва, Ж-35, Раутяская наб» д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

6 значениям скорости термочувстви,тельного элемента .2, которые равны значениям скорости потока в моменты времени, соответствующие моментам появления импульсов на стробирующем выходе экстремального регулятора 4.

В некоторых случаях возможно осуществление способа и без датчика 5 скорости, когда параметры выходного сигнала экстремального регулятора однозначно характеризуют скорость движения термочувствительного элемента 2. Например, если колебания чувствительного элемента задаются электромеханическим преобразователем с постоянной амплитудой, а регулирует- 15 ся только их частота. Тогда сигнальный вход блока 6 регистрации подключается к регулирующему выходу экстремального регулятора, и в моменты достижения экстремума сигнала термо- 20 анемометра фиксируется частота колебаний, по которой вычисляется скорость потока текучей среды.

Ввиду того, что все известные термоанемометры с нагреваевмыми термо- 25 чувствительными элементами обладают высокой чувствительностью к скорости потока при малых ее значениях, то и точность определения момента равенства скоростей потока и термочувстви- ЗО тельного элемента в предлагаемом способе будет также высокой.

Таким образом, использование данного способа позволяет увеличить точность измерения и получить линей ную зависимость между входной и выходной величинами в широком диапазо не скоростей потока.

СпосОб измерения скорости потока, заключающийся в том, что чувствительный элемент приводят в колебательное движение вдоль потока и контроли- руют энергию их взаимодействия, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, регулируют параметры колебаний чувствительного элемента до получения экстремума энергии взаимодействия при движении чувствительного элемента по потоку, при этом скорость потока определяют по значениям мгновенной скорости чувствительного элемента, измеренно, в моменты времени, соответствующие экстремумам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред.

П. В. Новицкого. Л., "Энергия", 1975, с. 354.

2. DISA ELEKTRONIK> complete

catalog> Printed in Denmark, June

1974, Publ. 9 4201Е (прототип).